WZMACNIACZE MOCY: są układami elektronicznymi, których zadaniem jest dostarczenie do obciążenia wymaganej (na ogół dużej) mocy wejściowej przy możliwie dużej sprawności i małych zniekształceniach sygnału.

Wzmacniacz klasy A: tzw. kąt przepływu prądu przez tranzystor: 2θ= 360°. Jednocześnie synchronicznie ze zmianą prądu zmienia się napięcie C-E tranzystora. Powodem dużych strat mocy w tranzystorze jest właśnie przewodzenie dużego prądu przy dużym napięciu U_CE.

▪ wzmacniacz z obciążeniem rezystancyjnym: jest to najprostszy wzmacniacz jednotranzystorowy z obciążeniem rezystancyjnym włączonym w obwód kolektora. Tranzystor pracuje w konfiguracji WE, a więc takiej, w której ma wzmocnienie napięciowe i prądowe, a zatem i wzmocnienie mocy.

▪ wzmacniacz z obciążeniem transformatorowym: Sprawność układu można zwiększyć, dołączając obciążenie przez transformator. Transformator przenosi tylko składowe zmienne. Dla prądu stałego uzwojenie pierwotne ma niewielką rezystancję. Sprawność energetyczna jest dwa razy większa od sprawności wzmacniacza rezystancyjnego.

Wzmacniacz klasy B: We wzmacniaczu klasy B spoczynkowy punkt pracy tranzystora umieszczony jest w punkcie odcięcia prądu. W uproszczeniu przyjąć można brak jakiejkolwiek wstępnej polaryzacji złącza B-E tranzystora. Przy sterowaniu napięciem zmiennym tranzystor może w takich warunkach przewodzić prąd tylko w jednej połówce napięcia sterującego Uwe. Aby do obciążenia dostarczać prąd w obu połówkach Uwe trzeba zastosować dwa tranzystory, pracujące w tzw. układzie przeciwsobnym. W klasie B prąd tranzystora płynie przez pół okresu przebiegu sterującego, kąt przepływu prądu wynosi 2Θ=180°. Maksymalna sprawność przy pełnym wysterowaniu ma wartość 78%.

Wzmacniacz klasy AB: Ze względu na silną nieliniowość charakterystyki I_C tranzystorów w pobliżu punktu odcięcia, występują specyficzne zniekształcenia sygnału przy przechodzeniu chwilowej wartości napięcia wejściowego przez zero. Zniekształcenia te są nazywane zniekształceniami skrośnymi.

Dla uniknięcia zniekształceń skrośnych konieczne jest przesunięcie spoczynkowego punktu pracy do miejsca gdzie charakterystyki elementów stają się wystarczająco liniowe. Spoczynkowy punkt pracy trzeba w tym celu ulokować w miejscu, w którym przez tranzystory płynie już pewien niewielki prąd. Przepływ prądu przy U_WE = 0 zmniejsza sprawność(do ~70%)i możliwą do uzyskania maksymalną moc wyjściową.

Ważnym problemem przy pracy wzmacniaczy w klasi AB jest utrzymanie stałej wartosci prądu spoczynkowego w szerokim zakresie zmian temperatury. Przy nagrzewaniu sie tranzystorów prąd spoczynkowy rośnie. Może to prowadzić do dalszego wzrosu temperatury tranzystora i dalszego wzrostu prądu spoczynkowego. Zjawisko to nazywamy termicznym dodatnim sprzeżeniem zwrotnym.

Aby otrzymać dużą moc wyjściową wzmacniacza trzeba stosować tranzystory o dużej wartości współczynników wzmocnienia prądowego β. W tym celu uzywa się często dwóch tranzystorów zestawianych w konfiguracji Darlingtona. Oba te tranzystory można traktować jako jeden.

TYRYSTOR (SCR): przyrząd półprzewodnikowy o strukturze czterowarstwowej (p-n-p-n), wyposażony w trzy elektrody: anodę (A), katodę (K) i bramkę (G).

W zależności od polaryzacji anody względem katody, tyrystor może znajdować się w stanie zaworowym lub blokowania. Po doprowadzeniu dodatniego impulsu prądowego do bramki tyrystora, następuje jego załączenie i przejście do stanu przewodzenia.

Stan zaworowy: wyst przy ujemnej polaryzacji anody wzgędem katody. W tym stanie podanie dodatniego sygnału bramkowego nie powoduje załączenia tyrystora, a jedynie wzrost prądu wstecznego (tym samym wzrost strat mocy).

Stan blokowania: wyst przy dodatniej polaryzacji anody względem katody tyrystora, przy jednoczesnym braku prądu bramki.

Stan przewodzenia: wyst przy dodatniej polaryzacji anody względem katody oraz gdy w obwodzie sterującym bramka-katoda popłynie prąd wystarczający do załączenia tyrystora.

Charakterystyka prąd-nap:

TRIAK: tyrystor dwukierunkowy o strukturze dwóch tyrystorów połączonych odwrotnie równolegle. Ma trzy wyprowadzenia: A1, A2 i G. Umożliwia sterowanie sygnałów zmiennoprądowych. Można więc wyróżnić po dwa zakresy blokowania i przewodzenia (działa w obu kierunkach polaryzacji).

Charakterystyka prąd-nap:

PRZERZUTNIKI: Przerzutnik to układ elektroniczny generujący przebiegi elektryczne w wyniku przełączania między stanami: 1 zwanym wysokim oraz 0 zwanym niskim. Jego podstawową cechą jest zdolność do zapamiętywania, innymi słowy posiada pamięć. W postaci monolitycznej przerzutniki najczęściej są budowane z bramek logicznych. Ze względu na rodzaje wejść przerzutniki możemy podzielić na: synchroniczne i asynchroniczne. Symbol

graficzny:

W przerzutniku takim możemy wyróżnić następujące wejścia: ▪ zegarowe (Clock) zwane inaczej synchronizującymi albo wyzwalającymi, ▪ wejścia informac. (synchroniczne) synchronizowane przebiegiem zegarowym, ▪ wejścia programujące (asynchroniczne). Działanie przerzutnika można opisać za pomocą tzw. tablicy prawdy, tablicy przejść, tablicy wzbudzeń lub wykresu czasowego.

Przerzutnik RS: zbudowany jest z dwóch typowych elementarnych układów kombinacyjnych (bramek NOR) - daje to układ sekwencyjny.

synchroniczny

asynchroniczny

Przerzutnik D: jest przerzutnikiem synchronizowanym wyzwalanym narastającym zboczem („+”) impulsu zerowego.

Przerzutnik JK:

TRANZYSTOR BIPOLARNY: trójkońcówkowy element półprzewodnikowy zdolny do wzmacniania sygnałów prądu stałego i zmiennego. Tranzystor bipolarny zawiera dwa obszary półprzewodnika jednego typu, przedzielone wąską warstwą półprzewodnika przeciwnego typu. W zależności od typów półprzewodnika rozróżnia się tranzystory `n-p-n' i tranzystory `p-n-p'. Wąski środkowy obszar półprzewodnika to baza (B). Obszary skrajne to odpowiednio emiter(E) i kolektor(C). W tranzystorze występują dwa złącza p-n: złącze emiter-baza (B-E) i złącze baza-kolektor(B-C). Do elektrod tranzystora doprowadza się odpowiednie napięcia tak, aby polaryzować: ▪ złącze E-B w kierunku przewodzenia; ▪ złącze B-C w kierunku zaporowym. W tranzystorze n-p-n do E doprowadza się napięcie ujemne, do C zaś dodatnie względem B. W tranzystorze p-n-p biegunowość napięć jest przeciwna.

Stany pracy tranzystora:

STAN	B-E	B-C
aktywny	przewodzenia	zaporowo
inwersyjnie aktywny	zaporowo	przewodzenia
nasycenia	przewodzenia	przewodzenia
zatkania	zaporowo	zaporowo

Ogranieczenia obszaru pracy tranzystora: › Maksymalna moc admisyjna P_a - określa maksymalną wartość iloczynu prądu kolektora I_C i napięcia kolektor-emiter U_CE, przy którym tranzystor może pracować w sposóc długotrwały. Krzywa mocy admisyjnej w polu charakterystyk wyjściowych jest hiperbolą: I_C = P_a / U_CE. › Maksymalny prąd kolektora I_Cmax - jest ograniczeniem wynikającym często ze zmian współczynnika wzmocnienia prądowego β₀. › Maksymalne napięcie kolektor-emiter U_CEmax - ograniczenia U_CEmax są spowodowane zjawiskiem przebicia: przebicie Zenera (dotyczy złączy E-B), przebicie lawinowe (dotyczy złącza B-C). › Prąd zerowy I_CE0 - jest to prąd w obwodzie emiter-kolektor przy prądzie bazy I_B=0. Jest to prąd graniczny między obszarem aktywnym a obszarem zatkania tranzystora. › Napięcie nasycenia U_CEsat - jest wartością ograniczającą minimalne wartości napięcia U_CE przy pracy tranzystora w obszarze aktywnym.

TRANZYSTORY UNIPOLARNE (POLOWE): są przyrządami półprzewodnikowymi, których działanie polega na sterowaniu prądem przez nie przepływającym za pomocą pola elektrycznego. Istnieją dwa typy: ▪ tranzystor polowy złączowy (JFET); ▪ tranzystor polowy z izolowaną bramką (MOSFET).

MOSFET: W jednym z rodzajów takiego tranzystora w podłożu z półprzewodnika p- umieszczone są dwa obszary n+ zaopatrzone w końcówki, stanowiące źródło S i dren D. Nad przestrzenią między tymi obszarami na cienkiej warstwie izolatora SiO₂ napylona jest metalowa bramka G. Przy napięciu bramki G względem podłoża B równym zeru (czyli U_GS=0), prąd drenu I_D w obwodzie dren-źródło nie płynie, gdyż złącze p-n między drenem a źródłem jest spolaryzowane zaporowo. Po doprowadzeniu do bramki napięcia dodatniego względem podłoża (czyli U_GS>0), dodatni potencjał bramki poprzez bardzo cienką warstwę SiO₂ przyciąga swobodne nośniki ujemne z obszaru n+ źródła. Przy odpowiednio dużym napięciu U_GS (większym od pewnego napięcia progowego U_T), między źródłem a drenem układa się tak dużo nośników ujemnych, że powstaje warstwa inwersyjna n, tworząca kanał umożliwiający przepływ prądu I_D.

Ze wzgęlu na różnice w sposobie uzyskiwania właściwości sterujących kanału wyróżnia się: ▪ tranzystory normalnie wyłączone (inaczej z kanałem wzbogacanym); ▪ tranzystory normalnie włączone (inaczej z kanałem zubożanym).

ZŁĄCZE P-N: obszar półprzewodnika monokrystalicznego utworzony przez dwie graniczące ze sobą warstwy typu p i typu n. Potencjał dyfuzyjny: następuje po zetknięciu półprzewodników typu n i p, wskutek dużej koncentracji ruchomych nośników ładunku (duże gradienty koncentracji). Polaryzacja złącza: (A) w kier. przewodzenia - ma miejsce wtedy, gdy zewnętrzne źródło napięcia jest połączone biegunem „+” z obszarem typu p, a biegunem „-” z obszarem typu n; (B) w kierunku zaporowym - (...) biegunem „+” z obszarem typu n, a biegunem „-” z obszarem typu p.

Charakterystyka prądowo-napięc. (złącza p-n)

(... z uwzględnieniem zakresu przebicia)

Przebicie złącza p-n: zjawisko gwałtownego przyrostu prądu przy polaryzacji w kierunku zaporowym → przekroczenie napięcia przebicia. ▪ Przebicie Zenera - występuje w złączach silnie domieszkowanych, gdy warstwa zaporowa jest cienka; zj. Zenera charakteryzuje mała wartość napięcia przebicia (U<5V); ▪ Lawinowa jonizacja zaporowa - polega na rozerwaniu wiązań w sieci krystalicznej na skutek dostarczania energii przez swobodny nośnik ładunku rozpędzony w silnym polu elektrycznym (U>7V).

DIODA: element dwukońcówkowy składający się z bryły półprzewodnika mającego złącze p-n, zamknięty w obudowie z wyprowadzeniami elektrycznymi osobno z obszaru typu p i typu n.

Dioda Zenera:
dioda półprzewodnikowa, której typowy obszar pracy znajduje się na odcinku charakterystyki prądowo-napięciowej, w którym następuje gwałtowny wzrost prądu przy polaryzacji zaporowej. Zwana jest także diodą stabilizacyjną. Przeznaczona jest do stosowania w układach stabilizacji napięć, układach ograniczników lub jako źródło napięć odniesienia. Charakterystyka prąd-nap:

Fotodioda:
dioda półprzew., której parametry elektryczne zależą od padającego promieniowania świetlnego. W fotodiodach kwanty energii promienistej, powodując jonizację atomów złącza p-n, zwiększają liczbę par elektron-dziura. Elektrony swobodne są przyciągane przez dodatni ładunek przestrzenny na granicy obszaru typu n, dziury zaś wędrują do obszaru typu p. Prąd przewodzenia złącza p-n zwiększa się wraz ze wzrostem strumienia świetlnego. Zewnętrzna bateria zasilająca wytwarza w złączu polaryzację zaporową.

Dioda elektroluminescencyjna (LED):
dioda zaliczana do półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych, emitujących promieniowanie w zakresie światła widzialnego, podczerwieni i ultrafioletu.

---