Инвертирующие и неинвертирующие усилители. Повторитель на ОУ

Транзистор

Для начала рассмотрим основные понятия и PN проводимость. (переход)

Полупроводник без примесей - диэлектрик.

 

граница раздела между p и n слоями обладающими свойствами односторонней проводимости называется электронно-дырочным переходом (p-n)

n проводник

p проводник

 

Iпр - ток проводимости

Iдиф - ток диффузии

 

Если мы образуем pn переход, то за счет диффузии(обусловленного тепловым движением) у нас появляется проникновение одних зарядов в соседние области и наблюдается пространственный заряд, обусловленный неподвижными зарядами примесного вещества. Расположенные близко к плоскости раздела дырки 1 ого кристалла перейдут во второй а на их месте возникают простространственный заряд обусловленный неподвижностью отрицательно заряженными атомами примесного вещества.

Этот заряд отталкивает прилегающие к плоскости контакта свободные электроны второго кристалла, препятствуя их перемещению к первому.

Во втором кристалле возникает положительный пространственный заряд, который отталкивает дырки первого кристалла.

 

Сфера действия электрического поля, созаваемого пространственным зарядом ограничена только самим переходным слоем и поэтому то поле, взаимодействует лишь с теми носителями, которые перемещаются по законам диффузии на основной носитель.Ж это поле оказывает тормозящее действие и потому называется потенциальным барьером.

i=Iдиф-Iпр и при U=0 (внешнее напряжение) Iдиф=Iпр

 

Вольт-амперная характеристика диода

Если напряжение падает, то при U=-0,2 -0,3 B дифференциальная составляющая =0 Iдиода (I0) называется тепловым током и возникает за счет неосновных носителей, которые совершают хаотическое тепловое движение.

Оказывает вблизи границы раздела и под действием ускоряющего поля проходят через нее. i = I0= -Iпр

 

основными являются транзисторы на основе кремния, германия, арсенида галлия.

 

Если полярность прикладываемого напряжения положительна, то дифф составляющая становиться преобладающей над током проводимости, тк Iдиф увеличивается с увеличением напряжения, а вторая составляющая практически не зависит от полярности.

 

Потенциальный барьер для германиевых диодов - 0.18 В

для кремниевых - 0.38 В

назначение диодов

1. в качестве выпрямитеей и стабилитронов

2. имеет стабильное падение напряжения

3. логика на диодах.

 

Транзистор - устройство, которое может усиливать входной сигнал по мощности.

 

снабжен 3мя электродами и имеет вид

 

	p-n-p		канал p-типа
	n-p-n		канал n-типа
Биполярные		Полевые

Обозначение транзисторов разных типов.

Условные обозначения:

Э — эмиттер, К — коллектор, Б — база;

З — затвор, И — исток, С — сток.

 

В транзисторе концентрация электронов в области N значительно превышает концентрацию дырок в области P. Подключим источник напряжения между коллектором и эмиттером V_КЭ (V_CE). Под его действием, электроны из верхней N части начнут притягиваться к плюсу и собираться возле коллектора. Однако ток не сможет идти, мешает толстая прослойка полупроводника коллектора и базы.

 

Теперь подключим напряжение между базой и эмиттером V_BE, но значительно ниже чем V_CE (для кремниевых транзисторов минимальное необходимое V_BE - 0.6V). Поскольку прослойка P очень тонкая, плюс источника напряжения подключенного к базе, сможет "дотянуться" своим электрическим полем до N области эмиттера. Под его действием электроны направятся к базе. Почему в области базы не рекомбинируют носители? Потому что база узкая,лишь часть из них начнет заполнять находящиеся там дырки (рекомбинировать).

 

Другая часть не найдет себе свободную дырку, потому что концентрация дырок в базе гораздо ниже концентрации электронов в эмиттере.

В результате центральный слой базы обогащается свободными электронами. Большинство из них направится в сторону коллектора, поскольку там напряжение намного выше. Так же этому способствует очень маленькая толщина центрального слоя. Какая-то часть электронов, хоть гораздо меньшая, все равно потечет в сторону плюса базы.

 

В итоге мы получаем два тока: маленький - от базы к эмиттеру I_BE, и большой - от коллектора к эмиттеру I_CE.

Если увеличить напряжение на базе, то в прослойке P соберется еще больше электронов. Таким образом, при небольшом изменении тока базы I_B, сильно меняется ток коллектора I_С. Так и происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе.

β = I_C / I_B(коэффициентом усиления по току)

I_E= I_C + I_B

Принцип работы транзистора PNP аналогичен, только полярность напряжения между коллектором и эмиттером будет противоположной.

 

ВАХ Транзистора (если вдруг понадобиться и основные зоны)

 

ЦАП

 

Осуществляет преобразование аналогового сигнала (напряжения или тока) в цифровой код. Ну соответственно, в зависимости от кол-ва включеннх ключей идет различный суммарный ток. Вот он суммируется, подаётся на выход и там уже происходит магия преобразования напряжения в цифровой код.

 

Синтез комбинационных цепей

Проводится в следующей последовательности:

1. Составление таблицы истинностей

2. Записывается логическая функция

3. Логическая функция минимизируется и преобразуется к виду, удобному для реализации на логических элементах в данном типе.

Пример:

Пусть необходимо построить можеритарную систему на три входа, то есть такую ячейку, у которой сигнал на выходе равен единице, тогда, когда большинство входных сигналов равно единице. Можеритарная система – решение принимается по большинству.

Для написания функции F, её нужно записать в виде суммы логических произведений соответствующие тем строкам, для которых F=1. При записи логических произведений следует брать соответствующие элементы с инверсией, если равно нулю, и без неё, если равно единице.

Для минимизации F можно применить булевую алгебру (алгебру логики). Также используется диаграмма Вейра или карта Карно, при которой F необходимо приводить к дизьнктивной нормальной форме (ДНФ)

При реализации на элементах И-НЕ:

.

 

 

RS-триггер

Рассмотрим работу на базе элементов “2ИЛИ-НЕ” и “2И-НЕ”. Для этого используем графическое изображение этих элементов.

Разберем принцип работы RS-триггера на базе элементов “2ИЛИ-НЕ”

В начальном положении, когда на R и S отсутствуют сигналы (логический “0”), на выходе “Q” присутствует также “0” или “1”.Далее подадим на “S” логическую единицу и получим на выходе “Q” также единицу. Далее подадим логическую единицу на “R” и уже на “Q” получим “0”

Транзистор

Для начала рассмотрим основные понятия и PN проводимость. (переход)

Полупроводник без примесей - диэлектрик.

 

граница раздела между p и n слоями обладающими свойствами односторонней проводимости называется электронно-дырочным переходом (p-n)

n проводник

p проводник

 

Iпр - ток проводимости

Iдиф - ток диффузии

 

Если мы образуем pn переход, то за счет диффузии(обусловленного тепловым движением) у нас появляется проникновение одних зарядов в соседние области и наблюдается пространственный заряд, обусловленный неподвижными зарядами примесного вещества. Расположенные близко к плоскости раздела дырки 1 ого кристалла перейдут во второй а на их месте возникают простространственный заряд обусловленный неподвижностью отрицательно заряженными атомами примесного вещества.

Этот заряд отталкивает прилегающие к плоскости контакта свободные электроны второго кристалла, препятствуя их перемещению к первому.

Во втором кристалле возникает положительный пространственный заряд, который отталкивает дырки первого кристалла.

 

Сфера действия электрического поля, созаваемого пространственным зарядом ограничена только самим переходным слоем и поэтому то поле, взаимодействует лишь с теми носителями, которые перемещаются по законам диффузии на основной носитель.Ж это поле оказывает тормозящее действие и потому называется потенциальным барьером.

i=Iдиф-Iпр и при U=0 (внешнее напряжение) Iдиф=Iпр

 

Вольт-амперная характеристика диода

Если напряжение падает, то при U=-0,2 -0,3 B дифференциальная составляющая =0 Iдиода (I0) называется тепловым током и возникает за счет неосновных носителей, которые совершают хаотическое тепловое движение.

Оказывает вблизи границы раздела и под действием ускоряющего поля проходят через нее. i = I0= -Iпр

 

основными являются транзисторы на основе кремния, германия, арсенида галлия.

 

Если полярность прикладываемого напряжения положительна, то дифф составляющая становиться преобладающей над током проводимости, тк Iдиф увеличивается с увеличением напряжения, а вторая составляющая практически не зависит от полярности.

 

Потенциальный барьер для германиевых диодов - 0.18 В

для кремниевых - 0.38 В

назначение диодов

1. в качестве выпрямитеей и стабилитронов

2. имеет стабильное падение напряжения

3. логика на диодах.

 

Транзистор - устройство, которое может усиливать входной сигнал по мощности.

 

снабжен 3мя электродами и имеет вид

 

	p-n-p		канал p-типа
	n-p-n		канал n-типа
Биполярные		Полевые

Обозначение транзисторов разных типов.

Условные обозначения:

Э — эмиттер, К — коллектор, Б — база;

З — затвор, И — исток, С — сток.

 

В транзисторе концентрация электронов в области N значительно превышает концентрацию дырок в области P. Подключим источник напряжения между коллектором и эмиттером V_КЭ (V_CE). Под его действием, электроны из верхней N части начнут притягиваться к плюсу и собираться возле коллектора. Однако ток не сможет идти, мешает толстая прослойка полупроводника коллектора и базы.

 

Теперь подключим напряжение между базой и эмиттером V_BE, но значительно ниже чем V_CE (для кремниевых транзисторов минимальное необходимое V_BE - 0.6V). Поскольку прослойка P очень тонкая, плюс источника напряжения подключенного к базе, сможет "дотянуться" своим электрическим полем до N области эмиттера. Под его действием электроны направятся к базе. Почему в области базы не рекомбинируют носители? Потому что база узкая,лишь часть из них начнет заполнять находящиеся там дырки (рекомбинировать).

 

Другая часть не найдет себе свободную дырку, потому что концентрация дырок в базе гораздо ниже концентрации электронов в эмиттере.

В результате центральный слой базы обогащается свободными электронами. Большинство из них направится в сторону коллектора, поскольку там напряжение намного выше. Так же этому способствует очень маленькая толщина центрального слоя. Какая-то часть электронов, хоть гораздо меньшая, все равно потечет в сторону плюса базы.

 

В итоге мы получаем два тока: маленький - от базы к эмиттеру I_BE, и большой - от коллектора к эмиттеру I_CE.

Если увеличить напряжение на базе, то в прослойке P соберется еще больше электронов. Таким образом, при небольшом изменении тока базы I_B, сильно меняется ток коллектора I_С. Так и происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе.

β = I_C / I_B(коэффициентом усиления по току)

I_E= I_C + I_B

Принцип работы транзистора PNP аналогичен, только полярность напряжения между коллектором и эмиттером будет противоположной.

 

ВАХ Транзистора (если вдруг понадобиться и основные зоны)

 

Инвертирующие и неинвертирующие усилители. Повторитель на ОУ

Инвертирующий:

 

Неинвертируюший:

 

 

β=R₁/R₁+R₂ -коэф. обратной связи.

 

ϻ=R₂/R₁+R₂

 

– коэф. усиления или ПФ для системы с обратной связью.

 

 

 

 

повторитель для согласования имепеданса

 

 

К_н=-Z₂(Р)/Z₁(P) для инвертирующего.

 

Р -оператор Лапласса.

 

К_н(Р)=[Z₂(P)/Z₁(P)+1]

 

Диф.звено:

 

W(p)= -PRC

W(p)= -R/1/pC=-PRC=-PT

 

Ток опережает напряжение на емкости.

Для улучшения фазовой хар-ки:

 

 

Rвелико - на низких частотах - дифф. звено после частоты 1/Т, коэф. постоянен, С-мало и из дифф. звена превращается в проходную.

 

Интегратор:

Uст= сonst

вых.инт.=врем.

 

W(p)= -1/pT

 

Усилитель заряда:

 

 

W(p)= -C₁/C₂

C= 1/pC

От частоты не зависит.

 

Используется: пьезоэлектрические образователи (на входе заряд, а на выходе напряжение).

Повторитель:

 

 

 

Обладает изолирующими свойствами (большим входным импедансом и малым выходным).

Коэфф.передачи =1.

 

Используется для согласования по импедансом.

 

 

ЦАП

 

Осуществляет преобразование аналогового сигнала (напряжения или тока) в цифровой код. Ну соответственно, в зависимости от кол-ва включеннх ключей идет различный суммарный ток. Вот он суммируется, подаётся на выход и там уже происходит магия преобразования напряжения в цифровой код.

 

Синтез комбинационных цепей

Проводится в следующей последовательности:

1. Составление таблицы истинностей

2. Записывается логическая функция

3. Логическая функция минимизируется и преобразуется к виду, удобному для реализации на логических элементах в данном типе.

Пример:

Пусть необходимо построить можеритарную систему на три входа, то есть такую ячейку, у которой сигнал на выходе равен единице, тогда, когда большинство входных сигналов равно единице. Можеритарная система – решение принимается по большинству.

Для написания функции F, её нужно записать в виде суммы логических произведений соответствующие тем строкам, для которых F=1. При записи логических произведений следует брать соответствующие элементы с инверсией, если равно нулю, и без неё, если равно единице.

Для минимизации F можно применить булевую алгебру (алгебру логики). Также используется диаграмма Вейра или карта Карно, при которой F необходимо приводить к дизьнктивной нормальной форме (ДНФ)

При реализации на элементах И-НЕ:

.