Транзистор, посилення електричного сигналу

Тематичний

Навчально-методичний комплекс

дисципліни

«Електротехніка, електроніка
та мікропроцесорна техніка»

для студентів

Тема 10

Основи електроніки

Мелітополь, 2012

ВСТУП

«Електротехніка, електроніка та міропроцесорна техніка» є фундаментальною дисципліною, на базі якої вивчаються всі інші електротехнічні дисципліни навчального плану спеціальності. У свою чергу фізика та вища математика є базовими для дисципліни «Електротехніка, електроніка та міропроцесорна техніка».

Важливу роль відіграють знання фізичних явищ і законів, зокрема семи електромагнітних: електризації тіл, взаємодії зарядів, електричного струму, теплової дії електричного струму, електромагнетизму, електромагнітної індукції, електромагнітної сили. Тому в тематичному навчально-методичному комплексі дисципліни для студента (ТНМКДС) використовуються основні вихідні знання цих явищ і законів.

ТНМКДС виконано таким чином, щоб студенти мали можливість самостійно вивчити курс електротехніки і електроніки за допомогою базового підручника. Для цього кожна тема дисципліни містить завдання для самостійної пізнавальної діяльності студентів: інформаційно-репродуктивні, практично-стереотипні, логічно-поянтійні, експериментальні, тематичні комплексні кваліфікаційні. Експериментальні дослідження пропонується проводити студентам під керівництвом викладача, для чого вони вичають принципову електричну схему експериментальної установки, продумують, як необхідно провести експеримент і проаналізувати отримані результати. Комплексні кваліфікаційні задання студенти виконують самостійно у відповідності до свого варіанту для чого у ТНМКДС наведено алгоритм розв’язання цих завдань. Всі вказані вище завдання виконуються студентами до початку відповідних занять, у противному випадку студент до занять не допускається. На заняттях в лабораторії проводиться детальний розгляд вивчаємого матеріалу за активної участі студентів. Наприкінці лабораторних занять студенти отримують бали за свою роботу в аудиторії пропорційно позитивній участі у занятті.

Для успішного вивчення курсу електротехніки і електроніки необхідно послідовно та ритмічно виконувати програму, прагнучи повного розуміння матеріалу, що викладається, не пропускаючи жодного розділу, тому що курс електротехніки, електроніки та мікропроцесорної техніки є цільним і безперервним.

Завдання інформаційно-репродуктивні, практично-стереотипні та логічно-понятійні виконуються студентами самостійно в наступному порядку:

- прочитуються й усвідомлюються по базовому підручнику розділи, з яких складені завдання;

- по черзі на поставлені в таблицях запитання й завдання знаходяться, на думку студентів, правильні відповіді з таблиць із такими ж номерами та індексом «а»;

- знайдені номери правильних відповідей проставляються у вихідні таблиці.

Студенти мають можливість переконатися в тому, що вони успішно освоїли навчальний матеріал. Для цього вони окремо підсумовують номери правильних відповідей на непарні запитання та завдання й окремо підсумовують номери правильних відповідей на парні запитання та завдання. Від першої суми віднімають другу суму й одержують певне число. Якщо отримане число збігається із тим числом, що приводиться наприкінці кожної таблиці, то це говорить про повне засвоєння вивченого навчального матеріалу. У випадку розбіжності чисел, отриманих студентом і наведених наприкінці таблиць, студенти повинні розуміти, що навчальний матеріал ними повністю не засвоєний. Тому студентам необхідно повторно опрацювати даний навчальний матеріал.

Таким чином, даний ТНМКДС сприяє самостійній пізнавальній діяльності студентів на трьох рівнях: знань, умінь і творчого мислення, забезпечуючи як вивчення навчального матеріалу, так і розвиток мислення, що є основною вимогою кредитно-модульної системи освіти.

Графік наскрізної самостійної пізнавальної діяльності
студентів з дисципліни
«Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка»

№ п/п	Номери занять Види завдань
	Тема і розділи теоретичного матеріалу	Т.10 10.1 – 10.5
	Номери таблиць навчаюче-контролюючих завдань	10.1 – 10.5
	Номери лабораторних робіт
	Номери індивідуальних (логічно-понятійних) завдань
	Номер тематичного комплексного кваліфікаційного завдання

Тема 10

ОСНОВИ ЕЛЕКТРОНІКИ

10.1 Електронно-дірковий перехід

Тести інформаційно-репродуктивного характеру

Таблиця 10.1

Номер запитання, завдання	Запитання, завдання	Номер вірної відповіді
1.	Які речовини називають напівпровідниками?
2.	Якими властивостями володіють напівпровідники?
3.	Як утворюються напівпровідники?
4.	Що є носіями зарядів у напівпровідниках n -типу?
5.	Як утворюються напівпровідники n -типу?
6.	Що є носіями зарядів у напівпровідниках р -типу?
7.	Як утворюються напівпровідники р -типу?
8.	Як утворюються напівпровідники р - n -типу?
9.	Що розуміється під р - n -переходом?
10.	Що розуміється під замикаючим шаром?
11.	Що розуміється під прямим струмом і прямою напругою напівпровідника?
12.	Опишіть роботу напівпровідника р - n -типу при прямій напрузі.
13.	Що розуміється під зворотним струмом і зворотною напругою напівпровідника?
14.	Опишіть роботу напівпровідника р - n -типу при зворотній напрузі.

У разі вірного виконання тестів Σ _{непарних} – Σ _парних = 9.

Таблиця 10.1 а

Номер відповіді Відповіді

1. Електрони під дією прикладеної напруги з n -шару надходять до джерела, з якого проникають в р -шар, заповнюючи дірки, що припиняється, коли товщина замикаючого шару стане пропорційною прикладеній напрузі джерела.

2. Місце з'єднання р -шару та n -шару, у якому електрони n -шару заповнюють дірки р -шару.

3. Місце з'єднання р -шару та n -шару, у якому утворюється шар речовини, який не має вільних зарядів.

4. Різниця потенціалів і електричний струм напівпровідника, якщо від джерела постійної е.р.с. до р -шару прикласти позитивний потенціал, а до n -шару – негативний потенціал.

5. Якщо з'єднати напівпровідник р -типу з напівпровідником n -типу.

6. Електрони під дією прикладеної напруги з n -шару проникають в р -шар, заповнюючи дірки. Нестача електронів в n -шарі та дірок у р -шарі компенсується за рахунок джерела е.р.с.

7. Різниця потенціалів і електричний струм, якщо від джерела постійної е.р.с. до р -шару напівпровідника прикласти негативний потенціал, а до n -шару – позитивний потенціал.

8. Речовини, у яких валентна зона та зона провідності розділені забороненою зоною, ширина якої набагато менше, ніж у діелектриків; при цьому їх електропровідність знаходиться між провідниками та діелектриками.

9. Електрони.

10. При прямій напрузі проводять електричний струм в одному напряму, а при зворотній напрузі практично не проводять; при збільшенні температури їх питомий опір знижується.

11. У результаті хімічного донорно-акцепторного зв'язку.

12. Внесенням в хімічний елемент IV групи як домішки хімічного елементу III групи.

13. Внесенням в хімічний елемент IV групи як домішки хімічного елементу V групи.

14. Дірки (тобто відсутності електронів в атомах напівпровідника), які мають позитивний заряд, що дорівнює за модулем заряду електрона.

10.2 Напівпровідниковий випрямний діод

Тести інформаційно-репродуктивного характеру

Таблиця 10.2

Номер запитання, завдання	Запитання, завдання	Номер вірної відповіді
1.	Який електронний пристрій називається напівпровідниковим випрмним діодом?
2.	Як напівпровідниковий випрмний діод позначається на принциповій електричній схемі?
3.	Для чого використовують напівпровідниковий випрмний діод?
4.	Зобразіть вольт-амперну характеристику напівпровідникового випрямного діода.
5.	Опишіть роботу напівпровідникового випрямного діода, при прямій напрузі.
6.	Опишіть роботу напівпровідникового випрямного діода, при зворотній напрузі.
7.	Опишіть роботу напівпровідникового випрямного діода, при напрузі пробою.
8.	За якими параметрами обирається напівпровідниковий випрямний діод?
9.	Який електронний пристрій називається стабілітроном?
10.	Для чого використовують стабілітрон?
11.	Як стабілітрон позначається на принциповій електричній схемі?
12.	Приведіть принципову електричну схему стабілізації напруги з розшифровкою літерних позначень.
13.	Опишіть роботу наведеної схеми стабілізації напруги.

У разі вірного виконання тестів Σ _{непарних} – Σ _парних = 11.

Таблиця 10.2 а

Номер відповіді Відповіді

1. При збільшенні вхідної напруги зростає струм у колі R ₁ – VD, а напруга на навантаженні U _нав практично не міняється за рахунок падіння надлишкової напруги на резисторі R ₁.

2. За прямим струмом, прямою напругою, потужністю, зворотною напругою, зворотним струмом.

3.

4. Напівпровідниковий елемент із одним р - n -переходом і двома виводами.

5. Для стабілізації напруги, тобто її підтримки на одному рівні.

6. Для випрямлення змінного синусоїдного струму.

7.

8. р - n -перехід відкритий, і сила струму обмежена тільки опором матеріалу напівпровідника.

9.

U _пр

U _зв

I _пр

I _зв

10. р - n -перехід закритий, і струм незначної сили проходить за рахунок незначної кількості електронів у р -шарі та дірок в n -шарі напівпровідника.

11.

+

–

VD

U

R_нав

I_на_в

U _нав

R₁

I

12. Напівпровідниковий елемент, номінальний режим роботи якого знаходиться на зворотній частині його вольт-амперної характеристики.

13. Відбувається різке («лавіноподібне») збільшення електронів у р -шарі та дірок в n -шарі напівпровідника при збільшенні зворотної напруги.

10.3 Випрямлення змінного струму

Тести інформаційно-репродуктивного характеру

Таблиця 10.3

Номер запитання, завдання	Запитання, завдання	Номер вірної відповіді
1.	Приведіть принципову електричну схему однопівперіодного випрямлення змінного синусоїдного струму з понижувальним трансформатором.
2.	Опишіть роботу наведеної схеми однопівперіодного випрямлення.
3.	Зобразіть графічно випрямлений струм при однопівперіодному випрямленні.
4.	Приведіть принципову електричну схему двопівперіодного мостового випрямлення змінного синусоїдного струму з понижувальним трансформатором.
5.	Опишіть роботу наведеної схеми двопівперіодного випрямлення.
6.	Зобразіть графічно випрямлений струм при двопівперіодному випрямленні.
7.	Приведіть принципову електричну схему двопівперіодного з нульовою точкою випрямлення змінного синусоїдного струму з понижувальним трансформатором.

У разі вірного виконання тестів Σ _{непарних} – Σ _парних = 5.

Таблиця 10.3 а

Номер відповіді Відповіді

1. У першу половину періоду електричний струм проходить через діод, у другу половину періоду електричний струм фактично не проходить через діод, далі процес повторюється.

2.

t

I

А

+

–

с

3.

4.

t

I

А

+

+

с

5.

Т

А

N

VD 1

u

R

i

I

U

VD 2

6. У першу половину періоду електричний струм проходить через діоди VD 1 і VD 2, у другу половину періоду електричний струм проходить через діоди VD 3 і VD 4, далі процес повторюється.

7.

Т

А

N

u

R

i

I

VD 1

VD 2

VD 3

VD 4

U

Тиристор

Тести інформаційно-репродуктивного характеру

Таблиця 10.4

Номер запитання, завдання Запитання, завдання Номер вірної відповіді

1. Який електронний пристрій називається тиристором?

2. Як тиристор, у якого керуючий електрод підключений до р- шару, позначається на принциповій електричній схемі?

3. Як тиристор, у якого керуючий електрод підключений до n- шару, позначається на принциповій електричній схемі?

4. Зобразіть вольт-амперну характеристику тиристора.

5. Опишіть роботу тиристора, використовуючи його вольт-амперну характеристику.

6. Для чого використовують тиристор?

У разі вірного виконання тестів Σ _{непарних} – Σ _парних = 7.

Таблиця 10.4 а

Номер відповіді Відповіді

1.

VS

+

–

2. Для регулювання напруги або як електричний ключ.

3.

U _пр

U _зв

I _пр

I _зв

4. Якщо керуючий електрод не підключений до мережі, то один з р - n -переходів закритий і він працює на 1-й ділянці ВАХ. Значне збільшення напруги призводить до того, що він починає працювати на 2-й ділянці ВАХ. У результаті напруга на ньому падає, а струм через нього збільшується, що призводить до його роботи на 3-й ділянці ВАХ.

5. Напівпровідниковий керований елемент, що має два р -шари та два n -шари, із трьома р - n -переходами і трьома виводами.

6.

VS

+

–

Транзистор, посилення електричного сигналу

Тести інформаційно-репродуктивного характеру

Таблиця 10.5

Номер запитання, завдання Запитання, завдання Номер вірної відповіді

1. Який електронний пристрій називається біполярним транзистором?

2. Як біполярний транзистор р - n - р -типу позначається на принциповій електричній схемі?

3. Як біполярний транзистор n - р - n -типу позначається на принциповій електричній схемі?

4. Опишіть побудову біполярного транзистора.

5. Перелічіть режими роботи біполярного транзистора.

6. Що розуміють під режимом відсічки біполярного транзистора?

7. Що розуміють під режимом насичення біполярного транзистора?

8. Що розуміють під активним режимом біполярного транзистора?

9. Що розуміють під інверсним режимом біполярного транзистора?

10. Наведіть схему включення біполярного транзистора в режимі підсилення струму.

11. Що розуміється під коефіцієнтом передачі базового струму?

12. Наведіть схему включення біполярного транзистора в режимі підсилення напруги.

У разі вірного виконання тестів Σ _{непарних} – Σ _парних = 22.

Таблиця 10.5 а

Номер відповіді Відповіді

1. Складається з трьох шарів: шари, які знаходяться по його краях, називають колектором і емітером, а середній шар називають базою.

2. Режим відсічки, режим насичення, активний режим, інверсний режим.

3.

VT

4.

5. Коли на емітерний перехід подається пряма напруга, на колекторний перехід подається зворотна напруга;

6. Відношення зміни сили струму, що протікає в колекторі, до зміни сили струму, що протікає в базі, при незмінній напрузі між емітером і колектором.

7.

I_б

I_к

VT

8. Коли на емітерний та колекторний переходи подається зворотна напруга.

9. Напівпровідниковий елемент, який призначений для підсилення електричного сигналу, що має два р -шари та один n -шар, або один р -шар і два n -шари, з двома р - n -переходами і трьома виводами.

10.

VT

11. Коли на емітерний та колекторний переходи подається пряма напруга.

12. Коли на емітерний перехід подається зворотна напруга, на колекторний перехід подається пряма напруга.

Лабораторна робота № 10

1. Опис експериментальної установки

Експериментальна установка містить лабораторний автотрансформатор T, діодний міст VD 1 … VD 4, навантажувальний резистор R _н, підключений до його вторинних затискачів. У вторинному колі діодного моста включено амперметр РA, послідовно з яким включений додатковий резистор R _д. Напругу з додаткового резистора подано на вхід осцилографа. Для комутації кола передбачений вимикач SА.

SА

~

R_н

Т

PA

R_д

A

N

VD 1 … VD 4

Принципова електрична схема експериментальної установки наведена на рисунку 10.1.

Рисунок 10.1 - Принципова електрична схема експериментальної установки.

Для складання схеми необхідно мати 11 провідників (на схемі позначені номерами 1-11).

2. Завдання з виконання експериментального дослідження

2.1 Зібрати схему експериментальної установки.

2.2 Подати напругу на затискачі експериментальної установки.

2.3 Здійснити візуальне спостереження миттєвого струму та зобразити його.