1.    Co to jest półprzewodnik samoistny:

Półprzewodnik samoistny jest to półprzewodnik, którego materiał jest idealnie czysty, bez żadnych zanieczyszczeń struktury krystalicznej. Koncentracja wolnych elektronów w półprzewodniku samoistnym jest równa koncentracji dziur.
Przyjmuje się, że w temperaturze zera bezwzględnego (0 K= -273 stopni Celsjusza) w paśmie przewodnictwa nie ma elektronów, natomiast w temperaturach większych ma miejsce generacja par elektron-dziura; im wyższa temperatura, tym więcej takich par powstaje.

2,.    Elektrony(-) i dziury(+) w półprzewodnikach są nośnikami ładunku w półprzewodnikach.

Wyrwany z pasma walencyjnego elektron przechodzi do pasma przewodzenia i staje się swobodnym nośnikiem ładunku. W paśmie walencyjnym pozostaje miejsce po elektronie zwane dziurą(dodatni nośnik ładunku, będący brakiem elektronu ), które może się przemieszczać się i dlatego również stanowi nośnik ładunku (dodatniego). Po przyłożeniu napięcia elektrony z pasma przewodnictwa tworzą prąd elektronowy. Elektrony walencyjne „przeskakują” do atomów zawierających dziury, sprawiając, że dziury wędrują w kierunku przeciwnym i tworzą prąd dziurowy. W półprzewodniku istnieje więc prąd elektronowy i dziurowy.

3,    Wyjaśnij co to są donory i Akceptory i jaką pełnią role:

Akceptory określane jako typ „p” (nośniki mniejszościowe), wytwarzają poziomy energetyczne w pobliżu wierzchołka pasma walencyjnego. Poziomy akceptorowe już w stosunkowo niskich temp. wychwytują elektrony z pasma walencyjnego, co oznacza doprowadzenie swobodnych dziur do tego pasma. Donory określane jako typ „n” (nośniki większościowe), wytwarzają poziomy energetyczne w pobliżu dna pasma przewodnictwa. Poziomy donorowe położone są w odległości rzędu setnych części elektronowolta od dna pasma. Elektron obsadzający poziom donorowy już przy niewielkim pobudzeniu termicznym może przejść do pasma przewodnictwa

4,    W jakim celu stosuje się domieszkowanie pół przewodnika:

Domieszkowanie stosuje się po to aby zwiększyć przewodność właściwą, czyli zmniejszyć opór właściwy dlatego, że półprzewodnik nie posiadają zbyt wielu elektronów swobodnych.

5.Co to jest półprzewodnik donorowy i akceptorowy:

Półprzewodnik donorowy (domieszka donorowa) - jest to pierwiastek o 5 elektronach walencyjnych np.(P, As, Sb, Bi), który po wprowadzeniu do czystego chemicznie krzemu lub germanu otrzymuje się półprzewodnik typu n.
Półprzewodnik akceptorowy (domieszka akceptorowa) – jest to pierwiastek o 3 elektronach walencyjnych np.(B, Al, Ga, In), który po wprowadzeniu do czystego chemicznie krzemu lub germanu otrzymuje się półprzewodnik typu p.

6.Nośniki większościowe i mniejszościowe w półprzewodnikach.

W półprzewodniku typu n dziury nazywamy nośnikami mniejszościowymi, a elektrony – nośnikami większościowymi. Ponieważ energia aktywacji elektronów domieszek jest dużo mniejsza od szerokości pasma wzbronionego, więc koncentracja dziur, będzie w niezbyt wysokich temperaturach dużo mniejsza od koncentracji elektronów

10 Wyjaśnić pojęcie energii aktywacji półprzewodnika oraz podać typowe wartości dla Ge i Si.

Energia aktywacji jest, więc połową energii (pasma zabronionego) potrzebnej do przeniesienia elektronu do pasma przewodnictwa.
Dla germanu Eg=0.66eV czyli Ea=0,33eV
Dla krzemu Eg=1.12eV czyli Ea=0.56eV

11. Co to jest poziom Fermiego?

Poziom Fermiego- najwyższy poziom energetyczny atomu, znajdującego się w temperaturze zera bezwzględnego, obsadzony przez elektron.

12. Wyjaśnić pojęcie dyfuzji w półprzewodniku.

Na przykładzie złącza pn:
Dyfuzja- jest to zjawisko przemieszczania się swobodnych nośników większościowych w pobliżu styku obszarów p i n, czyli elektrony przemieszczą się do obszaru typu p, natomiast dziury do obszaru typu n (stając się wówczas nośnikami mniejszościowymi) dochodzi do rekombinacji z nośnikami większościowymi, które nie przeszły na drugą stronę złącza

13.Jakie są i skąd pochodzą składowe gęstości prądu w półprzewodniku;

Swobodne nośniki przemieszczają się w wyniku dyfuzji. Część dziur z obszaru p znajdzie się w obszarze typu n, a część elektronów z obszaru n przemieści się do obszaru p.

Ubytek nośników prądu z jakiegoś obszaru materiału powoduje, że przestaje on być obojętny elektrycznie, ponieważ nie są wtedy skompensowane ładunki donorów lub akceptorów. Na granicy obszarów n i p powstaje dipolowa warstwa ładunku przestrzennego zwana warstwą zubożoną lub warstwą zaporową. Siły elektrostatyczne wytwarzane przez ładunki jonów utrudniają dalszy ruch dyfuzyjny nośników większościowych, natomiast na nośniki mniejszościowe powstałe pole elektryczne działa przyśpieszająco. Przez złącze płyną przeciwnie skierowane prądy dyfuzji I_d i prądy unoszenia I_u dziur i elektronów

14. Co to jest wbudowane pole elektryczne w półprzewodniku

W półprzewodniku niejednorodnym istnieje wbudowane pole elektryczne, spowodowane

niepełna neutralizacja ładunków nieruchowmych domieszki przez ładunki ruchome

elektronów lub dziur.

15. Porównać właściwości Germanu Ge i Si Krzemu.

Krzem, to najszerzej stosowany materiał półprzewodnikowy. Wykonuje się z niego prawie wszystkie powszechnie stosowane przyrządy PP. Wyparł on niegdyś rozpowszechniony półprzewodnik -german. Zaletą krzemu w porównaniu z germanem jest: mała wartość prądu nasycenia, duża wartość napięcia przebicia oraz maksymalnej dopuszczalnej temperatury złącza p-n, jak również korzystne właściwości technologiczne, a przede wszystkim łatwość wytwarzania warstw dielektrycznych stabilizujących właściwości powierzchniowe oraz ułatwiających prowadzenie selektywnego domieszkowania.

16 Właściwości i zastosowanie termistorów NTC, PTC i CTR

Termistor jest rezystorem półprzewodnikowym, którego rezystancja zależy od temperatury.

Zmiana wartości rezystancji może nastąpić na skutek

wzrostu temperatury otoczenia lub (i)

wydzielanego w nim ciepła.

W zależności od charakteru tej zmiany rozróżniamy termistory:

o ujemnym współczynniku temperaturowym rezystancji

(NTC - ang. Negative Temperature Coefficient)

o dodatnim współczynniku temperaturowym rezystancji

(PTC - ang. Positive Temperature Coefficient)

o skokowej zmianie rezystancji

(CTR - ang. Critical Temperature Resistor)

Termistory typu CTR charakteryzują się tym,

że w otoczeniu określonej temperatury ich

rezystancja gwałtownie maleje.

Ten skok rezystancji (dochodzący do pięciu rzędów wielkości)

zachodzi w wąskim zakresie temperatury (ok. 1 K)

Zastosowanie:

Do pomiarów:

• temperatury metodą oporową, mocy w zakresie mikrofal, ciśnienia gazów, poziomu cieczy,

• w układach sygnalizacji, regulacji i stabilizacji temperatury,

• do kompensacji temperaturowej układów elektronicznych.

17. Wyjaśnić pojęcie mocy admisyjnej elementów elektronicznych.

Moc admisyjna elementów elektronicznych - maksymalna wartość iloczynu prądu

napięcia przy którym element elektroniczny może pracować w sposób długotrwały. NIeulegnie zniszczeniu.

18. Co to jest epitaksja i jakie ma zastosowanie w elektronice?

Epitaksja – technika półprzewodnikowa wzrostu nowych warstw monokryształu na istniejącym podłożu krystalicznym, która powiela układ istniejącej sieci krystalicznej podłoża. Opracował ją w 1957 roku N. N. Sheftal z zespołem. Epitaksja pozwala kontrolować domieszkowanie warstwy epitaksjalnej, zarówno typu p jak i n, i jest to niezależne od domieszkowania podłoża.

Rodzaje epitaksji

• MBE (Molecular Beam Epitaxy) epitaksja z wiązek molekularnych

• MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapour Deposition) epitaksja ze związków metaloorganicznych

• LPE (Liquid Phase Epitaxy) epitaksja z fazy ciekłej

• VPE (Vapour Phase Epitaxy) epitaksja z fazy gazowej

• CBE (Chemical Beam Epitaxy) epitaksja z wiązki chemicznej

19. Jak doświadczalnie wyznaczyć anodę, katodę i napięcie progowe nieznanej diody prostowniczej ,LED stosując np. omomierz i tester złącza. Jakie będą i wskazania i co będą oznaczać?

Ustawiamy miernik cyfrowy na badanie diod plus miernika przykładamy do jednej nozki a minus do drugiej jeżeli na mierniku pojawi się jakas wartość napięcia np. (500, 600, 700) mV wartosc ta oznacza jakie napiecie trzeba dac na diode żeby przewodzila wywnioskować ze plus miernika jest podłączony do anody a minus do katody. Jeżeli zamienimy pl,us z minusem na mierniku wyświetli się 1 czyli nieskonczonosc (kierunek zaporowy doioda nie może przewiodzic).

20. Narysować na jednym rysunku charakterystyki prądowo-napięciowe różnych diod, zaznaczając

charakterystyczne wielkości.

Podstawowymi parametrami są:

· maksymalny średni prąd przewodzenia IFmax - uznawany za prąd

znamionowy IFn diody spolaryzowanej w kierunku przewodzenia (jest to

parametr graniczny, którego nie moŜna przekroczyć bez uszkodzenia

diody),

· szczytowe wsteczne napięcie pracy URwm (dodatkowo podaje się jeszcze

powtarzalne szczytowe napięcie wsteczne URrm i niepowtarzalne szczytowe

napięcie wsteczne URsm ).

Spośród parametrów charakterystycznych do najwaŜniejszych naleŜą:

· napięcie przewodzenia UFp przy prądzie przewodzenia IF=0,1·IFmax.

· prąd wsteczny IR przy określonym napięciu wstecznym UR (zazwyczaj

UR=URwm).

21. Jakie występują i z jakiego powodu, ograniczenia przy pomiarze charakterystyki prądowo-napięciowej

diody prostowniczej i diody LED w obu kierunkach

· maksymalny średni prąd przewodzenia IFmax - uznawany za prąd

znamionowy IFn diody spolaryzowanej w kierunku przewodzenia (jest to

parametr graniczny, którego nie moŜna przekroczyć bez uszkodzenia

diody),

· szczytowe wsteczne napięcie pracy URwm (dodatkowo podaje się jeszcze

powtarzalne szczytowe napięcie wsteczne URrm i niepowtarzalne szczytowe

napięcie wsteczne URsm ).

- i moc admisyjna,

Parametry charakteryzujące diody prostownicze:

• Napiecie przewodzenia Uf przy określonym pradzie przewodzenia;

• Prad wsteczny Ir przy określonym napięciu w kierunku wstecznym;

• Czas ulatniania się pradu wstecznego ti;

• Pojemność Ci przy określonym napięciu przewodzenia

Dopuszczalne (granicfzne) parametry:

• Maksymalny prad przewodzenia Id;

• Szczytowe napiecie wsteczne Urwm;

• Parametr przeciążeniowy I² * t podawany dla diod mocy;

22. Jakie występują i z jakiego powodu, ograniczenia przy pomiarze charakterystyki prądowo napięciowej diody stabilizacyjnej w obu kierunkach. ZENERA

Główne parametry diody Zenera:

• napięcie znamionowe stabilizacji U_Zn,

• prąd dla tego napięcia I_Zn,

• rezystancja dynamiczna dla punktu pracy I_Zn, U_Zn, r_Z,

• współczynnik temperatury zmiany napięcia stabilizacji α_VZ,

• dopuszczalne straty mocy P_Zmax.

Głównym parametrem diody Zenera (stabilizatora) jest napięcie przebicia złącza p-n. W przypadku przekroczenia tego napięcia następuje gwałtowny wzrost prądu. W przypadku polaryzacji w kierunku przewodzenia, działa ona jak zwykła dioda, natomiast przy polaryzacji w kierunku zaporowym prąd popłynie dopiero po przekroczeniu napięcia przebicia. W zakresie przebicia dioda charakteryzuje się bardzo małą rezystancją dynamiczną. Dużym zmianom prądu odpowiadają małe zmiany napięcia.

23. Przy jakiej polaryzacji dioda elektroluminescencyjna świeci i dlaczego?

Przy spolaryzowaniu złącza PN w kierunku przewodzenia elektrony z pasma przewodnictwa przechodzą do obszaru P, gdzie rekombinują z dziurami w paśmie podstawowym. Odpowiadający temu nadmiar energii Wg=hf (h stał Planka) ulega wypromieniowaniu w postaci ciepła lub światła. Pierwszy przypadek nosi nazwę rekombinacji niepromienistej, a drugi promienistej. Rekombinacja promienista zachodzi przede wszystkim w półprzewodnikach o prostej przerwie energetycznej. Elektroluminescencja występuje, gdy źródłem pobudzenia promieniowania jest prąd lub pole elektryczne.

24. Materiały półprzewodnikowe stosowane w diodach LED.

Diody elektroluminescencyjne są wytwarzane z materiałów półprzewodnikowych (pierwiastki z III i V grupy układu okresowego np. arsenek galu GaAs, fosforek galu GaP, arseno-fosforek galu GaAsP o odpowiednim domieszkowaniu). Barwa promieniowania emitowanego przez diody elektroluminescencyjne zależy od materiału półprzewodnikowego; są to barwy: niebieska, żółta, zielona, pomarańczowa, czerwona.

Nazwa	Materiał	Barwa
arsenek galu	GaAs	podczerwień
fosforek galu	GaP	czerwona, zielona, żółta
fosforo-arsenek galu	GaAs1-xPx	czerwona, pomarańczowa, żółta
galo-arsenek glinu	AlxGa1-xAs	czerwona, podczerwień
azotek galu	GaN	niebieska, biała (gdy dioda jest pokryta luminoforem, który wzbudzany przez niebieskie światło diody z azotku galu świeci przykładowo na żółto, co w efekcie daje barwę białą z widocznym lekkim niebieskim odcieniem)

25. Rezystancja statyczna i dynamiczna diody w zadanym punkcie pracy i ich wyznaczanie.

• $R_{S} = \ \frac{U}{I}$ – rezystancja statyczna;

• $r_{d} = \frac{U}{I}$ – rezystancja dynamiczna;

Rezystancja dynamiczna informuje o wartości przyrostu prądu w elemencie przy określonej zmianie napięcia.

Rezystancja statyczna – jedna z rezystancji, obok dynamicznej, zdefiniowanych do opisu elementów o charakterystyce nieliniowej.

26. Jak spośród różnych diod wybrać doświadczalnie np. germanową, Schottky’ego?

Zmierz spadek napięcia testerem, germanowe powinny mieć 0.2 - 0.3V w kierunku przewodzenia (krzemowe od 0.5 wzwyż.

27. Jak doświadczalnie wyznaczyć napięcie stabilizacji diody Zenera?

Pewnie jak wyżej miernikem

28. Jak wyznaczyć współczynnik stabilizacji napięcia dla diody Zenera?

Jakość stabilizacji napięcia charakteryzuje współczynnik stabilizacji zdefiniowany

jako stosunek względnej zmiany napięcia wyjściowego do względnej zmiany napięcia

wejściowego, czyli:

$$k = \frac{\frac{{U}_{\text{wy}}}{U_{\text{wy}}}}{\frac{U_{\text{wy}}}{U_{\text{we}}}}$$

29. Podać pełny schemat blokowy stabilizowanego zasilacza elektronicznego.

30. Narysować schemat prostownika dwupołówkowego.

a) z dzielonym uzwojeniem wtórnym transformatora

b) mostkowego (z układem Graetza)

31. Co to są i w jaki sposób powstają tętnienia w zasilaczu?

Jeżeli w danym zasilaczu napięcia wyjściowe muszą być o małych tętnieniach (czyli zmianach wartości napięcia wyjściowego), to zasilacz musi być wyposażony w odpowiednie układy stabilizatorów. Powstają przez zmiennosc obciążenia układu i wahań napięcia zasilającego. Aby zapobiec stosujemy stabilizatory.

32. Narysować schemat i podać zasady wyznaczania wartości elementów stabilizatora

parametrycznego.

Cechą charakterystyczną wszystkich stabilizatorów parametrycznych jest brak zewnętrznego obwodu sprzężenia zwrotnego, który zapewniałby porównanie napięcia lub prądu wyjściowego z napięciem lub prądem wzorcowym. W związku z tym parametry tych stabilizatorów zależą głównie od właściwości elementów stabilizujących, przy czym w stabilizatorach napięcia elementy te są włączone do obciążenia równolegle, a w stabilizatorach prądu - szeregowo.

Wykorzystując model diody dla odcinkowo-liniowej charakterystyki prądowo-napięciowej, wyprowadzimy wzory opisujące parametry stabilizatora. Prąd płynący przez diodę w zakresie stabilizacji

a prąd i napięcie wyjściowe układu

;

z powyższych równań wyznaczamy zależność napięcia wyjściowego od wejściowego

oraz współczynnik stabilizacji

33. Charakterystyka przejściowa stabilizatora:

a)w stanie jałowym i obciążenia

b)dla diody idealnej i rzeczywistej

Tylko takie charakterystyki znalazłem.

34. Wyjaśnić powstawanie bariery potencjałów w złączu p-n.

Z istnieniem warstwy zaporowej łączy się powstanie bariery potencjału φ_B, zwanej często napięciem dyfuzyjnym ,ważnym przy interpretacji charakterystyk prądowo-napieciowych złącza. W stanie równowagi termodynamicznej złącza niespolaryzowanego napięciem zewnętrznym, prąd wypadkowy płynący przez złącze wynosi zero.

-przy polaryzacji w kierunku przewodzenia-Polaryzacja zewnętrzna jest wówczas przeciwna do biegunowości napięcia dyfuzyjnego, zatem bariera potencjału φ_B maleje o wartość napięcia zewnętrznego czyli zmniejsza się szerokość warstwy zaporowej.

-przy polaryzacji w kierunku zaporowym-Zgodność polaryzacji zewnętrznej z biegunowością napięcia dyfuzyjnego powoduje ,że bariera potencjału zwiększy się o wartość napięcia zewnętrznego i jednocześnie ulegnie rozszerzeniu warstwa zaporowa.

35. Wyjaśnić powstawanie bariery energetycznej w złączu p-n

To jest to samo co bariera potencjału.

36. Określić prądy płynące w złączu p-n w stanie równowagi termodynamicznej i przedstawić, jakie

zachodzą między nimi relacje.

Przez złącze płyną przeciwnie skierowane prądy dyfuzji I_d i prądy unoszenia I_u dziur i elektronów (Rys.1a).

Jeżeli złącze znajduje się w stanie równowagi termodynamicznej i bez przyłożonego napięcia,

to prądy dyfuzji i unoszenia muszą być równe oddzielnie dla dziur i dla elektronów.

(1)

Indeksy p i n oznaczają odpowiednio prądy dziur i elektronów.

Diody Schottkyego

Dioda Schottky’ego jest elementem półprzewodnikowym, którego działanie jest oparte na złączu metal-półprzewodnik. W obszarze tego złącza powstaje bariera potencjału, zwana barierą Schottky’ego (ang. Schottky barrier). Przepływ ładunków następuje za pomocą nośników większościowych, a więc np. dla półprzewodnika typu n za pomocą elektronów. Przy polaryzacji diody w kierunku przewodzenia elektrony o dużych energiach masowo przechodzą z półprzewodnika do metalu. Natomiast liczba nośników mniejszościowych przechodzących w przeciwnym kierunku jest znikoma.

Diody Schottky'ego mają również dwukrotnie mniejszy spadek napięcia w kierunku przewodzenia (UF = 0,3 V) niż diody krzemowe (UF = 0,6-0,7 V). Zwykle maksymalne napięcie wsteczne jest niewielkie i nie przekracza 100 V.zenera

ZASTOSOWANIE:

-Diody Schotky'ego o małych wymiarach mogą działać przy częstotliwości dochodzącej do kilkudziesięciu GHz.

- diody na duże prądy znajdują zastosowanie w impulsowych urządzeniach energoelektronicznych takich jak zasilacze impulsowe (np. zasilacz komputerowy), falowniki czy przetwornice napięcia i częstotliwości pracujące z częstotliwością od 200 kHz do 2 MHz. Pozwala to na znaczną miniaturyzację tych urządzeń, jak również osiągniecie dużej sprawności dochodzącej do 90%.

-zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją

37. Narysować energetyczny model pasmowy dla metali, półprzewodników i dielektryków w stanie

równowagi termodynamicznej.

38. Energetyczny model pasmowy złącza p-n w kierunku zaporowym.

39 Energetyczny model pasmowy złącza p-n w kierunku przewodzenia.

40. Podać i zinterpretować równania opisujące charakterystykę prądowo-napięciową diody

prostowniczej.

gdzie:           - IS jest teoretycznym prądem wstecznym,           - m jest współczynnikiem korekcyjnym i wynosi od 1 do 2,           - UT=kT/q jest potencjałem elektrokinetycznym. Potencjał ten w temperaturze normalnej (pokojowej) wynosi:

41. Podać parametry dopuszczalne (graniczne i krytyczne) dla diody prostowniczej.

W 21 pytaniu o tym jest.

42. Narysować rodzinę charakterystyk fotodiody (w ciemności i przy oświetleniu).

43. Budowa, właściwości i zastosowanie fotoogniwa półprzewodnikowego.

Zastosowanie:

• elektronika użytkowa, kalkulatory, lampy ogrodowe, oświetlanie znaków drogowych i wspomaganie sygnalizacji świetlnej;

• zasilanie elektroniki promów i sond kosmicznych, stacji orbitalnych i sztucznych satelitów ziemi (w przestrzeni kosmicznej promieniowanie słoneczne jest o wiele silniejsze);

• doładowywanie akumulatorów w dzień i wykorzystywanie energii w nocy na jachtach, kempingach, domach jednorodzinnych;

• zasilanie układów telemetrycznych w stacjach pomiarowo rozliczeniowych gazu ziemnego, ropy naftowej oraz energii elektrycznej;

• zasilanie automatyki przemysłowej i pomiarowej;

• produkcja energii w pierwszych elektrowniach słonecznych.

Fotoogniwo jest zbudowane z półprzewodnika i tworzy złącze p-n, na które pada światło. Padające na złącze fotony o energii większej od szerokości przerwy energetycznej półprzewodnika powodują powstanie par elektron-dziura. Pole elektryczne wewnątrz półprzewodnika, związane z obecnością złącza p-n, przesuwa nośniki różnych rodzajów w różne strony. Elektrony trafiają do obszaru n, dziury do obszaru p. Rozdzielenie nośników ładunku w złączu powoduje powstanie na nim zewnętrznego napięcia elektrycznego. Ponieważ rozdzielone nośniki są nośnikami nadmiarowymi (mają nieskończony czas życia), a napięcie na złączu p-n jest stałe, oświetlone złącze działa jako ogniwo elektryczne, czyli takie, w którym źródłem prądu są reakcje chemiczne zachodzące między elektrodą a elektrolitem.

44. Wyjaśnić od strony matematycznej i fizycznej pojęcie rezystancji statycznej i dynamicznej i ich

zastosowanie.

W pytaniu 25 o tym jest nie mogę znalesc jak to wyjasnic matematycznie.

45. Jak na podstawie pomiarów odróżnić diodę germanową od krzemowej?

W pytaniu 26 jest o tym i w pytaniu 20 taka charakterystyka jest porownawcza tych diod

46. Podać symbole i zaznaczyć polaryzację w normalnych warunkach pracy diody:

a) stabilizacyjnej, b) LED, c) fotodiody pracującej jako fotodetektor, d) diody pojemnościowej.

-zeneranormalna praca w kierunkun zaporowym;

-LEDnormalna praca w kierunku przewodzenia;

-foftodioda jako foto detektor praca bez polaryzacji ;

-dioda pojemnosciowakierunek zaporowy;

47. Schematy zastępcze diód półprzewodnikowych - rodzaje, wyznaczanie parametrów na podstawie

charakterystyk rzeczywistych.

W kierunku zaporowym Up na odwrót i rz

48. Narysować symbol i omówić zasadę działania diody Zenera.

W kierunku przewodzenia dioda zachowuje się jak zwykla dioda pn. Przy polaryzacji w kierunku zaporowym katoda ma potencjal dodatni względem anody, przez diode plynie bardzo mały prąd wsteczny Ir. Prąd wsteczny ma prawie stałą warto0ść az do chwili, gdy napięcie wsteczne osiągnie krytyczna wartość napięcia przebicia inacze napięcia zenera. W tym punkcie prąd wsteczny bardzo gwałtownie wzrasta. W obszarze zenera napiecie na diodzie lekko się zmienia, jednak dla wielu zastosowan praktycznych jest stałe.

49. Energetyczny model pasmowy diody Zenera w zakresie stabilizacji.

-a) przewodzenia,

-b )zaporowa

-dioda zenera

,

TRANZYSTOR BIPOLARNY

Tranzystorem bipolarnym zwany też warstwowym, stanowi

kombinacja dwóch półprzewodnikowych złaczy p-n, wytworzonych w jednej

płytce półprzewodnika. Procesy zachodzace w jednym złaczu oddziałuja na

drugie, a nosnikami ładunku elektrycznego sa dziury i elektrony. Tranzystory

bipolarne wykonywane sa najczesciej z krzemu, rzadziej z germanu. Ze

wzgledu na kolejnosc ułożenia warstw półprzewodnika rozróżniamy:

· tranzystory p-n-p (rys.6.1a),

· tranzystory n-p-n (rys.6.1b).

Moga one byc z:

· jednorodna baza (dyfuzyjny),

· niejednorodna baza (dryfytowy).

Zasada działania tranzystora n-p-n i p-n-p jest jednakowa, różnice wystepuja

tylko w polaryzacji zewnetrznych zródeł napiecia i kierunku przepływu

pradów.

Tranzystor bipolarny składa sie z trzech obszarów o przeciwnym

typie przewodnictwa, co powoduje powstanie dwóch złaczy: p-n i n-p. W

tranzystorze bipolarnym poszczególne obszary półprzewodnika maja swoja

nazwe: B – baza, E – emiter, C – kolektor. A złacza nazywa sie

· złaczem emiterowym (złacze emiter-baza);

· złaczem kolektorowym (złacze baza-kolektor).

Struktura półprzewodnikowa tranzystora jest umieszczana w hermetycznie

zamknietej obudowie metalowej, ceramicznej lub plastykowej.

Obudowa ta chroni przed uszkodzeniami mechanicznymi, jak również spełnia

inne funkcje, np. w tranzystorach sredniej i dużej mocy umożliwia skuteczne

odprowadzenie ciepła.

50. Wyjaśnić zasadę działania tranzystora bipolarnego.

Przez złącze BE tranzystora npn przepływają nośniki większościowe ładunku, w tym przede wszystkim elektrony swobodne z emitera (typ n) do bazy. Również dziury z obszaru bazy (typ p) przepływają przez złącze do emitera. Prąd dziurowy jest znacznie mniejszy ze względu na mniejszą liczbę dziur, wynikającą z mniejszej objętości emitera. Mniejsza część elektronów swobodnych po osiągnięciu obszaru bazy wypełnia istniejące tam dziury, czyli podlega procesowi rekombinacji. Znacznie większa część elektronów swobodnych po znalezieniu się w obszarze bazy jest przyciągana przez kolektor i przepływa przez złącze BC spolaryzowane zaporowo, tak jak własne nośniki mniejszościowe bazy. Wypływające z emitera elektrony swobodne tworzą prąd emitera I_E, który rozdziela się w obszarze bazy na mały prąd bazy I_B i duży prąd kolektora I_C.

51. Definicje i wyznaczanie współczynnika wzmocnienia prądowego i współczynnika wstrzykiwania

elektronów z obszaru emitera do kolektora TRANZYSTORA BIPOLARNEGO.

Bardzo ważnym jest aby strata elektronów w bazie była jak najmniejsza. Miarą tego na ile prąd kolektora odpowiada prądowi emitera jest współczynnik α nazywany zwarciowym współczynnikiem wzmocnienia prądowego prądu emitera (współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora w układzie WB), definiowany jako:

α = (I_C-I_C0)/I_E

    gdzie I_C0 jest prądem złącza kolektorowego spolaryzowanego zaporowo przy I_B=0.

    Konstrukcja tranzystora bipolarnego, a głównie małe rozmiary bazy sprawiają, że stosunek między prądem kolektora, a prądem bazy jest stały. Stosunek I_C/ I_B nazywa się współczynnikiem wzmocnienia prądowego prądu bazy (współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora w układzie WE) i oznacza się symbolem β.

I_E = I_C + I_B
I_C = βI_B

    Zależność pomiędzy obydwoma współczynnikami opisuje równanie:

β = α / (1-α)

    Stały stosunek I_C/ I_B oznacza, ze pewnej wartości prądu bazy I_B odpowiada określona wartość prądu kolektora I_C. Można zatem zmieniać prąd bazy po to aby uzyskiwać β-krotnie większe zmiany prądu kolektora. Uzyskuje się zatem wzmocnienie przez tranzystor mocy sygnału sterującego. Większą moc sygnału w obwodzie kolektora otrzymuje się kosztem mocy czerpanej z zasilacza.

52. Jak doświadczalnie wyznaczyć bazę tranzystora bipolarnego?

Po pierwsze: należy rozróżnić mierniki wskazówkowe bez wzmacniaczy elektronicznych (ważne!) oraz wszelkie elektroniczne w tym te wskazówkowe, które mają wzmacniacze. Na pierwszych najniższy zakres (np. 1 kom):, a na pozostałych zakres oznaczony diodą. Mierniki elektroniczne bez zakresu z takim oznaczeniem nie nadają się do badania półprzewodników. Niezależnie od rodzaju miernika :
1. złącza baza-kolektor i baza-emiter w jedną stronę ma mieć przejście, w drugą ma mieć "przerwę"
2. złącze kolektor-emiter w obie strony przerwa(czyli wolna nóżka to baza).

53. Podać polaryzację złącz tranzystora BIPOLARNEGO we wszystkich stanach pracy.

Oznaczenie rozpływu prądu w tranzystorze i spadki napięcia na nim.

IB – prąd bazy, IC – prąd kolektora, IE – prąd emitera, UCE – napięcie kolektor-emiter, UBE – napięcie baza-emiter, UCB – napięcie kolektor-baza, VE – potencjał emitera, VB – potencjał emitera, VC – potencjał kolektora.

• układ ze wspólnym emiterem OE (WE) , po lewej n-p-n po prawej p-n-p

• układ ze wspólną bazą OB (WB),

• układ za wspólnym kolektorem OC (WC).

Dla n-p-n Ubc wejście plus u góry, Uec wyjście plus u góry dla pnp plusy na dół.

54. Wyjaśnić rolę parametru przy pomiarze rodziny charakterystyk.

55. Narysować i nazwać rodziny ch-k statycznych w układzie OB.

Charakterystyki wejściowe w rzeczywistości nie przecinają się w jednym punkcie, spowodowane jest to spadkiem napięcia jakie istnieje na rezystancji rozproszonej bazy r_bb. Występujące przesunięcie charakterystyk względem siebie jest związane ze zjawiskiem Early’ego – modulacja szerokości bazy. Jest to tzw. oddziaływanie wsteczne w tranzystorze, które silniej występuje w tranzystorach z jednorodną bazą. Natomiast przesunięcie charakterystyk wyjściowych jest związane ze sterowaniem prądu kolektora przez prąd emitera.

56. Narysować i nazwać rodziny ch-k statycznych w układzie OE.

1) Charakterystyka wyjściowa tranzystora, przedstawiająca zależność prądu kolektora I_C od napięcia kolektor-emiter U_CE przy doprowadzonym napięciu wejściowym baza-emiter U_BE i stałym prądzie bazy I_B. Z charakterystyki tej można stwierdzić iż powyżej pewnego napięcia prąd kolektora prawie nie zależy od napięcia U_CE, oraz że do wywołania dużej zmiany prądu kolektora ΔI_C wystarczy mała zmiana napięcia baza-emiter ΔU_BE
2) Charakterystyka przejściowa przedstawia prąd kolektora I_C jako funkcję napięcia baza-emiter U_BE, oraz I_B =const. Charakterystyka ta ma charakter wykładniczy.
3) Charakterystyka wejściowa opisuje zależność prądu bazy I_B od napięcia baza-emiter U_BE, przy stałym napięciu kolektor-emiter U_CE. Charakterystyka ta, podobnie jak i następna jest wykorzystywana rzadziej od dwóch wcześniejszych.
4) Charakterystyka zwrotna przedstawia zależność prądu kolektora od prądu kolektora I_C od prądu bazy I_B, przy U_CE=const Widać na niej, że prąd kolektora jest w pewnym stopniu proporcjonalny do prądu bazy.

57. Punkt pracy tranzystora bipolarnego i zasady jego ustalania.

Prosta pracy wynika z zadanej wartości rezystancji obciążenia R_c oraz napięcia zasilania U_CC Proste pracy powinny leżeć w obszarze dopuszczalnych napięć i prądów tranzystora, tak jak to przedstawiono na rysunku poniżej. Prosta pracy dla prądu stałego oznaczona jest linią przerywaną, prosta pracy dla prądu zmiennego linią ciągłą. Jeżeli układ ma wzmacniać sygnał o dużej amplitudzie, to prąd kolektora w punkcie pracy Q powinien wynosić około 1/2 prądu maksymalnego w obwodzie wyjściowym, a w wyniku tego napięcie U_CE w punkcie pracy będzie wynosiło około 1/2 napięcia zasilania U_CC.

58. Wyprowadzić wzór na wzmocnienie i impedancję wejściową wtórnika emiterowego.

59. Narysować schemat zastępczy małosygnałowy z parametrami mieszanymi h tranzystora

bipolarnego w układzie OE.

Schemat zastępczy hybrydowy tranzystora.

Sposób wyznaczania parametrów h tranzystora

h₁₁ = tgα₁₁, h₁₂ = tgα₁₂, h₂₁ = tgα₂₁, h₂₂ = tgα₂₂, Q – punkt pracy

60. Podać interpretację fizyczną parametrów mieszanych h tranzystora BJT.

Tranzystor jest czwórnikiem nieliniowym z uwagi na nieliniowe zależności między jego prądami i napięciami. W zakresie małych amplitud sygnału tranzystor można traktować jako czwórnik liniowy opisany układem równań:

U₁ = h₁₁ * i₁ + h₁₂ * u₂

i₂ = h₁₂ * i₁ + h₂₂ * u₂

Ponieważ to równanie można zapisać w formie macierzowej parametry tego równania noszą nazwę parametrów macierzowych (typu h). Parametry te w zakresie małych częstotliowości są liczbami rzeczywistymi i odpowiadają tangensowi kata nachylenia stycznych do odpowiednich charakterystyk statycznych w wybranym punkcie pracy, czyli punkcie odpowiadającym składowych stałych napięć i prądów. Są one zatem określone przez odpowiedne pochodne tych charakterystyk:

$h_{11} = \frac{\delta u_{1}}{\delta I_{1}}$przy U₂ = const $h_{12} = \frac{\delta u_{1}}{\delta U_{2}}$przy I₁ = const

Określają nachylenie charakterystyki wejściowej i charakterystyki oddziaływania wstecznego,

$h_{21} = \frac{\delta I_{2}}{\delta I_{1}}$przy U₂ = const $h_{22} = \frac{\delta I_{2}}{\delta U_{2}}$przy I₁ = const

Określają nachylenie charakterystyki przejściowej i charakterystyki wyjściowej.

W praktyce wielkości tych nie wyznacza się poprzez liczenie pochodnych, ale stosuje się metodę przybliżoną polegającą na zastąpieniu pochodnych ilorazami małych przyrostów odpowiednich napięć i prądów.

61. Podać równania hybrydowe dla tranzystora oraz przedstawić sens fizyczny współczynników h.

Mieszane układy równań prądowo-napięciowych (hybrydowe) są preferowane przy opisie tranzystora bipolarnego o małych częstotliwościach (poniżej 100MHz). Najczęściej dla tego zakresu częstotliwości podawane są przez producentów parametry macierzy hybrydowej tworzące liniowy układ równań:

U₁ = h₁₁I₁ + h₁₂U₂
I₂ = h₂₁I₁ + h₂₂U₂

Wykorzystane w tych równaniach parametry h, mają następujący sens fizyczny:

- impedencja wejściowa przy zwartym wyjściu;

- współczynnik sprzężenia zwrotnego przy rozwartym wyjściu;

- współczynnik sprzężenia prądowego przy zwartym wyjściu;

- admitancja wyjściowa przy rozwartym wyjściu

62. Podać doświadczalny sposób wyznaczania parametrów mieszanych h tranzystora BJT.

Należy połączyć układ odpowiedni do zadanej konfiguracji pracy tranzystora tj. konfiguracji wspólnej bazy lub wspólnego emitera i na podstawie pomiarów prądu i napięcia i zdjąć odpowiednie charakterystyki statyczne tranzystora.Przeprowadza się pomiary charakterystyk i na ich podstawie można wyznaczyć parametry mieszane h.

- wejściowych U_we = f(I_we) , U_wy – const

- oddziaływania wstecznego U_we = f(U_wy) , I_we- const

- przejściowych I_wy = f(U_we) , U_wy-const

- wyjściowych I_wy = f(U_wy) , I_we = const

Największe znaczenie praktyczne z tych charakterystyk ma wyjściowa bo na jej podstawie definiujemy obszar pracy tranzystora.

63. Jakie współczynniki h można wyznaczyć na podstawie rodziny charakterystyk , np. przejściowych, w zadanym punkcie pracy?

U₁ = h₁₁I₁ + h₁₂U₂
I₂ = h₂₁I₁ + h₂₂U₂

Gdzie indeksy 1,2 reprezentują odpowiednio ,,WE”,,WY” Parametry tych równań są liczbami rzeczywistymi i reprezentują nachylenie stycznych do odpowiednich charakterystyk statycznych w wybranym punkcie pracy i tak:

$h_{11} = \frac{\text{dU}_{1}}{\text{dI}_{1}}$ gdzie U₂ const

Okresla nachylenie ch-ki wejściowej.

$h_{12} = \frac{\text{dU}_{1}}{\text{dU}_{2}}$ gdzie I₁ const

Określa nachylenie ch-ki oddziaływania wstecznego

$h_{21} = \frac{\text{dI}_{2}}{\text{dI}_{1}}$ gdzie U₂ const

Okresla nachylenie ch-ki przejściowej

$h_{22} = \frac{\text{dI}_{2}}{\text{dU}_{2}}$ gdzie I₁ const

Okresla nachylenie ch-ki wyjsciowej

$R_{S} = \frac{0,2V}{2,5mA}$

64. Narysować schemat zastępczy małosygnałowy hybryd π tranzystora bipolarnego.

65. Co decyduje o uznaniu tranzystora BJT za element wzmacniający?

Tranzystor pracujący w stanie aktywnym może być wykorzystany do budowy układu będącego wzmacniaczem sygnałów elektrycznych. Małe zmiany prądu płynącego w obwodzie bazy powodują duże zmiany prądu płynącego w obwodzie kolektora. W zależności od konstrukcji układu można uzyskać wzmocnienie prądu, napięcia lub obu tych wielkości. Zasada działania tranzystora bipolarnego od strony 'użytkowej' polega na sterowaniu wartością prądu kolektora za pomocą prądu bazy. (Prąd emitera jest zawsze sumą prądu kolektora i prądu bazy). Prąd kolektora jest wprost proporcjonalny do prądu bazy, współczynnik proporcjonalności nazywamy wzmocnieniem tranzystora i oznaczamy symbolem h21E

66. Podać podstawowe układy pracy tranzystora oraz wartości współczynników wzmocnienia prądowego.

Mamy układy pracy:

- wspólnego emitera

- wspólnej bazy

- wspólnego kolektora

Wybór układu pracy jest zależny od przeznaczenia i rodzaju zastosowanego tranzystora.

Tranzystor pracujący w układzie OE jest najczęściej używany w układach elektronicznych ponieważ charakteryzuje się:

- dużym wzmocnieniem prądowym
- dużym wzmocnieniem napięciowym
- dużym wzmocnieniem mocy

Napięcie wejściowe w OE jest odwrócone w fazie o 180 st. W stosunku do napięcia wejściowego. Rezystancja wejściowa jest rzędu kilkuset , a wyjściowa wynosi kilkadziesiąt k .

Tranzystor pracujący w układzie OB. ma:

- małą rezystancję wejściową
- bardzo dużą rezystancje wyjściową
- wzmocnienie prądowe bliskie jedności

Tranzystor w tym układzie pracuje przy bardzo dużych częstotliwościach granicznych, niekiedy nawet rzędu GHz.

Tranzystor pracujący w układzie OC charakteryzuje się:

• dużą rezystancją wejściową (co ma istotne znaczenie we wzmacniaczach małej częstotliwości)
  - wzmocnieniem napięciowym równym jedności (stąd jest nazywany również wtórnikiem emiterowym)
  - dużym wzmocnieniem prądowym

Stosunek IC/ IB nazywa się współczynnikiem wzmocnienia prądowego prądu bazy współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora w układzie WE i oznacza się symbolem β. IE = IC + IB
IC = βIB

współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystora w układzie WB, definiowany jako:

= (IC-IC0)/IE

67. Wyjaśnić pojęcie dozwolonego obszaru pracy aktywnej tranzystora.

Tranzystory, tak zresztą jak inne elementy elektroniczne, mają charakterystyczne dla siebie parametry graniczne, tzn. takie których przekroczenie grozi uszkodzeniem tranzystora.
   Do takich właśnie parametrów należą:

• U_EB0max - dopuszczalne napięcie wsteczne baza-emiter

• U_CB0max - dopuszczalne napięcie wsteczne kolektor-baza

• U_CE0max - maksymalne dopuszczalne napięcie kolektor-emiter

• I_Cmax - maksymalny prąd kolektora

• I_Bmax - maksymalny prąd bazy

• P_strmax - maksymalna dopuszczalna moc strat

Parametry takie jak I_Cmax, U_CE0max, P_strmax wyznaczają dopuszczalny obszar pracy, który nosi również nazwę "dozwolonego obszaru pracy aktywnej" w skrócie SOA

68. W jaki sposób wykorzystując omomierz określić typ tranzystora (npn, pnp).

Miernik ustawiony na zakres 2000 Ohm (test diody). W przypadku tranzystora NPN od bazy do emitera i od bazy do kolektora przewodzi. W innych kierunkach nie przewodzi. W przypadku tranzystora PNP przewodzi od emitera do bazy i od kolektora do bazy. W innych kierunkach nie przewodzi.

69. Podać rodzaje i symbole tranzystora bipolarnego.

Mamy tranzystory bipolarne ze względu na budowę i wynikające z tego własciwosci rozróżnia się dwa rodzaje tranzystorów: Tranzystor NPN (zbudowany z kolejno ułożonych rodzajów półprzewodnika ,,n” i ,,p” a następnie ,,n”) oraz tranzystor PNP (warstwy ułożone na odwrót)

Oraz tranzystory unipolarne unipolarne (tranzystory polowe) to takie, w których prąd płynie przez półprzewodnik o jednym typie przewodnictwa. Prąd wyjściowy jest w nich funkcją napięcia sterującego.Mamy tutaj z kanałem typu p i z kanałem typu n.

Inny podział to tranzystory jednozłączowe i IG

70. Jak ustalić bazę, emiter, kolektor nieznanego tranzystora?

Ogólnie jest tak, tranzystor bipolarny można przedstawić jako połączenie dwóch diod:

E ---|>|---B---|<|---K <-- tranzystor PNP

E ---|<|---B---|>|---K <-- tranzystor NPN

Mierzyć jest najlepiej testerem do diod wymuszającym przepływ prądu przez diodę i podającym spadek napięcia na niej.

Dla tranzystora NPN diody będą przewodzić gdy (+) miernika podasz na bazę a (-) na emiter lub kolektor. Jeżeli bez przekładania przewodu (+) uzyskasz ten przepływ i napięcie większe niż 0.3V to znalazłeś bazę i tranzystor jest sprawny.
Dla tranzystora krzemowego spadek napięcia na złączu B-E wynosi ok. 0.6 do 0.75V (zależnie od natężenia prądu płynącego przez złącze).
Zwykle ale nie zawsze napięcie na złączu B-C może być trochę niższe (0.5-0.6V).
Tranzystor germanowy wykaże niższe spadki napięcia, rzędu 0.3-0.4V.

Tranzystor PNP bada się podobnie tyle, że przy odwróconej biegunowości

. Warto pamiętać o jednym - przy pomiarze np. testerem diody przejście baza-kolektor zawsze ma mniej mV od baza-emiter. Dodatkowo - przy np. n-p-n damy "+" na kolektor, "-" na emiter - przy zwarciu bazy z kolektorem tranzystor się "otwiera" - ma przejście.

71. Jak ustalić czy dany tranzystor jest germanowy czy krzemowy?

Tranzystory germanowe (TG, ASY, AC, OC...), już dawno trafiły na śmietnik albo co najwyżej do muzeum.

Według oznaczeń międzynarodowych, oznaczenie typu tranzystora powinno składać się z dwóch lub trzech liter i trzech cyfr.

Pierwsza litera wskazuje na materiał, z którego wykonano tranzystor. I tak:

• A - oznacza german,

• B - oznacza krzem,

• C - arsenek galu...

72. Jak wyznaczyć współczynniki α i β tranzystora npn w danym punkcie pracy?

Stosunek ilości nośników (elektronów) przechodzących do kolektora, do ilości nośników (elektronów) wstrzykiwanych z emitera do bazy, nazywamy współczynnikiem wzmocnienia prądowego i oznaczamy alfa.

Jeżeli złącze kolektor-baza jest spolaryzowane w kierunku zaporowym, tzn. kolektor ma wyższy potencjał niż baza, to pole elektryczne występujące w tym złączu powoduje unoszenie nośników z obszaru bazy do obszaru kolektora.
     Wartość prądu płynącego przez kolektor może być regulowana przez zmianę wysokości bariery złącza emiterowego, czyli przez zmianę napięcia polaryzującego złącze emiter-baza. Przez złącze baza-kolektor płynie prąd związany z polaryzacją, tzw. prąd zerowy kolektora - I_CBO. Płynie on nawet wtedy gdy złącze baza-emiter nie jest spolaryzowane (I_E = 0). Przez tranzystor płynie również prąd zerowy I_CB0, gdy I_B = 0.

73. Jak zmierzyć w sposób bezpieczny charakterystykę wejściową, wyjściową i przejściową przy ustalonym parametrze?

Charakterystyka wejściowa Uwe(Iwe) dla UWY = const

Charakterystyka wyjściowa Iwy(Uwy) dla IWE = const

Charakterystyka przejściowa Iwy(Iwe) dla UWY = const

Wystarczy zmierzyć parametry pogrubioną czcionką

74. Co to są stany pracy tranzystora BJT.

Ze względu na sposób włączenia tranzystora do układu można wyróżnić trzy podstawowe układy jego pracy

• wspólnego emitera

• wspólnej bazy

• wspólnego kolektora

Układ wspólnego emitera

Wzmacniane napięcie sygnału wejściowego podawane jest pomiędzy bazę a emiter tranzystora, natomiast sygnał po wzmocnieniu odbierany jest spomiędzy kolektora a emitera. Elektroda emiter jest więc niejako "wspólna" dla sygnałów wejściowego i wyjściowego – stąd nazwa układu.

Układ wspólnej bazy

Wzmacniane napięcie sygnału wejściowego podawane jest pomiędzy bazę a emiter tranzystora, natomiast sygnał po wzmocnieniu odbierany jest spomiędzy bazy i kolektora.

Układ wspólnego kolektora

Wzmacniane napięcie sygnału wejściowego podawane jest pomiędzy bazę a kolektor tranzystora, natomiast sygnał po wzmocnieniu odbierany jest spomiędzy kolektora i emitera. Wzmocnienie napięciowe tego układu jest bliskie jedności, wobec czego na wyjściu wzmacniacza otrzymuje się "powtórzone" napięcie z wejścia, stąd druga powszechnie używana nazwa takich wzmacniaczy – wtórnik emiterowy.

75. Co to jest punkt pracy tranzystora Q i jakie są zasady jego ustalania?

Punkt położony na jego charakterystyce napięciowo-prądowej lub w polu rodziny

charakterystyk; określa się wartością prądu i napięcia w odniesieniu do określonej rodziny

charakterystyk.

Punkt pracy musi być dobrany w sposób optymalny do funkcji jaką spełnia układ, w którym

pracuje tranzystor.

Punkt pracy:

- musi być bezpieczny dla elementu – granice wartości mocy, prądów i napięć nie mogą być

przekroczone;

- powinien zapewnić uzyskanie założonych parametrów układu;

- powinien być na tyle stabilny, aby przy zmianach warunków zewnętrznych (T, U) zapewnić

funkcjonowanie układu zgodne z wymaganiami;

- musi być realizowany przy wybranych źródłach zasilania układu.

Położenie punktu pracy, Q, jest jednoznacznie określone przez charakterystyki tranzystora

oraz wartości napięcia zasilania UCC i rezystancji RB i RC.

Przy zmianie prądu bazy IB punkt Q przesuwa się w polu charakterystyk IC(UCE) po

linii prostej o nachyleniu zależnym od RC. Mając dane IC, UCE można policzyć IB, UBE oraz

RC i RB.

76. Co to jest układ polaryzacji tranzystora bipolarnego.

Układy polaryzacji tranzystorów O takich układach mówi się również: układy zasilania tranzystorów czy też układy ustalania punktów pracy. Układy te mają za zadanie nie tylko zasilać tranzystor ale również ustalać jego stałoprądowy punkt pracy, czyli stałe napięcie kolektor-emiter UCE i stały prąd kolektora IC.

77. Narysować i podać podstawowe właściwości układów polaryzacji tranzystorów BJT.

Do najczęściej spotykanych układów ustalających punkt pracy tranzystora należą:

- układ z potencjometrycznym zasilaniem bazy,

 Z powodu dużych rozrzutów produkcyjnych tranzystory tego samego typu mają dla określonego prądu I_C inne napięcie U_BE dlatego należałoby w zasadzie dla każdego tranzystora dobierać indywidualnie dzielnik R1, R2 lub zastosować w miejsce R2 potencjometr (pracujący jako zmienny rezystor). Jest to więc pierwszy z powodów dla których nie należy stosować takiego układu polaryzacji tranzystora.
Układ ten jest szczególnie niekorzystny ze względu na dryft temperaturowy napięcia U_BE (zmiana U_BE pod wpływem zmian temperatury T), co jest drugim z powodów, dla którego nie należy go stosować.

   Jeszcze jednym ważnym powodem, dla którego nie polecam tego sposobu polaryzacji tranzystora jest to, że punkt pracy zależy od wartości parametru b. Rozrzut wartości tego współczynnika jest dla tego samego typu tranzystora bardzo duży np. mieści się w przedziale od 100 do 300 co może spowodować dużą zmianę punktu pracy.

- układ z wymuszonym prądem bazy,

Widać więc, że dla układu polaryzacji z wymuszonym prądem bazy punkt pracy tranzystora praktycznie nie zależy od zmian napięcia baza-emiter. Pozostaje jednak jeszcze silna zależność punktu pracy od współczynnika b, który nie tylko ma duży rozrzut ale również dosyć mocno zależy od temperatury, zmienia się bowiem nawet o 1%/°C.

- układ ze sprzężeniem kolektorowym,

Układ ten charakteryzuje się lepszą stałością punktu pracy niż dwa wcześniej zaprezentowane. Charakterystycznym jest również dla niego to, że nie dopuszcza do tego aby ranzystor wszedł w stan nasycenia nawet przy bardzo dużej wartości b. Dzieje się tak dzięki zastosowaniu ujemnego sprzężenia zwrotnego, realizowanego przez włączenie rezystora R_B między kolektor i bazę - stąd też jego nazwa "układ ze sprzężeniem kolektorowym".

najbardziej istotną zaletą tego układu jest to, że nie dopuszcza do tego aby tranzystor wszedł w stan nasycenia nawet przy bardzo dużej wartości b (ujemne sprzężenie zwrotne zastosowane w tym układzie)
   układ polaryzacji ze sprzężeniem kolektorowym jest zdecydowanie mniej wrażliwy na zmiany b i U_BE niż układ z wymuszonym prądem bazy.

- układ z potencjometrycznym zasilaniem bazy i sprzężeniem
  emiterowym.

jest on często stosowany we wzmacniaczach zbudowanych z elementów dyskretnych (czyli z pojedynczych elementów, a nie z układów scalonych).

potencjometryczny układ polaryzacji ze sprzężeniem emiterowym jest zdecydowanie mniej wrażliwy na zmiany b i U_BE pod warunkiem, że wartość rezystora R_E nie będzie zbyt mała.

78. Uzasadnić, że rezystor emiterowy realizuje ujemne prądowe sprzężenie zwrotne.

We wzmacniaczach napięciowych małej częstotliwości powszechnie stosuje się ujemne sprzężenie zwrotne, które między innymi zwiększa stałość ich parametrów, zwiększa szerokość przenoszonego pasma i zmniejsza wprowadzane zniekształcenia nieliniowe. Prostym sposobem realizacji sprzężenia zwrotnego w układzie wzmacniacza jest nie blokowanie lub tylko częściowe blokowanie rezystora Re kondensatorem Ce o dużej pojemności. Sprzężenie takie jest sprzężeniem prądowym szeregowym i powoduje zmniejszenie wzmocnienia napięciowego K_u oraz zwiększenie rezystancji wejściowej r_we i wyjściowej r_wy wzmacniacza. W mniejszym stopniu – zależnym od wartości rezystorów R₁ i R₂ następuje również zmniejszenie dolnej częstotliwości granicznej f_d i zwiększenie górnej częstotliwości granicznej f_g wzmacniacza. Sygnał zmienny nie przedostaje się z wyjścia na wejście układu (brak sprzężenia).

79. Jak dobiera się wartości rezystora RE?

• Re - rezystor emiterowy (wraz z dzielnikiem napięcia - układem R1 i R2 ustala punkt pracy tranzystora we wzmacniaczu). Zmiany napięcia na rezystorze emiterowym Re powodują zmianę potencjału emitera i powstanie ujemnego sprzężenia zwrotnego dla prądu stałego.

Dodatkowo rezystor ten stabilizuje punkt pracy (napięcie Uce oraz prąd Ic) pod względem termicznym: Jeśli temperatura układu rośnie to prąd Ic rośnie, podobnie jak napięcie Ue, które jest od tego prądu zależne w sposób : Ue=Re*Ic. Ponieważ Ub=Ube+Ue oraz Ub=const, wiec jeśli Ue rośnie, Ube musi zmaleć. Maleją również prądy bazy oraz kolektora: Ic oraz Ib (fakt ten wynika z charakterystyki wejściowej), a Ic= Ib, więc automatycznie Ic również musi zmaleć.

RE = RC/Ku

Ku wzmocnienie rozwarciowe projektowanego wzmacniacza

80. Jakie są zasady doboru rezystorów dzielnika napięciowego przy potencjometrycznej polaryzacji tranzystora BJT.

Ec = Ecc RC = R3 RE = R4

Układ zasilania bazy zastępujemy źródłem napięciowym zgodnie z tw.

Thevenina:

$$E_{B} = \frac{R_{21}*R_{2}}{R_{1} + R_{2}}\backslash n$$

81. Jak doświadczalnie i teoretycznie wyznaczyć wzmocnienie napięciowe wzmacniacza OE w zadanym punkcie pracy?

, doświadczalnie to chyba przez bezpośredni pomiar nap. wejściowego i wyjściowego i podstawienie do stosunku Uwe/Uwy.

82. Jak ustalić punkt pracy we wzmacniaczu napięciowym OE, stosując potencjometryczny układ polaryzacji i sprzężenie zwrotne?

W celu ułatwienia obliczeń wprowadza się pewne założenia :

prąd bazy Ib=0, zatem IC= IE,

napięcie UBE= UBEP= 0,7 [V]

Po zastosowaniu uproszczeń otrzymujemy równania :

Jeżeli przyjmiemy, że prąd bazy jest co najmniej 10 razy mniejszy od prądu płynącego przez rezystory R2 i R4 :

83. Jak kondensator emiterowy (blokujący emiter) wpływa na właściwości wzmacniacza w układzie OE?

Zwiększa stałość parametrów, zwiększa szerokość przenoszonego pasma i zmniejsza wprowadzane zniekształcenia nieliniowe. Blokowanie lub tylko częściowe blokowanie rezystora Re kondensatorem Ce o dużej pojemności. Sprzężenie takie jest sprzężeniem prądowym szeregowym i powoduje zmniejszenie wzmocnienia napięciowego Ku oraz zwiększenie rezystancji wejściowej rwe i wyjściowej rwy wzmacniacza. W mniejszym stopniu – zależnym od wartości rezystorów R1 i R2 następuje również zmniejszenie dolnej częstotliwości granicznej fd i zwiększenie górnej częstotliwości granicznej fg wzmacniacza. Sygnał zmienny nie przedostaje się z wyjścia na wejście układu (brak sprzężenia).

84. Narysować typową charakterystykę amplitudową i fazową wzmacniacza napięciowego.

Ch-ka fazowa

85. Podać układ polaryzacji potencjometrycznej obwodu bazy i określić zasady doboru wartości

rezystorów.

86. Na czym polega emiterowe sprzężenie zwrotne?

Ujemne sprzężenie zwrotne powoduje zmniejszenie wzmocnienia wzmacniacza. Wynika to z faktu, że w układzie z ujemnym sprzężeniem zwrotnym doprowadzona na wejście część napięcia wyjściowego ma przeciwną fazę niż napięcie wejściowe, a więc odejmuje się od napięcia wejściowego. W rezultacie na wejściu wzmacniacza występuje mniejsze napięcie niż w przypadku braku ujemnego sprzężenia zwrotnego. Przy mniejszym napięciu wejściowym również napięcie wyjściowe ma mniejszą wartość. Ze względu na to, że źródło sygnału nie jest objęte pętlą sprzężenia zwrotnego, przy tym samym napięciu źródła otrzymujemy mniejsze napięcie wyjściowe, a zatem wzmocnienie układu ulega zredukowaniu.

Przykład: Przykład: K = 100, b = 0,1 , wtedy wzmocnienie przy zamkniętej pętli wyniesie KUF = 9,09. Jeżeli wzmacniacz będzie posiadał bardzo duże wzmocnienie K - > nieskończoności, 1/K -> 0, to współczynnik wzmocnienia całego układu wyniesie:

KUF = 1/b

87. Jaką rolę pełni kondensator emiterowy CE i jak wyznacza się jego wartość?

Ce zwiera do masy rezystor Re dla składowej zmiennej. Co powoduje wzrost wzmocnienia napięciowego tego wzmacniacza.

88. Określić wzmocnienie wzmacniacza w układzie OE w przypadku występowania sprzężenia emiterowego i przy jego eliminacji.

Ujemne sprzężenie zwrotne powoduje zmniejszenie wzmocnienia wzmacniacza. Wynika to z faktu, że w układzie z ujemnym sprzężeniem zwrotnym doprowadzona na wejście część napięcia wyjściowego ma przeciwną fazę niż napięcie wejściowe, a więc odejmuje się od napięcia wejściowego. W rezultacie na wejściu wzmacniacza występuje mniejsze napięcie niż w przypadku braku ujemnego sprzężenia zwrotnego. Przy mniejszym napięciu wejściowym również napięcie wyjściowe ma mniejszą wartość. Ze względu na to, że źródło sygnału nie jest objęte pętlą sprzężenia zwrotnego, przy tym samym napięciu źródła otrzymujemy mniejsze napięcie wyjściowe, a zatem wzmocnienie układu ulega zredukowaniu.

Przykład: Przykład: K = 100, b = 0,1 , wtedy wzmocnienie przy zamkniętej pętli wyniesie KUF = 9,09. Jeżeli wzmacniacz będzie posiadał bardzo duże wzmocnienie K - > nieskończoności, 1/K -> 0, to współczynnik wzmocnienia całego układu wyniesie: KUF = 1/b

91. Pomiar rezystancji wejściowej

Rezystancje wejściową wzmacniacza mierzy się metodą pośrednią, stosując na jego wejściu szeregowy rezystor R_S. Następnie mierzymy napięcie wyjściowe przy wyłączonym oporniku R_S (otrzymujemy Uwy1), a potem napięcie wyjściowe przy włączonym rezystorze R_S(otrzymujemy Uwy2). Rezystancję wejściową wzmacniacza można obliczyć na podstawie zależności :
 gdzie : .

92. Pomiar rezystancji wyjściowej

Aby wyznaczyć rezystancję wyjściową R_wy można wyjście wzmacniacza potraktować jako źródło napięcia o określonej rezystancji wewnętrznej. Mierząc napięcie wyjściowe nieobciążonego wzmacniacza określa się wielkość siły elektromotorycznej tego źródła  . Obciążając to źródło znaną rezystancją R_o doprowadza się do podziału tej siły na spadki napięcia na rezystancji wewnętrznej i dołożonej. Mierząc spadek napięcia na rezystancji obciążenia (wyjściu wzmacniacza) z proporcji można wyliczyć rezystancję wewnętrzną źródła (rezystancję wyjściową wzmacniacza). 

Dokonuje się tego w sposób następujący. Mianowicie reguluje się potencjometrem R_o, aż zaobserwujemy spadek napięcia wyjścia do połowy wartości początkowej(jaką miało przed dołączeniem R_o). 

93. Wyjaśnić nazwę: tranzystory polowe, tranzystory unipolarne.

Tranzystory unipolarne, nazywane również tranzystorami polowymi, stanowią grupę kilku rodzajów elementów, których wspólną cechą jest pośrednie oddziaływanie pola elektrycznego na rezystancję półprzewodnika lub na rezystancję cienkiej warstwy nieprzewodzącej. Do tej grupy zaliczamy tranzystory, których prąd wyjściowy jest funkcją pola elektrycznego istniejącego pod wpływem napięcia sterującego wejściowego.

  Tranzystory polowe, zwane w skrócie FET (ang. Field Effect Transistor), mają kanał typu P lub kanał typu N, który może być wzbogacony lub zubożony. W tranzystorach z kanałem typu N nośnikami prądu są elektrony, a w tranzystorach z kanałem typu P nośnikami prądu są dziury. W tranzystorach polowych między elektrodami płynie prąd nośników jednego rodzaju, prąd nośników większościowych.

94.Budowa, zasada działania i podstawowe charakterystyki tranzystorów JFET

Uproszczona budowa:

składa się z warstwy półprzewodnika (np.n) oraz silnie domieszkowanej warstwy półprzewodnika przeciwnego typu.

Zasada działania:

Wytworzenie się złącza p-n powoduje wnikanie w obszar kanału zubożonego. Zaporowa polaryzacja bramki spowoduje zwiększenie tego obszaru i zmniejszenie efektywnej szerokości kanału – a zatem wzrost jego oporu. W stanie zatkania tranzystor posiada bardzo dużą rezystancję między źródłem a drenem, rzędu gigaomów.

Podstawowe charakterystyki (dla kanału typu n):

Charakterystyka wyjściowa tranzystora przedstawia graficznie zależność prądu drenu I_D od napięcia dren-źródło U_DS, przy stałym napięciu bramka-źródło U_GS.

Charakterystyka przejściowazależność prądu drenu (I_D) od napięcia bramka-źródło (U_GS) przy stałym napięciu dren-źródło (U_DS). 

95. Budowa, zasada działania i podstawowe charakterystyki tranzystorów z izolowaną bramką (MOSFET)

Uproszczona budowa:

Zasada działania:

Z kanałem wbudowanym (DMOS) - działa na zasadzie zmiany koncentracji nośników w obszarze kanału poprzez zmiany napięcia przyłożonego do bramki. Przy doprowadzeniu do bramki dodatniego napięcia powoduje zwiększenie w obszarze koncentracji nośników ujemnych, a wiec wzrost jego przewodnictwa. Przyłożenie napięcia ujemnego spowoduje spadek koncentracji a wiec spadek przewodnictwa

Z kanałem indukowanym (EMOS) –po przyłożeniu do bramki napięcia dodatniego w jej pobliżu są przyciągane nośniki ujemne. Gdy napięcie jest odpowiednio duże zaczynają one przeważać nad dziurami. Tworzy się w ten sposób warstwa inwersyjna formująca przewodzący kanał pomiędzy obszarami źródła i drenu.

96. Rodzaje tranzystorów z izolowaną bramką, ich nazwy i oznaczenia

	Kanał wbudowany DMOS	Kanał indukowany EMOS
Typu n
Typu p

97. . Rodzaje i symbole tranzystorów polowych.

a) złączowy: JFET,
b) z izolowaną bramką (IGFET):
-z izolowaną bramką i wbudowanym kanełem, lub inaczej zubożeniowy (typu DMOS)
-z izolowaną bramką i indukowanym kanałem, lub inaczej wzbogacenia (typu EMOS)

98. Zasady polaryzacji tranzystorów plowych.

Tranzystory MOSFET mogą pracować z kanałem zubożanym oraz z kanałem wzbogacanym. Ponieważ jednak praca ze wzbogaceniem odbywa się jedynie dla małego przedziału wartości napięcia bramka-źródło U_GS, najczęściej wykorzystywanym zakresem pracy jest praca ze zubożaniem. Tranzystory z kanałem n pracują w obszarze nasycenia gdy U_DS>0 i U_GS<0, tranzystory z kanałem p natomiast na odwrót, dla U_DS<0 i U_GS>0. Do otrzymania napięcia o podanej polarności wykorzystać można układ z dwoma źródłami zasilania, przedstawiony na poniższych schematach.

Schemat dla kanału typu n		Schemat dla kanału typu p

99.Narysować i opisać równaniem ch-kę PRZEJŚCIOWĄ tranzystora JFET z kanałem p i n.

Z kanałem typu N	Z kanałem typu P
$$I_{D} = I_{\text{DSS}}(1 - \frac{U_{\text{GS}}}{U_{P}})^{2}$$

100 . Narysować charakterystykę PRZEJŚCIOWĄ i charakterystyki WYJŚCIOWE tranzystora MOS z kanałem indukowanym „n”.

120. Współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego

W miejsce wzmocnienie sygnału współbieżnego często podawany jest współczynnik

tłumienia sygnału współbieżnego (ang. Common Mode Rejection Ratio, CMRR), który lepiej

określa własności wzmacniacza. Określa go wzór:

Współczynnik CMRR wyrażany jest zazwyczaj w decybelach. Powinien przyjmować bardzo duże wartości, gdyż występowanie tego sygnału jest nieporządane.

121. Podać budowę i zasadę działania prostego źródła prądowego.

122. W jakim celu stosowane jest źródło prądowe w Wzmacniacza operacyjnego

Źródło prądowe jest stosowane w stopniu wejściowym wzmacniacza operacyjnego (wzmacniacz różnicowy) w celu wytworzenia określonej wartości prądu.

123. Jak jest realizowane i w jakim celu jest stosowane obciążenie aktywne w Wzmacniacza operacyjnego.

Dla uzyskania dużego wzmocnienia całego układu, w różnicowym stopniu wejściowym oraz stopniu pośrednim stosuje się obciążenie aktywne.

124. Charakterystyka przejściowa Wzmacniacza operacyjnego.

Charakterystyka przejściowa (inaczej dynamiczna) wzmacniacza operacyjnego (rys. 2) przedstawia zmianę napięcia wyjściowego U_o wzmacniacza w funkcji zmian napięcia na jego wejściach U_o = f(U_d = U_I1 – U_I2). W przypadku wzmacniacza nieodwracającego charakterystyka przechodzi przez pierwszą i trzecią ćwiartkę, a dla układu odwracającego przez drugą i czwartą ćwiartkę. W niewielkim zakresie napięć wejściowych wzmacniacz pracuje w obszarze liniowym, a nachylenie charakterystyki w tym zakresie jest równe wzmocnieniu wzmacniacza bez sprzężenia zwrotnego:

Rzeczywista charakterystyka przejściowa nie przechodzi przez środek układu współrzędnych, bowiem ulega ona przesunięciu o wartość wejściowego napięcia niezrównoważenia U_N. Po przekroczenie wejściowego napięcia przesterowania U_p, następuje zagięcie charakterystyki dynamicznej, w końcowej części przebiega ona równolegle do osi napięć wejściowych. Jeżeli do wejścia WO zostanie doprowadzone przemienne napięcie wejściowe o amplitudzie przekraczającej amplitudę napięcia przesterowania, to wystąpią zniekształcenia sygnału wyjściowego, polegające na ograniczeniu amplitudy przebiegu na poziomie wartości nieco mniejszej od napięcia zasilania. Taką sytuację nazywamy stanem nasycenia.

125. Charakterystyka częstotliwościowa Wzmacniacza operacyjnego.

Charakterystyka amplitudowo- częstotliwościowa K_u=f (f) Wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego zależy od częstotliwości sygnału wejściowego. Graficzną zależność modułu współczynnika wzmocnienia sygnału wejściowego w funkcji częstotliwości (przy U_we=const.) przedstawia charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa (rys.3). WO nie należą do układów odznaczających się szerokopasmowością, ich charakterystyka częstotliwościowa ma kształt typowy dla wzmacniaczy dolnoprzepustowych. Dla większości z nich wzmocnienie zaczyna się zmniejszać przy częstotliwościach rzędu 10 – 50 kHz.

Stromość zmniejszania się wzmocnienia ze wzrostem częstotliwości wynosi 20 dB na dekadę.

Rys .3. Charakterystyki amplitudowe wzmacniacza WO o różnym wzmocnieniu

Częstotliwość sygnału przy której wzmocnienie WO wynosi K_U = 1 (w skali logarytmicznej jest to 0 dB) nazywa się częstotliwością graniczną f₁ . Wiadomo, że iloczyn wzmocnienia przez częstotliwość, wyznaczony w zakresie liniowego opadania wykresu K_u(f) jest nazywany polem wzmocnienia f_T. W granicznym przypadku, dla K_U= 1:

f₁ = f_T

Istnieje możliwość regulowania pasma przenoszenia B wzmacniacza poprzez zmianę rezystancji obwodu sprzężenia zwrotnego. Im silniejsze jest sprzężenie zwrotne, tym mniejsze jest wzmocnienie, a szersze pasmo przenoszonych przez układ częstotliwości.

Pasmo przenoszenia wzmacniacza wzmacniającego sygnały od częstotliwości f = 0, jest liczbowo równe górnej częstotliwości granicznej f_g .

126. Skale logarytmiczne w opisie charakterystyk częstotliwościowych wzmacniaczy.

Skala logarytmiczna – rodzaj skali pomiarowej, w której mierzona wartość wielkości fizycznej jest przekształcana za pomocą logarytmu.

Wartości na skali logarytmicznej są zawsze bezwymiarowe, to jest albo podawane w odniesieniu do pewnej jednostki, albo będące logarytmami wielkości niemianowanych. Skala musi również mieć zdefiniowaną używaną podstawę logarytmu.

Zgodnie z właściwościami logarytmu, skala logarytmiczna może być używana jedynie do odwzorowania wielkości dodatnich. Najczęściej używa się logarytmów dziesiętnych oraz logarytmów naturalnych tj. o podstawach równych odpowiednio 10 i e.

Przy odwzorowaniu wielkości w skali logarytmicznej, używane są często specyficzne jednostki miary, właściwe dla danej dziedziny, np. Bele (B) i decybele (dB) w elektronice i przetwarzaniu sygnałów czy Nepery w akustyce.

127. Jak i dlaczego 3dB służą do wyznaczania częstotliwości granicznych.

Z charakterystyki amplitudowej wzmacniacza (wykresu wzmocnienia wzmacniacza w zależności od częstotliwości sygnału wejściowego - rys 12.) określa się częstotliwości graniczne przenoszenia (górną i dolną). Są ta takie wartości częstotliwości przy których wzmocnienie wzmacniacza jest o 3 dB mniejsze od częstotliwości średnich. Dla wzmocnienia napięciowego Ku spadek wzmocnienia o 3 dB odpowiada zmniejszeniu wartości wzmocnienia do poziomu 0,707 (a dla wzmocnienia mocy do poziomu 0,5 - dlatego punkty spadku o 3 dB nazywa się punktami połowy mocy)

128. Porównać charakterystyki częstotliwościowe wzmacniacza napięciowego i wzmacniacza

operacyjnego.

129. Wyjaśnić pojęcie idealnego wzmacniacza operacyjnego i podać jego cechy.

Wzmacniaczem operacyjnym nazywamy różnicowy wzmacniacz prądu stałego o bardzo dużym wzmocnieniu (oraz dużej impedancji wejściowej). 
    Wzmacniacz operacyjny jest przystosowany do pracy z zewnętrznym układem ujemnego LINK sprzężenia zwrotnego (inaczej nazywanym zewnętrzną pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego), którego właściwości decydują w głównej mierze o właściwościach całego układu.

Idealny wzmacniacz operacyjny powinien charakteryzować się następującymi właściwościami:

- nieskończenie dużym wzmocnieniem przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego (K → ∞),

- nieskończenie szerokim pasmem przenoszenia częstotliwości,

- nieskończenie dużą impedancją wejściową, zarówno między wejściami, jak i między każdym z

wejść a ziemią,

- impedancją wyjściową równą zeru,

- napięciem wyjściowym równym zeru przy równości napięć wejściowych (Uwy = 0 przy

Uwe1 = Uwe2),

- nieskończenie dużym dopuszczalnym prądem wyjściowym,

- zerowym prądem wejściowym,

- wzmocnieniem idealnie różnicowym, tzn. nieskończenie dużym współczynnikiem tłumienia

sygnału nieróżnicowego (definicję tego współczynnika podano w dalszej części opracowania),

- zachowaniem powyższych właściwości przy zmianach temperatury.

130. . Wyprowadzić wzór na wzmocnienie układu odwracającego.

Ku = Uwy/Uwe = - R2/R1

Wzmacniacz nieodwracający:

Ku=Uwy/Uwe = R1+R2/R1 = 1+(R2/R1)

131 .Wyprowadzić wzór na wzmocnienie układu nieodwracającego Wzmacniacza operacyjnego.

• Z układu dzielnika napięciowego możemy łatwo wyliczyć napięcie

• 

• Stąd można wyliczyć wartość napięcia wyjściowego wzmacniacza jako

• 

• A ponieważ wzór możemy zapisać jako

• aby wyznaczyć wzmocnienie

• wzmacniacza należy obustronnie podzielić równanie przez

• 

132. Wyznaczyć rezystory dla zadanego wzmocnienia podanego w dB

Przykładowo Ku=23dB,dobieramy powiedzmy R1=1kohm

20log(ku)=23/:20 R3=R1*R2/R1+R2

Log(ku)=1.15

10^1,15=14.1

Ku=-R2/R1 =>R2=Ku*R1=14.1 kohm

133. Wyprowadzić wzór dla sygnału wyjściowego układu całkującego

;

Napięcie wyjściowe można wyznaczyć poprzez scałkowanie obu stron równania

;

134. Wyprowadzić wzór dla sygnału wyjściowego układu różniczkującego

;

;

;

Po wykonaniu odpowiednich przekształceń otrzymujemy:

;

139. W jakim celu stosuje się źródło prądowe we wzmacniaczu różnicowym?

Gdy wskutek sygnału współbieżnego Bendzie chciał

Wzrosnąć prąd całkowity płynacy przez źródło

Prądowe to w obydwu tranzystorach napięcie

Ube zmienie się w taki sposób, że ograniczy wzrost prądu.

Na to miast dla sygnałów przeciwsobnych na wyjściu różnicowym

Prąd płynący przez jeden tranzystor zmniejszy się w takim samym

Stosunku jakim zwiększy się w drugim tranzystorze.

140. Co to jest kompensacja napięcia niezrównoważenia i kompensacja częstotliwościowa?

161. Podać budowę i właściwości półsumatora i sumatora dwóch liczb jednobitowych

162. Podać budowę i właściwości dwóch sumatora dwóch liczb jednobitowych.

Odpowiedz pytanie 161

163. Podać zasadę działania i zastosowania wybranych kombinacyjnych układów funkcjonalnych

->Koder należy do klasy układów kombinacyjnych. Jest to układ posiadający k wejść oraz n wyjść (k=2ⁿ).

Jego działanie polega na zamianie kodu "1 z k" na naturalny kod binarny o długości n. Służy do przedstawiania informacji tylko jednego aktywnego wejścia na postać binarną, ponieważ istnieje fizyczna możliwość aktywacji więcej niż jednego wejścia; musi istnieć możliwość uznania tylko jednego.

Jeśli na wejście strobujące (blokujące) S (ang. strobe) podane zostanie logiczne zero, to wyjścia y_i przyjmują określony stan logiczny (zwykle zero), niezależny od stanu wejść x. Stosuje się do tego specjalne algorytmy, które przekształcają dane z zapisu np. analogowego na cyfrowy.

->Dekoder należy do klasy układów kombinacyjnych. Jest to układ posiadający n wejść oraz k=2ⁿ wyjść. Jego działanie polega na zamianie naturalnego kodu binarnego (o długości n), lub każdego innego kodu, na kod "1 z k" (o długości k). Działa odwrotnie do kodera, tzn. zamienia kod binarny na jego reprezentację w postaci tylko jednego wybranego wyjścia. W zależności od ilości wyjść nazywa się go dekoderem 1zN.

Niektóre źródła podają, że dekoderem jest także układ, który zamienia dowolny kod cyfrowy na kod wyświetlacza siedmiosegmentowego (poprawnie taki układ powinien być nazwany transkoderem).

->Multiplekser (w skrócie MUX) – układ kombinacyjny, najczęściej cyfrowy, służący do wyboru jednego z kilku dostępnych sygnałów wejściowych i przekazania go na wyjście.

Multiplekser jest układem komutacyjnym (przełączającym), posiadającym k wejść informacyjnych (zwanych też wejściami danych), n wejść adresowych (sterujących) (zazwyczaj k=2ⁿ) i jedno wyjście y. Posiada też wejście sterujące działaniem układu oznaczane S (wejście strobujące, ang. strobe) lub e (ang. enable). Działanie multipleksera polega na przekazaniu wartości jednego z wejść x_i na wyjście y. Numer i wejścia jest podawany na linie adresowe a₀... a_n-1.

Jeśli na wejście strobujące (blokujące) S podane zostanie logiczne zero, to wyjście y przyjmuje określony stan logiczny (zazwyczaj zero), niezależny od stanu wejść X i A.

Multiplekser można zbudować z dekodera o takiej liczbie wejść, ile wejść adresowych posiada dany multiplekser oraz bramek AND. Do jednego wejścia każdej bramki AND należy podłączyć odpowiednie wyjście dekodera, do drugiego - odpowiednia linię wejściową. Wyjścia wszystkich bramek AND należy podłączyć do wejść bramki OR.

->Demultiplekser – układ kombinacyjny, posiadający jedno wejście x, n wejść adresowych oraz k wyjść (zazwyczaj k=2ⁿ), którego działanie polega na przekazaniu sygnału z wejścia x na jedno z wyjść y_i.

Wyjście jest określane przez podanie jego numeru na linie adresowe a₀... a_n-1. Na pozostałych wyjściach jest stan zera logicznego. Zazwyczaj spotykane są demultipleksery o wyjściach zanegowanych, czyli na wybranym wyjściu jest stan a na wszystkich pozostałych 1 logiczna. Demultipleksery o wyjściach prostych są znacznie rzadziej stosowane.

Jeśli na wejście strobujące (blokujące, ang. strobe) S podane zostanie logiczne zero, to wyjścia y_i przyjmują określony stan logiczny (zwykle zero), niezależny od stanu wejścia x oraz od wejść adresowych.

164. Przerzutniki RS, D, JK, JK-MS

Przerzutnik typu RS – najprostszy rodzaj przerzutnika asynchronicznego.

oznaczenie przerzutnika RS

Ma on:

2 wejścia

S (ang. Set) - wejście ustawiające

R (ang. Reset) - wejście zerujące

2 wyjścia

- wyjście zwykłe

- wyjście zanegowane.

Stan wyjść jest zawsze przeciwny.

Przerzutnik typu RS można wykonać z dwóch bramek logicznych NOR lub dwóch bramek logicznych NAND.

Przerzutnik typu D (data) (ang. Flip-flop) – jeden z podstawowych rodzajów przerzutników synchronicznych, nazywany układem opóźniającym. Przerzutnik ten przepisuje stan wejścia informacyjnego D na wyjście Q. Przepisanie informacji następuje tylko przy odpowiednim stanie wejścia zegarowego.

Najczęściej stosowana jest synchronizacja zboczem zegara, czyli przejściem z jednego stanu logicznego do drugiego. Zbocze może być narastające (przejście z 0 na 1) lub opadające. Innym rodzajem synchronizacji jest Latch (zatrzask, synchronizacja poziomem), który działa w ten sposób, że w czasie trwania na wejściu zegarowym jedynki logicznej (lub zera, przy synchronizacji poziomem niskim), wyjście Q powtarza stany podawane na wejście D. W momencie zmiany stanu zegara następuje "zatrzaśnięcie" przerzutnika i od tej chwili informacja na wyjściu Q, aż do następnego taktu zegarowego, pozostaje niezmienna. Typowym zastosowaniem przerzutnika typu Latch jest zapamiętanie chwilowego stanu szyny danych w celu zobrazowania go na wyświetlaczu. Synchronizacja poziomem w porównaniu ze zboczową jest mniej odporna na zakłócenia.

Oprócz synchronicznego wejścia typu D przerzutnik posiada często również asynchroniczne wejścia typu S (Set) i R (Reset). Służą one do ustawiania (S) i zerowania przerzutnika (R). Wejścia asynchroniczne mają większy priorytet od wejścia synchronicznego i działają nawet wtedy, gdy na wejście zegarowe nie jest podawany odpowiedni stan.

Przerzutnik typu JK - jeden z podstawowych rodzajów przerzutników synchronicznych bistabilnych, na jego podstawie można zbudować wiele innych rodzajów przerzutników np. typu D czy JK-MS.

Przerzutnik ma wejścia informacyjne J i K, zegarowe C, wyjście proste Q i jego negację ~Q. Często posiada również asynchroniczne wejścia kasujące R (Reset) i ustawiające S (Set).

Podanie jedynki logicznej na wejście J powoduje ustawienie przerzutnika (co skutkuje pojawieniem się stanu wysokiego na wyjściu Q). Ustawienie wejścia K w stan wysoki przestawia przerzutnik w stan niski. Jeżeli jedynka logiczna zostanie ustawiona na obydwu wejściach (J i K) to nastąpi zmiana stanu przerzutnika na przeciwny (czyli jeżeli układ był w stanie wysokim to przejdzie w stan niski i odwrotnie). W języku polskim wejście oznaczone K jest czasem nazywane wejściem kasującym, a wejście J - wejściem jedynkującym, co ułatwia zapamiętanie funkcji poszczególnych wejść.

JK jest przerzutnikiem synchronicznym, co oznacza, że reaguje na stan wejść tylko przy podaniu odpowiedniego sygnału na wejście zegarowe. Wyjątkiem są wejścia asynchroniczne R i S. Podanie stanu wysokiego na wejście Set powoduje ustawienie w stan wysoki przerzutnika niezależnie od tego, czy został dostarczony sygnał zegarowy. Wejście Reset w analogiczny sposób zeruje przerzutnik.

Nazwa przerzutnika JK pochodzi od imienia i nazwiska Jacka Kilby'ego, inżyniera amerykańskiego, wynalazcy układów scalonych.

Przerzutnik synchroniczny JK-MS (Master-Slave) jest zbudowany z dwóch przerzutników JK połączonych kaskadowo. Jeden – nadrzędny (master) – pełni funkcję bufora wejściowego, drugi – podrzędny (slave) – bufora wyjściowego.

Informacja do przerzutnika jest wpisywana po pełnym cyklu zegarowym: przy zboczu narastającym informacja jest wpisywana do przerzutnika master, zaś przerzutnik slave (wyjściowy) wciąż pamięta informację wpisaną wcześniej. Przy zboczu opadającym informacja pamiętana przez przerzutnik master jest przepisywana do przerzutnika wyjściowego slave.

165. Udowodnić że z przerzutnika JK można zbudować dzielnik częstotliwości przez 2

166. Na czym polega konwersja szeregowo-równoległa i jakie ma zastosowanie?

Konwerter szeregowo-równoległy (ang. serial-to-parallel) służy do konwersji danych przychodzących do komputera poprzez port szeregowy

Zastosowanie np:

Myszka komputerowa przesyła informacje do komputera

Skaner przesyła informacje do komputera

167. Ogólne właściwości układów TTL i CMOS

CMOS (ang. Complementary MOS) – technologia wytwarzania układów scalonych, głównie cyfrowych, składających się z tranzystorów MOS o przeciwnym typie przewodnictwa i połączonych w taki sposób, że w ustalonym stanie logicznym przewodzi tylko jeden z nich. Dzięki temu układ statycznie nie pobiera żadnej mocy (pomijając niewielki prąd wyłączenia tranzystora), a prąd ze źródła zasilania płynie tylko w momencie przełączania – gdy przez bardzo krótką chwilę przewodzą jednocześnie oba tranzystory. Tracona w układach CMOS moc wzrasta wraz z częstotliwością przełączania, co wiąże się z przeładowywaniem wszystkich pojemności, szczególnie pojemności obciążających wyjścia.

Układy CMOS są relatywnie proste i tanie w produkcji umożliwiając uzyskanie bardzo dużych gęstości upakowania tranzystorów na jednostce powierzchni płytki krzemu. W nowoczesnych układach powierzchnia zajmowana przez jeden tranzystor jest mniejsza od 1 µm².

Obwody CMOS zostały wynalezione w 1963 przez Franka Wanlassa z firmy Fairchild Semiconductor. Pierwszy układ scalony wykonany w technologii CMOS powstał w firmie RCA w 1968 pod okiem Alberta Medwina. Oryginalnie układy CMOS stanowiły oszczędną alternatywę do energochłonnych układów TTL. Znikomy pobór mocy układów CMOS przy małych częstotliwościach przełączania stanowił atut zwłaszcza w układach zegarów przemysłowych oraz wszędzie tam, gdzie czas pracy z baterii był istotniejszy niż szybkość działania. Z czasem poprawiono także parametry dynamiczne i po 25 latach układy CMOS zdominowały elektronikę cyfrową.

Transistor-transistor logic (TTL) – klasa cyfrowych układów scalonych.

Zapoczątkowana przez Texas Instruments w 1961 w rodzinie 7400 TTL, była pierwszą techniką masowej produkcji cyfrowych układów scalonych, układy cyfrowe w standardzie TTL są nadal w szerokim użyciu.

Układy TTL zbudowane są z tranzystorów bipolarnych i zasila się je napięciem stałym 5 V. Działają w logice dodatniej - sygnał niski (logiczne "0"), jest zdefiniowany jako napięcie od 0 V do 0,8 V w odniesieniu do masy, a wysoki (logiczna "1") – 2,4 V a 5 V.

Wyróżnia się kilka odmian technologicznych, oznaczonych odpowiednio literami:

L (Low power) – wersja o małym poborze mocy (10 razy mniejszy niż TTL), ale wolniejsza od standardowej (10 MHz); nigdy nie zyskała popularności, gdyż została niemal natychmiast zastąpiona układami CMOS serii 4000.

H (High speed) – wersja szybsza od standardowej (58 MHz), ale o większym poborze mocy niż standardowa. Większą szybkość uzyskano przez zastosowanie 2 razy mniejszych rezystorów, co spowodowało szybsze przełączanie tranzystorów.

S (Schottky) – odmiana szybka (125 MHz), której tranzystory zawierają dodatkową diodę Schottky'ego włączoną równolegle do złącza kolektor-baza i zabezpieczającą tranzystor przed nasyceniem co powoduje dużo szybsze przechodzenie tranzystora ze stanu przewodzenia do zatkania.

AS (Advanced Schottky) – ulepszona seria S, charakteryzuje się jeszcze większą szybkością działania.

LS (Low power Schottky) – wersja S o znacznie niższym poborze prądu, zbliżonym do standardowej bramki; główna seria układów TTL, stosowana w większości zastosowań.

ALS (Advanced Low power Schottky) – unowocześniona seria LS, z mniejszym poborem mocy.

F (Fast) – nowoczesna, najszybsza seria TTL (125 MHz).

Ponadto są produkowane układy w technologii CMOS, zgodne końcówkowo z TTL o takich samych oznaczeniach, wyróżniane literami C, AC, HCT, HC itp., np. 74HC00. Dodatkowo układy CMOS HCT mają takie same poziomy stanów logicznych jak TTL, przez co można je łączyć ze sobą.

TTL ma większy pobór prądu niż układy wykonane w technologii CMOS, ale układy tego typu są szybsze.

168. Budowa i działanie inwertera CMOS

Inwerter CMOS zbudowany jest z dwóch połączonych szeregowo tranzystorów: nMOS i pMOS:

Inwerter CMOS

Dreny obu tranzystorów są połączone z wyjściem. Bramki obu tranzystorów są połączone ze sobą i sterowane przez sygnał wejściowy. Przypomnijmy zasadę działania: gdy wejście jest w stanie "0", czyli napięcie wejściowe jest równe lub bliskie zeru, tranzystor nMOS jest wyłączony (nie przewodzi), zaś tranzystor pMOS jest włączony (przewodzi). Wyjście jest połączone przez tranzystor pMOS ze źródłem zasilania, napięcie na wyjściu jest równe U_DD, czyli wyjście jest w stanie "1". Odwrotna sytuacja powstaje, gdy wejście jest w stanie "1", czyli napięcie wejściowe jest równe lub bliskie U_DD. Włączony jest wówczas tranzystor nMOS, zaś tranzystor pMOS jest wyłączony. Wyjście jest uziemione przez tranzystor nMOS, a więc napięcie na nim jest równe zeru, co oznacza logiczne "0".

170. Budowa i zastosowanie bramki OC

172 Podstawowe właściwości układów kombinacyjnych i sekwencyjnych.

Układ kombinacyjny jest jednym z rodzajów układów cyfrowych. Charakteryzuje się tym, że stan wyjść zależy wyłącznie od stanu wejść; stan wyjść opisują funkcje boolowskie - w przeciwieństwie do układów sekwencyjnych, których stan wyjść zależy od stanu wejść oraz od poprzedniego stanu wyjść. W układach kombinacyjnych nie występuje sprzężenie zwrotne.
Układ sekwencyjny jest jednym z rodzajów układów cyfrowych. Charakteryzuje się tym, że stan wyjść y zależy od stanu wejść x oraz od poprzedniego stanu, zwanego stanem wewnętrznym, pamiętanego w zespole rejestrów (pamięci)

173 Do czego wykorzystywane jest przesuwanie w rejestrze w lewo i prawo?
Przesunięcie bitowe – operacja na liczbach w systemie dwójkowym polegająca na przesunięciu wszystkich cyfr binarnych o  pozycji w lewo lub prawo. Jest to działanie powszechnie stosowane w elektronice i informatyce. Najczęściej przesunięcie wykorzystuje się do szybkiego mnożenia/dzielenia przez liczbę 2 i jej potęgi oraz do sekwencyjnego testowania wartości poszczególnych bitów.
W lewo
Wartość liczby w naturalnym kodzie binarnym jest 2 razy większa. Większe przesunięcia są równoważne przemnożeniu przez potęgę dwójki.
W prawo Wartość liczby w naturalnym kodzie binarnym jest 2 razy mniejsza (dzielenie całkowitoliczbowe).

174 Jaka jest różnica pomiędzy przerzutnikiem synchronicznym i asynchronicznym?
Układy asynchroniczne
W układach asynchronicznych zmiana sygnałów wejściowych X natychmiast powoduje zmianę wyjść Y. W związku z tym układy te są szybkie, ale jednocześnie podatne na zjawisko hazardu i wyścigu. Zjawisko wyścigu występuje, gdy co najmniej dwa sygnały wejściowe zmieniają swój stan w jednej chwili czasu (np.  ). Jednak, ze względu na niezerowe czasy przełączania bramek i przerzutników, zmiana jednego z sygnałów może nastąpić [trochę] wcześniej niż innych, powodując trudne do wykrycia błędy. Dlatego też w analizie układów asynchronicznych uznaje się, że jednoczesna zmiana kilku sygnałów jest niemożliwa.
Układy synchroniczne
W układach synchronicznych zmiana stanu wewnętrznego następuje wyłącznie w określonych chwilach, które wyznacza sygnał zegarowy (ang. clock). Każdy układ synchroniczny posiada wejście zegarowe oznaczane zwyczajowo symbolami C, CLK lub CLOCK. Charakterystyczne dla układów synchronicznych, jest to, iż nawet gdy stan wejść się nie zmienia, to stan wewnętrzny - w kolejnych taktach zegara - może ulec zmianie.
Ponieważ w przypadku układu synchronicznego zrealizowanego jako automat Moore'a wyjście układu jest funkcją stanu wewnętrznego, może ono zmieniać się tylko w chwili nadejścia taktu, co daje gwarancję, że odpowiedni stan wyjść utrzyma się przez cały takt. W przypadku automatu Mealy'ego zmiana wyjścia układu może nastąpić także w momencie zmiany wejścia.
Jeśli układ reaguje na określony stan (logiczny) zegara, to mówi się że układ jest statyczny (wyzwalany poziomem), jeśli zaś układ reaguje na zmianę sygnału zegarowego jest dynamiczny (wyzwalany zboczem). Układ dynamiczny może być wyzwalany zboczem (ang. edge) opadającym lub narastającym, albo impulsem.
Jeśli układ synchroniczny nie ma wejść, a jedynie charakteryzuje go stan wewnętrzny, to taki układ nazywany jest autonomicznym (dobrym przykładem takich układów są liczniki stosowane w popularnych zegarkach elektronicznych).