ILINSK UNIVERZITA V ILINE ELEKTROTECHNICKFAKULTA

2008

Elektronika 1Teoretick otzky na skku

Otzky.

1. Polovodiov didy, idelna a relna charakteristika PN priechodu druhy did a ich nhradn schmy2. Prieraz PN priechodu a jeho vyuitie v elektronike3. Bipolrne tranzistory, fyziklna podstata, tranzistorov efekt4. Zapojenie tranzistora so SE, SB, SC, zkladn vlastnosti zapojen, vzjomn porovnanie vlastnost5. Unipolrne tranzistory, fyziklna podstata, druhy tranzistorov6. Charakteristiky tranzistorov, parametrick vyjadrenie vstupnch, vstupnch a prevodovch charakteristk7. Vysokofrekvenn vlastnosti tranzistora8. Nhradn model tranzistora, matematick a fyziklny opis linerneho a nelinerneho modelu tranzistora9. Jednostupov zosilova s tranzistorom, zkladn schmy pre zapojenia so SE, SB, SC10. Nvrh pracovnho bodu tranzistorovho zosilovaa, pracovn trieda, obvodov rieenie11. Stabilizcia pracovnho bodu tranzistorovho zosilovaa, prina posuvu pracovnho bodu

tranzistorovho stupa, metdy stabilizcie, vpoet hodnt prvkov stabilizcie12. Vzjomn porovnanie vlastnost jednotlivch zapojen tranzistorovho zosilovaa pre zapojenia so SE,

SB, SC13. Nhradn schma tranzistorovho zosilovaa, postup pri tvorbe nhradnej schmy zo zadanej obvodovej

schmy14. Vpoet zkladnch vlastnost zosilovaa z nhradnej schmy15. Vkonov zosilova triedy A, analza vkonovho zosilovaa, urenie innosti, poiadavky na

tranzistor16. Vkonov zosilova triedy B, AB, druhy dvojinnch zapojen, analza vkonovho zosilovaa, urenie

innosti, poiadavky na tranzistory17. Sptn vzba v zosilovai, truktra zosilovaa so sptnou vzbou, druhy sptnej vzby, prklady

zapojen18. Vplyv sptnej vzby na vlastnosti zosilovaa, kolsanie zosilnenia, frekvenn charakteristiky19. Osciltory harmonickho signlu, podmienka vzniku oscilci, RC-osciltory, trojbodov zapojenie20. Viacstupov zosilovae, vzba medzi stupami, kombinovan zosilovae21. Diferenn tranzistorov stupe, shlasn a diferenn zosilnenie, potlaenie shlasnho naptia22. Prevodov charakteristika, rchlos prebehu naptia, ofset, teplotn a napov drift diferennho stupa23. Operan zosilova, zkladn truktra, idealizovan vlastnosti24. Invertujce a neinvertujce zapojenie s OZ, analza zapojen25. Linerne aplikcie s OZ26. Nelinerne aplikcie s OZ27. Spna s bipolrnym tranzistorom, statick a dynamick reim, spnacie asy28. Viacvrstvov spnacie siastky, rozdelenie, uplatnenie siastok v jednosmernom a striedavom obvode29. Fotoelektronick prvky, fototranzistor, fototyristor, fotodida, LED dida, LED displej, elektrick

parametre, vyuitie v praxi30. Princpy vkuovch prvkov, historick prehad vkuovej techniky, vkuov zobrazovacie jednotky

1.Polovodiov dida je tvoren jednoduchm PNpriechodom. Zkladn vlastnosti polovodiovch did suren hlavne priebehom statickej voltamprovejCharakteristiky. vekos prdu, ktor teie cez PN priechod: I = Io [exp (eU / kT ) 1]Io je nasten (saturan) prd didou v nepriepustnom

smere; jeho vekos takmer nezvis od vekosti naptia, zvujesa vak s teplotou. S nrastom teploty kles ajbytok naptia na PN priechode.

Varikap ( kapacitn didy )Didy, ktor vyuvaj napov zvislos kapacity nepriepustneorientovanho PN priechodu, sa nazvaj varikapy ( ladenierezonannch obvodov ) Varikapy (varaktory) vyuvaj napovzvislos barierovej kapacity. Mono ju vyjadri vzahom: C = K.U-nvaraktory: kapacitn didy pracujce s vekm vf signlom;

Stabilizan didy sa vyuvaj ako stabiliztory naptia. Nastabilizciu napt sa vyuva oblas takmer linernej asti V-A

charakteristiky (v nepriepustnej orientcii didy) medzi Upa IDmax Stabilizan didy rozdeujeme na Zenerove didy (UP< 5.5 V) a lavnov didy (UP > 5.5 V). Tto as charakteristikyvykazuje vemi mal dynamick odpor (RD = U/ I).

Usmerovacie didy

Schottkyho didy s vytvoren obvykle malm plonm priechodomtypu kov polovodi. Schottkyho didy maj niie naptie, pri ktoromzana v priamom smere preteka prd (cca 0,3 - 0,35V).

2. Z fyziky a elektrotechnolgie je znme, e existuj tri odlin fyziklne mechanizmy prerazenia PN riechodu: LAVNOV PRIERAZ, ktor vznik na irokch (mlo dotovanch) PN priechodoch. ZENEROV alebo TUNELOV PRIERAZ, ktor vznik na zkych (silno dotovanch) PN priechodoch. TEPELN PRIERAZ, ktor sa rozvja pri prdovom alebo tepelnom preaen a ktor vedie k detrukcii

PN priechodu.Zatia o lavnov a Zenerov prieraz sa vyuva pre realizciu stabilizanch did, tepelnmu prerazeniu didy jenutn zabrni pre nebezpeie detrukcie. Poznamenvame, e prierazn naptie lavnovho prerazenia (Up > 5,5V) m kladn teplotn sinite. Prierazne naptie Zenerovho prierazu (UP < 5,5 V) m zporn teplotnkoeficient.Vyuitie m v elektronike prieraz na stabilian didy ako stabiliztory naptia, obmedzovae, prpadne referennprvky stabiliztorov, symetrick obmedzova (2 stabilizan didy v srii zapojen v opanom smere - andami ksebe)

Na spotrebii (odpore zaae) RZ m by stabilizovan naptie U2. Nestabilizovan naptie napjania U1 mus bymin. 1,5 krt vyie, ne U2. Prd stabilizanou didou volme v rozsahu (0,5 - 1)I2. Pri zmench RZ (a I2) nesmieprd ID nikdy klesn pod IDMIN (pri max. I2) a pri najniom I2 nesmie ID prekroi IDMAX .Pracovn bod pre prd ID volme pribline v strede linerneho seku V-A charakteristiky. Poda zvolenho ID aU2 volme v katalgu typ didy aj z hadiska vkonu. inite stabilizcie naptia obvodu uruje poda defincievraz:

kde rd je diferencilny odpor stabilizanej didy v pracovnej oblasti stabilizcie (bva jednotky a desiatky )

3. V tranzistore sa pouvaj obidva druhy vonch nosiov nboja elektrny i diery, preto hovorme o bipolrnomtranzistore.Jednotliv vrstvy tranzistorovej truktry maj svoje men, emitor(oznaujeme E), bza (B), kolektor (C). V zobrazenej truktre na obr. 3.1 sdva PN priechody. V elektrickch obvodoch kad z tchto priechodov me

by zapojen v priepustnom alebo nepriepustnom smere. Z tohto pohadu rozoznvame tyri mon reimyinnosti tranzistora: Nevodiv reim. Obidva priechody s orientovan v nepriepustnom smere. Tranzistoromprechdza iba nepatrn prd Nasten reim. Obidva priechody s orientovan v priepustnom smere.Tranzistorom prechdza maximlny prd, ktor obmedzuje za tranzistora Aktvny reim. Priechod E-B jeorientovan priepustne, priechod B-C je orientovan nepriepustne. Inverzn reim. Priechod B-C je orientovanpriepustne, priechod B-E je orientovan nepriepustne.Tranzistorov efekt: Na zabezpeenie zosilovacieho efektu je potrebn splni nasledujce technologick

poiadavky: Vrstva emitora mus ma podstatne viukoncentrciu prmes ako vrstva bzy. Pri PNP toznamen, e koncentrcia akceptorov vo vrstve emitoraje omnoho via ako koncentrcia donorov vo vrstvebzy. Pri NPN je koncentrcia donorov vo vrstveemitora podstatne via ako koncentrcia akceptorovvo vrstve bzy. Hrbka prostrednej bzy m by vemimal, menia ako difzna dka dier emitorovej vrstvyPNP tranzistora resp. difzna emitorovej vrstvytranzistora NPN.dka elektrnov

Kolektorov prd IC je zmenen o bzov prd IB , preto plat:

Sinite sa nazva jednosmern prdov zosilovac sinite. Kolektorov prd tranzistora potom bude:

napov zosilnenie:

Prdov zosilnenie

Vkonov zosilnenie je sin prdovho a napovho zosilnenia:

4. Poda toho ktor elektrdu tranzistora priradme vstupu respektve vstupu zosilovaa,rozoznvame tri zkladn zapojenia tranzistora: zapojenie so spolonou bzou (skratka SB), zapojenie so spolonm emitorom (SE), zapojenie so spolonm kolektorom (SC).

SE:jednosmern prdov zosilovac sinite pre zapojenie

tranzistora so spolonm emitorom. Hodnota sinitea je omnohovia ako 1. Znamen to, e prdov zosilnenie tranzistora sospolonm emitorom je podstatne vyie ako pri SB.

SC:

SB:

5. Tranzistory riadene elektrickm poom FET (Fieldeffect tranzistor) vytvraj prd nosie iba jednejpolarity, bu zporn elektrny alebo kladn diery(poda typu tranzistora). Preto sa tieto tranzistoryoznauj ako unipolrne. Ak sa jedn o prenos signluelektrnmi je to FET s kanlom N a pri prenose signludierami, je to FET s kanlom P.Pripomenieme hlavn vhody FET tranzistorov: Vstupn odpor je 1010 - 1015 , vstupn kapacita 2pF. Z hadiska vrobnej realizcie si vyadujpodstatne men poet vrobnch operci. Zatia orealizcia bipolrneho obvodu TTL si vyaduje 140vrobnch operci, je pre realizciu podobnhoobvodu s FET-tranzistormi potrebn len 40 vrobnchoperci. Vstupn obvod je dokonale oddelen odvstupnho obvodu. FET - tranzistory vykazuj vnzkofrekvennch i vysokofrekvennchzosilovaoch vemi mal vlastn um. FET -tranzistory vykazuj mal nelinerne skreslenie. FET- tranzistory vykazuj vemi dobr spnacie vlastnosti.Vkonov FET - tranzistory stle astejie nahradzujbipolrne tranzistory pre obvodov jednoduchos alepie vlastnosti. Najzvanejie nedostatky FETtranzistorov s: Vek rozptyl prahovho naptia UTa niekoko voltov (u bipolrnych tranzistorov cca0,1V). riziko pokodenia vstupu u IGFET-ov(MOSFET-ov). Klasick FET tranzistory maj niiuhorn medzn frekvenciu ako bipolrne tranzistory.Tento nedostatok odstrauj modern typy FETov(napr. HEMT).

6. Jednosmern charakteristiky tranzistora vyjadruj vzah medzi jednosmernmi prdmi a naptiami tranzistora. Vstupn/vstupn naptia a prdy pre jednotliv druhy zapojenia tranzistora:

Popis pomocou y parametrov ( admitann ): - charakteristiky nakrtkohybridn charakteristiky:

Jedna premenn bva vyjadren ako kontanta.Dostaneme sbor tyroch charakteristk:

SB:

7. Pri prci tranzistora so striedavm signlom sa prejavuj dynamick vlastnosti tranzistora, oho dsledkom jefrekvenn zvislos striedavch parametrov tranzistora. Prinou s barierov a difzne kapacity PN priechodovtranzistora a tie konen as prechodu nosiov vrstvami tranzistorovej truktry.h21 sa men s polohou prac. bodu a frekvenciou.

je mierou rchlosti innosti tranzistora. - jednosmern prdov zosilovac inite pre zapojenie SE.

Horn medzn frekvencia f sa vzahuje na zapojenie so spolonm emitorom. Pre zapojenie so spolonou b