Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Pile Studia Stacjonarne i niestacjonarne PODSTAWY ELEKTRONIKI rok akademicki 2008/2009

(1)

Pa ń stwowa Wy Ŝ sza Szkoła Zawodowa w Pile Studia Stacjonarne i niestacjonarne

PODSTAWY ELEKTRONIKI rok akademicki 2008/2009

St. Stacjonarne: Semestr III - 45 h wykłady, 15h ćwicz. audytor., 15h ćwicz. lab.

St. Niestacjonarne: Semestr III - 30 h wykłady, 15 h ćwicz. audytor., 15 h ćwicz. lab.

1. Wprowadzenie

Budowa elementów półprzewodnikowych. Tendencje rozwojowe.

Specyfika obwodów elektronicznych – elementy nieliniowe.

2. Diody

Półprzewodniki i złącza. Charakterystyki diody prostowniczej. Diody Zenera, dioda

pojemnościowa.

3. Tranzystory bipolarne

Schemat zastępczy i zasada działania. Charakterystyki statyczne.

Parametry graniczne, obszar bezpiecznej pracy.

4. Wzmacniacze i układy z tranzystorami bipolarnymi

Właściwości wzmacniające tranzystora, wzmacniacze WE, WB i WC.

Ujemne sprzęŜenie zwrotne. Wzmacniacze w klasie A i B. Tranzystor jako przełącznik (klucz) i źródło prądowe. Wzmacniacze róŜnicowe i prądowe.

5. Tranzystory polowe i układy z ich wykorzystaniem

Klasyfikacja - tranzystory polowe JFET oraz MOSFET. Charakterystyki statyczne, parametry graniczne. Podstawowe układy pracy.

Wzmacniacze WS i WD. Wzmacniacz róŜnicowy z tranzystorami polowymi. Tranzystor polowy jako źródło prądowe i jako sterowana rezystancja.

(2)

6. Podstawowe właściwości i układy pracy wzmacniaczy operacyjnych Cechy charakterystyczne, równania wzmacniacza idealnego, wzmacniacz

odwracający i nieodwracający fazę, regulacja wzmocnienia.

7. Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych w układach linowych Układy ze wzmacniaczami operacyjnymi realizujące operacje

matematyczne: sumowanie (sumator), całkowanie (integrator) i róŜniczkowanie (układ róŜniczkujący).

8. Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych w układach nieliniowych Ograniczenie napięcia wyjściowego wzmacniaczy. Układy pracy i

charakterystyki układów porównujących (komparatory i komparatory z histerezą). Wzmacniacze logarytmujące, mnoŜące i dzielące.

9. Elementy optoelektroniki

Fotodiody, fotorezystory, fototranzystory. Diody elektroluminescencyjne.

Transoptory.

Wskaźniki ciekłokrystaliczne.

10. Przegląd elementów elektronicznych Tyrystory, warystory, hallotron.

LITERATURA

1. U. Tietze, Ch. Schenk, „Układy półprzewodnikowe”, WNT Warszawa 1987 (tłum.. z niemieckiego).

2. P. Horowitz, W. Hill, „Sztuka elektroniki”, WKiŁ Warszawa 1999 (tłum. z angielskiego).

„Elementy i układy elektroniczne” praca zbiorowa pod redakcją S.Kuty, Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2000.

3. W. CiąŜyński, „ Elektronika w zadaniach t.1”, Wyd. Pracowni Komputerowej J.Skalmierskiego, Gliwice 1999. W. CiąŜyński, „ Elektronika w zadaniach t.1”, Wyd. Pracowni Komputerowej J.Skalmierskiego, Gliwice 1999.

4. W. CiąŜyński, „ Elektronika w zadaniach t.3”, Wyd. Pracowni Komputerowej J.Skalmierskiego, Gliwice 2001.

5. P.Fabiański, K.Kulawiak, J.Matysik, L.Palczyński, „Ćwiczenia z

podstaw elektroniki”, Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej,

Warszawa 1995.

(3)

Rys. Charakterystyki wyjściowe tranzystora z zaznaczonymi parametrami granicznymi.

Rys. Charakterystyki wzmacniacza prądu zmiennego w układzie WE

z zaznaczonym punktem pracy i przebiegami napięć i prądów.

(4)

Schemat układu symulacyjnego wzmacniacza WE i jego dane.

Dane obliczeniowe:

• współczynnik wzmocnienia prądowego: β = 250;

• wartość napięcia zasilania:

UCC = +10V

• rezystancja wewnętrzna źródła sygnału: Rg= 10W;

• rezystancja obciąŜenia: RL = 1k, 10k, 100kW,

• pojemności kondensatorów są tak duŜe, Ŝe ich impedancja jest pomijalnie mała,

• częstotliwość napięcia wejściowego: fwe=1kHz,

• amplituda napięcia

wejściowego: Umwej= 20mV.

Rys. Charakterystyki wyjściowe tranzystora BC 107A, z naniesionymi prostymi obciąŜenia.

V(Q3:c)

0V 2V 4V 6V 8V 10V 12V

IC(Q3) (10- V(Q3:c))/50 (10- V(Q3:c))/100 0A

40mA 80mA 120mA 160mA 200mA

Ib=0,3mA

Ib=0,1mA Ib=0,7mA

Rc=50

Rc=100

(5)

Rys. Wynik symulacji przy trzech wartościach rezystancji obciąŜenia, oraz R

_C

=50

Ω

, R

_B

=13,4 k

Ω

.

Time

20.0ms 20.5ms 21.0ms 21.5ms 22.0ms 22.5ms 23.0ms 23.5ms 24.0ms 24.5ms 25.0ms

1 V(wyj) 2 V(wej) -5.0V

0V 1 5.0V

-40mV -20mV 0V 20mV 2 40mV

>>

RL=100k RL=10k

RL=1k ku=-159 ku=-220 ku=-234

Rys. Wynik symulacji przy trzech wartościach rezystancji obciąŜenia, oraz R

_C

=50

Ω

, R

_B

=18,8 k

Ω

.

Time

1 V(wyj) 2 V(wej) -4.0V

-2.0V 0V 2.0V 1 4.0V

-40mV -20mV 0V 20m 2 40m

>>

ku=-162 ku=-159

ku=-147

RL=100k RL=10k

RL=1k

(6)

Rys. Wynik symulacji przy trzech wartościach rezystancji obciąŜenia, oraz R

_C

=50

Ω

, R

_B

=94 k

Ω

.

Time

1 V(wyj) 2 V(wej) -2.0V

-1.0V 0V 1.0V 1 2.0V

-40mV -20mV 0V 20m 2 40m

>> ku=-76 ku=-90 ku=-90,5

RL=100k RL=10k

RL=1k

Rys. Wynik symulacji przy trzech wartościach rezystancji obciąŜenia, oraz R

_C

=100

Ω

, R

_B

=23,5 k

Ω

.

Time

1 V(wyj) 2 V(wej) -8.0V

-4.0V 0V 4.0V 1 8.0V

>>

-40mV -20mV 0V 20m 2 40m

ku=-306 ku=-276

ku=-173

RL=100k RL=10k

RL=1k

(7)

Rys. Wynik symulacji przy trzech wartościach rezystancji obciąŜenia, oraz R

_C

=100

Ω

, R

_B

=31,3 k

Ω

.

Time

1 V(wyj) 2 V(wej) -5.0V

0V 1 5.0V

-40mV -20mV 0V 20m 2 40m

>>

k_u=-215 ku=-204

k_u=-159

RL=100k RL=10k

RL=1k

Rys. Charakterystyki tranzystora z naniesioną prostą pracy i dobrze wybranym punktem pracy

V(Q3:c)

0V 2V 4V 6V 8V 10V 12V

IC(Q3) (10- V(Q3:c))/166 0

20m 40m 60m 80m

-10m

Ib=0,3mA

Ib=0,125mA

Ib=0,05mA Ib=0,025mA IC

UCE

(8)

Rys. Przebieg napięcia wejściowego i wyjściowego przy dobrze wybranym punkcie pracy.

Time

1 V(wyj) 2 V(wej) -2.00V

-1.00V 0V 1.00V 1.99V 1

-20.0mV -10.0mV 0V 10.0mV 19.9mV 2

>>

ku=-180

Rys. Schemat wzmacniacza WE z ujemnym sprzęŜeniem zwrotnym.

(9)

Rys. Przebieg napięcia

wejściowego i wyjściowego przy:

A) R

_E

= 1

Ω

, I

_B

= 0,6mA

B) R

_E

= 10

Ω

, oraz I

_B

= 0,6mA .

Time

1 V(wyj) 2 V(wej) -1.0V

-0.5V 0V 0.5V 11.0V

-40mV -20mV 0V 20m 240m

>>

ku=-40

Time

V(wej) V(wyj) -100mV

-50mV 0V 50m 100m

ku=-4,85