Электроника и микроэлектроника

Содержание

Слайд 2

Дополнительная информация по дисциплине «Электроника и микроэлектроника» http://electronix.ru- форум разработчиков электроники,

Дополнительная информация по дисциплине «Электроника и микроэлектроника»

http://electronix.ru- форум разработчиков электроники,

www.kazus.ru – электронный пртал,
www.ni.com – сайт фирмы National Instruments, разработчик Multisim (Electronics Workbench),
www.spectrum-soft.com – сайт фирмы Spectrum Software, разработчик Micro-Cap.
Слайд 3

Электроника ЭЛЕКТРОНИКА, наука о взаимодействии заряженных частиц (электронов, ионов) с электромагнитными

Электроника

ЭЛЕКТРОНИКА, наука о взаимодействии заряженных частиц (электронов, ионов) с электромагнитными полями

и о методах создания электронных приборов и устройств (вакуумных, газоразрядных, полупроводниковых, оргаических), используемых в основном для передачи, обработки, отображения и хранения информации. Возникла в начале 20 в. Первоначально развивалась главным образом вакуумная электроника, на ее основе были созданы электровакуумные приборы. С нач. 50-х гг. интенсивно развивается твердотельная электроника (прежде всего полупроводниковая); с нач. 60-х гг. одно из наиболее перспективных ее направлений - микроэлектроника. После создания квантового генератора началось развитие квантовой электроники. Электронные приборы и устройства используются в системах связи, автоматики, в вычислительной технике, измерительной технике и т. д.
Слайд 4

Классификация электронных устройств Аналоговые электронные устройства. Дискретные электронные устройства. Смешанные электронные устройства.

Классификация электронных устройств

Аналоговые электронные устройства.
Дискретные электронные устройства.
Смешанные электронные устройства.

Слайд 5

Этапы развития электроники 1895г. Передача информации без проводов. 1906 г. Вакуумный

Этапы развития электроники

1895г. Передача информации без проводов.
1906 г. Вакуумный триод.
1947г. Транзистор.
1958г.

Интегральная микросхема.
1997г. INTEL CPU Pentium-II. 7500000 транзисторов. Техпроцесс – 0.35мкм.
Слайд 6

Вакуумные электронные приборы

Вакуумные электронные приборы

Слайд 7

Полупроводниковые приборы

Полупроводниковые приборы

Слайд 8

Интегральные микросхемы

Интегральные микросхемы

Слайд 9

Intel Pentium II

Intel Pentium II

Слайд 10

Развитие ЭВМ

Развитие ЭВМ

Слайд 11

ЭЦВМ УРАЛ-2

ЭЦВМ УРАЛ-2

Слайд 12

ЭЦВМ Минск-2(22)

ЭЦВМ Минск-2(22)

Слайд 13

ЭВМ М222

ЭВМ М222

Слайд 14

ЭВМ М222

ЭВМ М222

Слайд 15

ЭВМ БЭСМ-6

ЭВМ БЭСМ-6

Слайд 16

Основные элементы электрических цепей Все элементы можно разделить на две группы:

Основные элементы электрических цепей

Все элементы можно разделить на две группы: 1.    

Активные элементы или источники электрической энергии. 2.     Пассивные элементы или потребители электрической энергии. К первой группе относятся источники тока и напряжения. Ко второй группе относятся активные и реактивные потребители. Графические изображения элементов и их основные параметры показаны в таблице.
Слайд 17

Приставки СИ

Приставки СИ

Слайд 18

Анализ цепей постоянного тока Закон Ома U - напряжение (В); I

Анализ цепей постоянного тока

Закон Ома
U - напряжение (В);
I -

ток (А);
R – сопротивление резистора (Ом).
Проводимость (См).
Мощность (Вт)
Слайд 19

Эквивалентное сопротивление Последовательное соединение компонентов.

Эквивалентное сопротивление

Последовательное соединение компонентов.

Слайд 20

Делитель напряжения

Делитель напряжения

Слайд 21

Преобразование звезда – треугольник и треугольник - звезда

Преобразование звезда – треугольник и треугольник - звезда



Слайд 22

Мостиковая схема

Мостиковая схема

Слайд 23

Мостиковая схема Тогда искомый ток I в ветви с сопротивлением R

Мостиковая схема

Тогда искомый ток I в ветви с сопротивлением R можно

определить, применив закон Ома :

б) Закоротим источник ЭДС Е (рис. 13) и определим RЭКВ, которое будет равно входному сопротивлению цепи между точками 1 и 2 :

в) Ток в ветви, содеpжащей pезистоp R (pис. 14) вычисляется по фоpмуле :

Метод эквивалентного генератора.

Метод эквивалентного генератора.

Метод эквивалентного генератора.

Слайд 24

Эквивалентное сопротивление Параллельное соединение компонентов Для двух параллельно соединенных резисторов

Эквивалентное сопротивление

Параллельное соединение компонентов
Для двух параллельно соединенных резисторов

Слайд 25

Классификация сигналов

Классификация сигналов

Слайд 26

Периодические синусоидальные сигналы Синусоидальным сигналом называется гармонический сигнал, описываемый уравнением вида:

Периодические синусоидальные сигналы

Синусоидальным сигналом называется гармонический сигнал, описываемый уравнением вида: для

напряжения или для тока. где u(t) и i(t) - мгновенное значение сигнала напряжения или тока; Um и Im - максимальное (амплитудное) значение функции; ω - угловая частота изменения сигнала; измеряется в радианах за секунду [рад/с]. частота изменения сигнала, измеряется в Герцах [Гц, (Hz)]; Т – период функции; измеряется в секундах [с]; φ - начальная фаза сигнала; измеряется в радианах [рад].
Слайд 27

Периодические синусоидальные сигналы Основными характеристиками периодических синусоидальных сигналов являются: Амплитудное значение

Периодические синусоидальные сигналы

Основными характеристиками периодических синусоидальных сигналов являются:
Амплитудное значение сигнала

Um или Im;
Действующее значение сигнала:
Среднее значение сигнала
Действующее значение сигнала за период определяется уравнением:
Коэффициент называется коэффициентом амплитуды.
Среднее значение сигнала за период определяется уравнением:
Отношение действующего значения сигнала к его среднему значению называется коэффициентом формы:
; (справедливо только для синусоиды).
Слайд 28

Спектры сигналов и преобразование Фурье Периодический сигнал U(t) с периодом T=1/f

Спектры сигналов и преобразование Фурье

Периодический сигнал U(t) с периодом T=1/f можно

представить рядом Фурье:
где
U0 – постянная составляющая т.е. среднее значение сигнала U(t) за период Т:
Слайд 29

Спектры сигналов и преобразование Фурье Un – модуль амплитуды n-ой гармоники: Фазовый сдвиг n-ой гармоники

Спектры сигналов и преобразование Фурье

Un – модуль амплитуды n-ой гармоники:
Фазовый сдвиг

n-ой гармоники
Слайд 30

Спектры сигналов и преобразование Фурье Из данной формулы видно, что периодическая

Спектры сигналов и преобразование Фурье
Из данной формулы видно, что периодическая функция

(сигнал) может быть представлена в виде суммы синусоидальных колебаний с частотами кратными основной частоте ω1, и с соответствующими амплитудами Um и фазовыми сдвигами φn/
Отдельные слагапмые суммы называют гармониками.
ω1 – первая гармоника (колебания основной частоты),
ωn = nωn – n-ая гармоника.
Совокупность амплитуд гармоник Un – спектр амплитуд .
Φn – спектр фаз.
Слайд 31

Несинусоидальные сигналы Прямоугольный импульс. Трапецеидальный сигнал. Треугольный сигнал. Сигнал пилообразной формы.

Несинусоидальные сигналы

Прямоугольный импульс.
Трапецеидальный сигнал.
Треугольный сигнал.
Сигнал пилообразной формы.
Экспоненциальный сигнал.
Колоколообразный сигнал.
Сигнал с чередующейся

полярностью.
Слайд 32

Несинусоидальные сигналы Прямоугольный импульс. Трапецеидальный сигнал. Треугольный сигнал. Сигнал пилообразной формы.

Несинусоидальные сигналы

Прямоугольный импульс.
Трапецеидальный сигнал.
Треугольный сигнал.
Сигнал пилообразной формы.
Экспоненциальный сигнал.
Колоколообразный сигнал.
Сигнал с чередующейся

полярностью.
Слайд 33

Прямоугольный импульс Uи - амплитуда импульса, Т - период следования импульсов,

Прямоугольный импульс

Uи - амплитуда импульса,
Т - период следования импульсов,
Tи - длительность

импульса,
Uсм - напряжение смещения импульса.
Скважность импульса Q

Коэффициент заполнения

Слайд 34

Характеристики импульсного сигнала Форма импульса. Амплитуда импульса Um. Фронт импульса tф.

Характеристики импульсного сигнала

Форма импульса.
Амплитуда импульса Um.
Фронт импульса tф.
Длительность импульса tи.
Длительность спада

сигнала tс.
Длительность плоской части сигнала tпл.
Время обратного выброса tв.
Скважность импульса Q=T/Tи.
Величина спада вершины импульса
Слайд 35

Амплитудная модуляция

Амплитудная модуляция

Слайд 36

Частотная модуляция Частотная модуляция - модуляции колебаний, при которой частота высокочастотного

Частотная модуляция

Частотная модуляция - модуляции колебаний, при которой частота высокочастотного колебания

изменяется во времени по закону, соответствующему передаваемому сигналу.
При частотной модуляции амплитуда несущего колебания U0 сохраняется постоянной, а частота несущего колебания ω(t) определяется модулирующим сигналом e(t) в соответствии с выражением:
ω(t) = ω0 + kЧМ e(t), 
где kЧМ - коэффициент пропорциональности, связывающий отклонение ΔωЧМ частоты ω(t) от своего номинального значения ω0, равное ΔωЧМ = ω(t) - ω0, и величину модулирующего напряжения e(t), вызывающего это отклонение.

Частотная модуляция (ЧМ) – модуляция, при которой несущая частота сигнала изменяется в соответствии с модулирующим колебанием

Частотная модуляция (ЧМ) – модуляция, при которой несущая частота сигнала меняется в соответствии с модулирующим колебанием

Слайд 37

Основные элементы электрических цепей Все элементы можно разделить на две группы:

Основные элементы электрических цепей

Все элементы можно разделить на две группы: 1.    

Активные элементы или источники электрической энергии. 2.     Пассивные элементы или потребители электрической энергии. К первой группе относятся источники тока и напряжения. Ко второй группе относятся активные и реактивные потребители. Графические изображения элементов и их основные параметры показаны в таблице.
Слайд 38

Схемные функции Передаточная характеристика. Отношение комплексных амплитуд выходного и входного сигналов.

Схемные функции

Передаточная характеристика.
Отношение комплексных амплитуд выходного и входного сигналов.

Слайд 39

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) Диапазон частот, в котором коэффициент передачи изменяется не

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)

Диапазон частот, в котором коэффициент передачи изменяется не более

чем в раза, называется рабочим диапазоном частот, или полосой пропускания. Частоты
и называю верхней и нижней граничными частотами рабочего диапазона.
Слайд 40

Классификация резисторов

Классификация резисторов

Слайд 41

Условные графические обозначения резисторов

Условные графические обозначения резисторов

Слайд 42

Резисторы В России условные графические обозначения резисторов на схемах должны соответствовать

Резисторы

В России условные графические обозначения резисторов на схемах должны соответствовать ГОСТ

2.728-74. В соответствии с ним, постоянные резисторы обозначаются следующими образом:
Слайд 43

Основные параметры резисторов Номинальное сопротивление по ГОСТ 2825-07. Отклонение сопротивления резистора

Основные параметры резисторов

Номинальное сопротивление по ГОСТ 2825-07.
Отклонение сопротивления резистора от номинальной

величины.
Номинальная мощность рассеивания.
Предельное рабочее напряжение.
Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) резистора – изменение сопротивления резистора при изменении температуры на 1 градус С.
Уровень собственных шумов.
Максимальная температура окружающей среды.
Влагостойкость и термостойкость.
Слайд 44

Тепловые шумы в резисторах У любого резистора имеется тепловой шум –

Тепловые шумы в резисторах

У любого резистора имеется тепловой шум – следствие

движения носителей заряда внутри твердого тела. Средняя мощность шума определяется по формуле:
k - постоянная Больцмана. k=1.38*10**(-23)
T - абсолютная температура.
- полоса частот, в которой измеряется . мощность.
Действующее значение напряжения шумов:
Слайд 45

Эквивалентная схема резистора R – сопротивление резистора. L – индуктивность выводов

Эквивалентная схема резистора

R – сопротивление резистора.
L – индуктивность выводов резистора.
C –

емкость между выводами резистора.
Слайд 46

Резисторы постоянные углеродистые и буроуглеродистые ВС - высокой стабильности; ОВС -

Резисторы постоянные углеродистые и буроуглеродистые

ВС - высокой стабильности;
ОВС - повышенной надежности,
ВСЕ

- с осевыми выводами;
УЛМ - углеродистые лакированные малогабаритные;
УЛС - углеродистые лакированные специальные;
УЛИ - углеродистые лакированные измерительные;
УНУ - углеродистые незащищенные ультравысокочастотные стержневые;
УНУ-Ш - углеродистые незащищенные ультравысокочастотные шайбовые;
ИВС - импульсные высокостабильные; БЛП - бороуглеродистые лакированные прецизионные (с самым низким уровнем собственных шумов - не более 0,5 мкВ/В).
Слайд 47

Резисторы постоянные металлопленочные и металллоокисные МЛТ - металлопленочные лакированные теплостойкие; ОМЛТ

Резисторы постоянные металлопленочные и металллоокисные

МЛТ - металлопленочные лакированные теплостойкие;
ОМЛТ - повышенной

надежности; МТ - металлопленочные теплостойкие;
МУН - металлопленочные ультравысокочастотные незащищенные;
МГП - металлопленочные герметизированные прецизионные;
МОУ - металлопленочные ультравысокочастотные;
МОН - металлоокисные низкоомные (дополняют шкалу номиналов резисторов МЛТ);
С2-6 - металлоокисные;
С2-7Е - металлоокисные низкоомные (дополняют шкалу номиналов резисторов МТ).
Слайд 48

Резисторы постоянные композиционные С4-1 - повышенной теплостойкости на неорганической связке; ТВО

Резисторы постоянные композиционные

С4-1 - повышенной теплостойкости на неорганической связке;
ТВО - теплостойкие,

влагостойкие, объемные с неорганической связкой;
КОИ - с органической связкой;
композиционные пленочные
КИМ - композиционные изолированные для малогабаритной аппаратуры;
КПМ - композиционные лакированные малогабаритные;
КВМ - композиционные вакуумные (в стеклянном баллоне),
КЭВ - композиционные экранированные высоковольтные.
Слайд 49

Резисторы постоянные проволочные ПКВ - на керамическом основании, влагостойкие, многослойные группы

Резисторы постоянные проволочные

ПКВ - на керамическом основании, влагостойкие, многослойные группы I

и II (резисторы группы II предназначены для работы а условиях сухих и влажных тропиков);
ПТМН - многослойные нихромовые малогабаритные;
ПТМК - многослойные константановые малогабаритные;
ПТ - проволочные точные;
ПЭ - эмалированные трубчатые невлагостойкие;
ПЭВ - эмалированные трубчатые влагостойкие;
ПЭВР - эмалированные трубчатые влагостойкие регулируемые;
ОПЭВЕ - повышенной надежности и долговечности;
ПЭВТ - термостойкие влагостойкие (тропические).
Слайд 50

Цветовая маркировка резисторов

Цветовая маркировка резисторов

Слайд 51

Резисторы для поверхностного монтажа (SMD, чип-резисторы)

Резисторы для поверхностного монтажа (SMD, чип-резисторы)

Слайд 52

Корпуса для поверхностного монтажа (SMD)

Корпуса для поверхностного монтажа (SMD)

Слайд 53

Корпуса для поверхностного монтажа (SMD)

Корпуса для поверхностного монтажа (SMD)

Слайд 54

Классификация конденсаторов

Классификация конденсаторов

Слайд 55

Условные графические обозначения конденсаторов

Условные графические обозначения конденсаторов

Слайд 56

Основные параметры конденсаторов Номинальное значение конденсатора. Допустимое отклонение действительной емкости конденсатора

Основные параметры конденсаторов

Номинальное значение конденсатора.
Допустимое отклонение действительной емкости конденсатора от номинала.
Тангенс

угла потерь.
Ток утечки (для электролитических конденсаторов.
Сопротивление изоляции.
Температурный коэффициент емкости.
7.Номинальное напряжение.
Слайд 57

Эквивалентная схема конденсатора L – индуктивность выводов. R – омическое сопротивление изоляции. C – емкость конденсатора..

Эквивалентная схема конденсатора

L – индуктивность выводов.
R – омическое сопротивление изоляции.
C –

емкость конденсатора..
Слайд 58

Эквивалентная схема катушки индуктивности L – индуктивность катушки. R – сопротивление

Эквивалентная схема катушки индуктивности

L – индуктивность катушки.
R – сопротивление катушки.
C –

емкость между выводами катушки.
Слайд 59

Ряд Е24 (отклонение от номинала ±5%) 10 36 Номинал резистора 11

Ряд Е24 (отклонение от номинала ±5%)

10 36 Номинал резистора
11 39

(конденсатора)
12 43 получается умножением
13 47 числа ряда на 10**N.
15 51
16 56
18 62
20 68
22 75
24 82
27 91
30
33
Слайд 60

P-N переход р-n переход это электронно-дырочный переход т.е. область соприкосновения двух

P-N переход

р-n переход это электронно-дырочный переход т.е. область соприкосновения двух полупроводников

с проводимостью p- и n- типов.
(n- negative, отрицательный, электронный,
p- positive положительный, дырочный).
Электрические процессы в p-n переходе – основа работы полупроводниковых диодов, транзисторов и других полупроводниковых приборов с нелинейной вольтамперной характеристикой.
Слайд 61

P-N переход В полупроводнике p-типа концентрация дырок значительно превышает концентрацию электронов.

P-N переход

В полупроводнике p-типа концентрация дырок значительно превышает концентрацию электронов.
В полупроводнике

n-типа концентрация электронов больше чем концентрация дырок.
Если между двумя полупроводниками p- и n- типов возникнет контакт, то появиться диффузионный ток. Носители заряда перетекают из области с большей концентрацией в меньшую.
Слои пространственного заряда порождают в переходе электрическое поле, что вызывает дрейфовый ток, противоположный диффузионному току. Между диффузионным и дрйфовым токами устанавливается равновесие и изменение объемных зарядов прекращается.
Слайд 62

Выпрямительные свойства p-n перехода Если к слоям полупроводника приложить внешнее напряжение

Выпрямительные свойства p-n перехода

Если к слоям полупроводника приложить внешнее напряжение так,

чтобы созданное им электрическое поле было направленным противоположно направлению электрического поля между областями пространственного заряда, то динамическое равновесие нарушается, и диффузионный ток преобладает над дрейфовым током, быстро нарастая с повышением напряжения. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется прямым смещением.
Слайд 63

Выпрямительные свойства p-n перехода Если же внешнее напряжение приложено так, чтобы

Выпрямительные свойства p-n перехода

Если же внешнее напряжение приложено так, чтобы созданное

им поле было одного направления с полем между областями пространства, то это приведет лишь к увеличению толщины слоёв пространственного заряда, и ток через p-n-переход очень мал и определяется тепловой или фотонной генерацией пар электрон-дырка. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется обратным смещением.
Слайд 64

Кремниевый полупроводниковый диод

Кремниевый полупроводниковый диод

Слайд 65

P-N переход Уравнение p-n перехода представляет собой зависимость тока, текущего через

P-N переход

Уравнение p-n перехода представляет собой зависимость тока, текущего через

диод, от приложенного к нему напряжению . Уравнение идеального p-n перехода записывается:
I - Суммарный ток, текущий через диод I0 - ток насыщения (ток утечки в диоде) V - Приложенное к диоду напряжение q - Абсолютное значение заряда электрона k - Постоянная Больцмана T - Абсолютная температура (K)
I0 увеличивется при увеличении температуры.
Слайд 66

P-N переход Для реальных диодов справедливо следующее уравнение: n – коэффициент

P-N переход

Для реальных диодов справедливо следующее уравнение:
n – коэффициент идеальности,

n принимающий значения от 1 до 2 и увеличивающийся с увеличением тока.
Слайд 67

p-n переход При: Io = 1*10-10 A n = 1 T

p-n переход

При:
Io = 1*10-10 A
n = 1
T =300K
V = 0.45B
I =

0.0037A
При:
T = 301K
I = 0.0034A