Электронные компоненты цифровых устройств. Лекция №1

Июль 23, 2022

Главная
Разное
Электронные компоненты цифровых устройств. Лекция №1

Содержание

2. Таненбаум Э. С. Архитектура компьютера. 6-е изд СПб.: Питер, 2017 Дэвид М. Харрис Цифровая схемотехника и
3. Электронные компоненты цифровых устройств
4. Определение основных электрических характеристик: напряжение, ток, мощность; Пассивные элементы электронных устройств: сопротивление; емкость; Активные элементы электронных
5. Определение основных Электрических характеристик
6. Электрическое напряжение между точками А и В - это работа, совершаемая силами поля по перемещению единичного
7. Потенциал земли равен 0 вольт. Напряжение может быть : постоянным («V=», VDC) ; переменным ( «V~»
8. Такими частицами могут являться: в проводниках – электроны; в электролитах – ионы (катионы и анионы), в
9. Электрическое сопротивление Сопротивление (R) – это свойство вещества препятствовать протеканию электрического тока. Измеряется в Ом или
10. Мощность электрического тока — это отношение произведенной им работы ко времени в течение которого совершена работа.
11. Ёмкость, конденсатор Конденсатор – система, состоящая из проводников и диэлектрика, служащая для накопления заряда. При подаче
12. Конденсатор Ток и напряжение на конденсаторе в противофазе, поэтому мощность рассеиваемая конденсатором стремится к 0. Применение:
13. Конденсатор При некачественном диэлектрике в конденсаторе возникают сквозные токи, которые приводят к «закипанию» и взрыву конденсатора.
14. Конденсатор RC – цепочка затягивает (искажает) фронты цифровых сигналов Кроме емкости C, любой кабель обладает еще
15. Активные элементы электронных устройств
16. Кремний + Фосфор = полупроводник n – типа (избыток электронов) Кремний + Бор = полупроводник р
17. Свойства p—n перехода При подаче на p-n переход внешнего поля, совпадающего по направлению с начальным запирающим
18. При подаче на p-n переход внешнего электрического поля (0,3-0,6) Вольт, противоположного по направлению к начальному запирающему
19. p—n переход = диод
20. Диод-выпрямитель
21. Светиодиоды Когда избыточные электроны переходят из материала n-типа в материал р-типа и рекомбинируют (объединяются) с дырками,
22. Фотодиод Фотодиод — это элемент в котором протекающий через светодиод ток будет зависеть от падающего на
23. Биполярный транзистор (1947 год) Транзистор представляет собой два включенных последовательно p-n –перехода. Без внешних напряжений переходы
24. Биполярный транзистор При подаче напряжения на транзистор переход база – эмиттер открывается, а переход база -
25. Биполярный транзистор Количество основных носителей в базе делают не большим, поэтому ток базы намного меньше тока
26. Передаточная характеристика б.п. транзистора Усилительный каскад Передаточная характеристика
27. Полевой транзистор Каналом полевого транзистора называют область в полупроводнике, в которой ток основных носителей заряда регулируется
28. Полевой транзистор В зависимости от способа организации управляющего поля полевые транзисторы бывают разных типов.
29. Достоинства полевых транзисторов Так как полевые транзисторы управляются электрическим полем, то ток затвора в них значительно
30. Режимы работы транзистора Линейный режим Для усиления аналоговых (непрерывных) сигналов. Рассеиваемая на транзисторе мощность максимальна. Ключевой
31. Диод в прямом направлении
32. Диод в обратном направлении
33. Проверка перехода база - коллектор
34. Проверка перехода база - эмиттер
35. База-коллектор в обратном направлении
36. База-эмиттер в обратном направлении
37. Операционный усилитель Усиливает только разность входных напряжений. Коэффициент усиления стремится к бесконечности Условные обозначения : V+
38. Операционный усилитель
39. AD820
41. Скачать презентацию

Слайд 2

Таненбаум Э. С. Архитектура компьютера. 6-е изд СПб.: Питер, 2017
Дэвид М.

Харрис Цифровая схемотехника и архитектура компьютера. Morgan Kaufman, 2013.
Тице У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. 12 – издание М: ДМК Пресс, ДОДЭКА, 2015
А.Грошев, П.Закляков Информатика: учеб. для вузов – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ДМК Пресс, 2016. – 588 с
Гук М.Г. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. 3-е изд. – СПб.: Питер, 2008
Гук М.Г. Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия. - СПб.: Питер, 2006
Петров С.В. Шины PCI, PCI Express. Архитектура, дизайн, принципы функционирования. – СПб.: БХВ, 2006
Евстифеев, А. В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega : руководство пользователя / А. В. Евстифеев. - Москва : ДМК Пресс, ДОДЭКА, 2015. - 587 с.

Рекомендуемая литература к курсу

Слайд 3

Электронные компоненты цифровых устройств

Слайд 4

Определение основных электрических характеристик:
напряжение, ток, мощность;
Пассивные элементы электронных устройств:
сопротивление;
емкость;
Активные элементы

электронных устройств:
диод;
биполярный и полевой транзистор;
операционный усилитель.

План лекции

Слайд 5

Определение основных
Электрических
характеристик

Слайд 6

Электрическое напряжение между точками А и В - это работа, совершаемая

силами поля по перемещению единичного заряда из точки А в точку В и равна разности потенциалов между этими точками.

Потенциал и напряжение измеряется в вольтах.

Напряжение

Слайд 7

Потенциал земли равен 0 вольт.
Напряжение может быть :
постоянным («V=», VDC) ;
переменным

( «V~» , VAC).

В электронных устройствах выбирается некоторая общая точка, потенциал которой считается равным 0 (схемная земля GND (Ground) или общий COM (Common ) ).
Все остальные напряжения измеряются относительно этой точки.

Напряжение

Слайд 8

Такими частицами могут являться:
в проводниках – электроны;
в электролитах –

ионы (катионы и анионы),
в полупроводниках – электроны и так называемые дырки (дырка — это отсутствие электрона в электронной оболочке атома.)

Ток может быть:
постоянным (протекать в одном направлении, («I=», IDC));
переменным (протекать в разных направлениях, («I~» , VAC)).
обычно направление тока показывается стрелкой направленной против движения электронов.

Электрический ток — направленное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля.

Сила тока – количество заряда протекающее через поперечное сечение проводника за единицу времени (измеряется в амперах или долях ампер).

Электрический ток

Слайд 9

Электрическое сопротивление
Сопротивление (R) – это свойство вещества препятствовать протеканию электрического тока.
Измеряется

в Ом или долях Ом.
Элементы, которые задают нужное сопротивление называются резисторами и обозначаются:

Закон Ома:

Слайд 10

Мощность электрического тока — это отношение произведенной им работы ко времени

в течение которого совершена работа.

Мощность тока

Слайд 11

Ёмкость, конденсатор
Конденсатор – система, состоящая из проводников и диэлектрика, служащая для

накопления заряда.

При подаче напряжения в начальный момент (ток в цепи максимальный) на пластинах будет накапливаться одноименный заряд, до тех пор пока напряжение на конденсаторе не станет равным питающему напряжению (ток в цепи равен 0).

Чем выше качество диэлектрика, тем больше емкость конденсатора при одинаковой площади пластин.

Слайд 12

Конденсатор
Ток и напряжение на конденсаторе в противофазе, поэтому мощность рассеиваемая конденсатором

стремится к 0.

Применение:
Материнские платы;
Источники питания
Элементы оперативной и флэш памяти;
Различного рода датчики;
И др.

Емкость измеряется в фарадах F (микро-, нано-, пико- фарадах).

Зависимость сопротивления от частоты ? поданного на конденсатор напряжения :

Слайд 13

Конденсатор
При некачественном диэлектрике в конденсаторе возникают сквозные токи, которые приводят к

«закипанию» и взрыву конденсатора.

Слайд 14

Конденсатор
RC – цепочка затягивает (искажает) фронты цифровых сигналов
Кроме емкости C, любой

кабель обладает еще и сопротивлением R. Оба этих физических свойства распределены по длине кабеля, и при передаче импульсных сигналов работают как интегрирующая RC – цепочка:

Слайд 15

Активные элементы
электронных устройств

Слайд 16

Кремний + Фосфор = полупроводник n – типа (избыток электронов)
Кремний +

Бор = полупроводник р – типа (избыток дырок)
Ионы — атомы или молекулы потерявшие или получившие электрон

Свойства p—n перехода

При соединении полупроводников в начальный момент дырки и электроны проникают из одной области в другую.
На границе образуется начальный запирающий слой, представляющий собой электрическое поле, образованное перешедшими зарядами и препятствующее дальнейшему основных движению зарядов.

Слайд 17

Свойства p—n перехода
При подаче на p-n переход внешнего поля, совпадающего по

направлению с начальным запирающим слоем, он расширяется и переход закрывается. Тока нет.

Слайд 18

При подаче на p-n переход внешнего электрического поля (0,3-0,6) Вольт, противоположного

по направлению к начальному запирающему слою, он уменьшается и переход открывается и через него течет ток.

Свойства p—n перехода

Слайд 19

p—n переход = диод

Слайд 20

Диод-выпрямитель

Слайд 21

Светиодиоды
Когда избыточные электроны переходят из материала n-типа в материал р-типа и

рекомбинируют (объединяются) с дырками, происходит выделение энергии в виде фотонов, элементарных частиц (квантов) электромагнитного излучения.

Материал, из которого изготавливается светодиод, выбирается таким образом, чтобы длина волны испускаемых фотонов находилась в пределах видимой области спектра излучения. Разные материалы испускают фотоны разного цвета.

Слайд 22

Фотодиод
Фотодиод — это элемент в котором протекающий через светодиод ток будет

зависеть от падающего на p-n – переход света (детектор изображения).

Слайд 23

Биполярный транзистор (1947 год)
Транзистор представляет собой два включенных последовательно p-n –перехода.
Без

внешних напряжений переходы закрыты.

Слайд 24

Биполярный транзистор
При подаче напряжения на транзистор переход база – эмиттер открывается,

а переход база - коллектор закрывается.
Свободные носители проникают с эмиттера в базу, где подхватываются большим напряжением коллектора и проходят через закрытый переход база – коллектор.
Через транзистор течет ток
Изменяя напряжение Uбэ изменяется ширина запорного слоя и ток через транзистор.

Слайд 25

Биполярный транзистор
Количество основных носителей в базе делают не большим, поэтому ток

базы намного меньше тока эмиттера.

- коэффициент усиления по току

Слайд 26

Передаточная характеристика б.п. транзистора
Усилительный каскад
Передаточная характеристика

Слайд 27

Полевой транзистор
Каналом полевого транзистора называют область в полупроводнике, в которой ток

основных носителей заряда регулируется изменением ее поперечного сечения.

Напряжение Uзи является обратным для р-n- перехода (очень малый ток затвора). От величины Uзи зависит ширина запирающего электрического поля р-n- перехода, а, следовательно, эффективная площадь поперечного сечения канала, его сопротивление и ток в канале.

С его ростом расширяются р-n- переходы, уменьшается площадь сечения токопроводящего канала, уменьшается ток в канале.

Слайд 28

Полевой транзистор
В зависимости от способа организации управляющего поля полевые транзисторы бывают

разных типов.

Слайд 29

Достоинства полевых транзисторов
Так как полевые транзисторы управляются электрическим полем, то ток

затвора в них значительно меньше управляющего тока базы биполярного транзистора и как следствие меньшее потребление мощности.
При изготовлении занимают меньше места на кристалле.
Микросхемы цифровой техники изготавливаются на основе полевых МОП-транзисторов.

Слайд 30

Режимы работы транзистора
Линейный режим
Для усиления аналоговых (непрерывных) сигналов.
Рассеиваемая на транзисторе

мощность максимальна.

Ключевой режим
Для работы с цифровыми сигналами.
Рассеиваема мощность минимальна.

Слайд 31

Диод в прямом направлении

Слайд 32

Диод в обратном направлении

Слайд 33

Проверка перехода база - коллектор

Слайд 34

Проверка перехода база - эмиттер

Слайд 35

База-коллектор в обратном направлении

Слайд 36

База-эмиттер в обратном направлении

Слайд 37

Операционный усилитель
Усиливает только разность входных напряжений.
Коэффициент усиления стремится к бесконечности
Условные

обозначения :
V+ — не инвертирующий вход
V- — инвертирующий вход
Vout — выход
Vs+ — плюс напряжения питания
Vs- — минус напряжения питания

Условное графическое обозначение
операционного усилителя

Слайд 38

Операционный усилитель

Слайд 39

Электронные компоненты цифровых устройств. Лекция №1

Содержание

Таненбаум Э. С. Архитектура компьютера. 6-е изд СПб.: Питер, 2017Дэвид М.

Электронные компоненты цифровых устройств

Определение основных электрических характеристик:напряжение, ток, мощность; Пассивные элементы электронных устройств:сопротивление;емкость;Активные элементы

Определение основныхЭлектрическиххарактеристик

Электрическое напряжение между точками А и В - это работа, совершаемая

Потенциал земли равен 0 вольт.Напряжение может быть :постоянным («V=», VDC) ;переменным

Такими частицами могут являться: в проводниках – электроны; в электролитах –

Электрическое сопротивлениеСопротивление (R) – это свойство вещества препятствовать протеканию электрического тока.Измеряется

Мощность электрического тока — это отношение произведенной им работы ко времени

Ёмкость, конденсаторКонденсатор – система, состоящая из проводников и диэлектрика, служащая для

КонденсаторТок и напряжение на конденсаторе в противофазе, поэтому мощность рассеиваемая конденсатором

КонденсаторПри некачественном диэлектрике в конденсаторе возникают сквозные токи, которые приводят к

КонденсаторRC – цепочка затягивает (искажает) фронты цифровых сигналовКроме емкости C, любой

Активные элементыэлектронных устройств

Кремний + Фосфор = полупроводник n – типа (избыток электронов)Кремний +

Свойства p—n переходаПри подаче на p-n переход внешнего поля, совпадающего по