Элементная база радиоэлектроники. Классификация

Элементная база радиоэлектроники. Классификация

По функциональному признаку РЭС делят на:

1.Антенно-фидерные устройства, 2.Передающие устройства, 3.Приёмные устройства 4. Устройства обработки информации

Для РЭС характерны следующие виды преобразования сигналов:

1.Излучение и приём сигнала на антенну. 2.Усиление сигнала. 3.Фильтрация сигнала. 4.Генерация колебаний разной формы. 5.Модуляция и демодуляция. 6.Запоминание информации7.Коммутация и соединение цепей.

В состав элементной базы РЭС входят:

1.Активные дискретные элементы (транзисторы, диоды и др.)

2.Пассивные дискретные (катушки индуктивности, конденсаторы, резисторы)

3.Интегральные микросхемы.

4.Устройства функциональной электроники.

Основные параметры МЛТ резисторов.

1) Номинальное сопротивление Rном, Ом

2) допустимое отклонение от номинала ±∆ R

3) Номинальная мощность рассеивания Рном, равна

4) Предельное рабочее напряжение Uпред

5) Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) характеризует относительное изменение сопротивления при изменении температуры:

6) Этот коэффициент может быть как положительным, так и отрицательным.

7) Коэффициент старения β R характеризует изменение сопротивления, которое вызывается структурными изменениями резистивного элемента за счет процессов окисления, кристаллизации и т. д:

8) ЭДС шумов резистора.

Тепловой шум характеризуется непрерывным, широким и практически равномерным спектром. Величина ЭДС тепловых шумов определяется соотношением

где К= 1, 38-10-23Дж/ К— постоянная Больцмана;

Т — абсолютная температура, К;

R — сопротивление, Ом;

∆ f— полоса частот, в которой измеряются шумы.

При комнатной температуре (T= 300 К)

9) Помимо тепловых шумов существует токовый шум, возникающий при прохождении через резистор тока. Поскольку значения тока, протекающего через резистор, зависит от значения приложенного напряжения U, то в первом приближении можно считать

где Ki — коэффициент, зависящий от конструкции резистора, свойств резистивного слоя и полосы частот.

Классификация резисторов

Резисторы дискретные элементы предназначенные для распределения электрической энергии между элементами цепи.

По назначению:

· резисторы общего назначения;

· резисторы специального назначения:

· высокоомные (сопротивления от десятка МОм до единиц ТОм, рабочие напряжения 100..400 В);

· высоковольтные (рабочие напряжения — десятки кВ);

· высокочастотные (имеют малые собственные индуктивности и ёмкости, рабочие частоты до сотен МГц);

· прецизионные и сверхпрецизионные (повышенная точность, допуск 0, 001 — 1 %).

По характеру изменения сопротивления:

· постоянные резисторы;

· переменные регулировочные резисторы;

· переменные подстроечные резисторы.

По способу защиты:

· изолированные;

· неизолированные;

· вакуумные;

· герметизированные.

По способу монтажа:

· для печатного монтажа;

· для навесного монтажа;

· для микросхем и микромодулей.

По виду вольт-амперной характеристики:

линейные резисторы;
нелинейные резисторы:

варисторы — сопротивление зависит от приложенного напряжения;
терморезисторы — сопротивление зависит от температуры;
фоторезисторы — сопротивление зависит от освещённости;
тензорезисторы — сопротивление зависит от деформации резистора;
магниторезисторы — сопротивление зависит от величины магнитного поля.

По технологии изготовления:

· Проволочные резисторы.

· Плёночные металлические резисторы.

· Металлофольговые резисторы.

· Угольные резисторы.

· Интегральный резистор.

ЦВЕТОВОЕ КОДИРОВАНИЕ МИНИАТЮРНЫХ РЕЗИСТОРОВ

Маркировочные знаки на резисторах сдвинуты к одному из выводов и располагаются слева направо.

Первые три - численная величина сопротивления в Омах, четвертое - множитель, пятое кольцо - допуск.

Мощность резистора определяется ориентировочно по его размерам.

На схемах резисторы обозначаются

Свойства

Нелинейность характеристик варисторов обусловлена локальным нагревом соприкасающихся граней многочисленных кристаллов полупроводника. При локальном повышении температуры на границах кристаллов сопротивление последних существенно снижается, что приводит к уменьшению общего сопротивления варисторов.

Согласующие

Импульсные

По числу фаз трансформаторы делятся на однофазные, двухфазные, трехфазные и многофазные.

Индуктивность

Типичные значения индуктивностей катушек от десятых долей мкГн до десятков Гн.

Индуктивность катушки, намотанной на тороидальном сердечнике:

где — магнитная постоянная; — относительная магнитная проницаемость материала сердечника; — площадь сечения сердечника; — длина средней линии сердечника; — число витков

При последовательном соединении катушек общая индуктивность равна сумме индуктивностей всех соединённых катушек:

При параллельном соединении катушек общая индуктивность равна:

Добротность

Добротность равна

Иногда потери в катушке характеризуют тангенсом угла потерь (величина, обратная добротности)

Маркировка

Первый элемент- материал

Второй элемент - обозначает подкласс (или группу)

Третий элемент - назначение или принцип действия

Четвертый элемент - порядковый номер разработки.

Пятый элемент - буква - определяет классификацию (разбраковку по параметрам) приборов, изготовленных по единой технологии

Графические изображения диодов.

- выпрямительный диод, импульсный и универсальный диод - Д;

- туннельный диод – И;

- односторонний стабилитрон - С;

- варикап - В;

Классификация транзисторов

1. По основному полупроводниковому материалу: на основе кремния, германия, арсенида галлия.

2. По структуре:

3. По мощности:

· маломощные транзисторы до 100 мВт

· транзисторы средней мощности от 0, 1 до 1 Вт

· мощные транзисторы (больше 1 Вт).

4. По частоте: низкочастотные, средней частоты, высокочастотные.

УГО

Маркировка:

КТ315А

К-материал; Т-тип; 3-характеристика(По мощности и частоте); 15-номер конструкторской разработки; А-группа по параметрам

Фотодиод.

Фотодиод — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе.

При воздействии квантов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. Ток фотодиода определяется током неосновных носителей — дрейфовым током.

Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода Cp-n

Фотодиод может работать в двух режимах:

фотогальванический — без внешнего напряжения(а)

фотодиодный — с внешним обратным напряжением(б)

При этом выражение для тока фотодиода в случае a): I_ФД=U∙ R_Н;

и в случае б): I_ФД=(E+U)/R_Н

Для фотодиода присущи следующие основные характеристики:

1. Вольт-амперная характеристика.

2. Энергетическая (световая) характеристика. По световой характеристике определяется интегральная чувствительность фотодиода: K=I_Ф/Ф

3. Спектральная характеристика

Фоторезистор

Фоторезистор – это полупроводниковый резистор сопротивление, которого изменяется под действием оптического излучения. Включается только с источником питания.

Обозначение

Основные параметры:

1) R_т темновое сопротивление фоторезистора без освещения;

2) I_т темновой ток I_т=E/R_т+R_н

3) R_с при облучении фоторезистора получается световое сопротивление

4) I_c световой ток I_c=E/R_c+R_н

5) I_ф фото ток I_ф=I_c+I_т

6) P_max рассеиваемая мощность

7) Интегральная чувствительность I_ф/ Ф*U_ф

8) K_удудельная чувствительность K_уд = I_ф /Ф*U_max

Основные характеристики

ВАХ Световая характеристика

Спектральная характеристика

Лазеры

Лазеры – генераторы когерентного излучения, основанные на использовании вынужденного излучения.

Классификация:

По материалу

1) твердотельные: высокая мощность излучения, КПД не более 30%, высокая потребляемая мощность, невысокая когерентность.

2 ) полупроводниковые: малые размеры, КПД 46%, высокая мощность излучения, большая потребляемая мощность.

3) Газовые (на основе инертных газов): высокая когерентность, большие размеры, невысокая мощность излучения, низкий КПД 12-20%

4) Жидкостные (активной средой является жидкость): возможность циркуляции жидкости с целью её охлаждения. Это позволяет получить большие энергии и мощности излучения в импульсном и непрерывном режимах. Генерируют излучение с узким спектром частот

По режиму работы:

1) Импульсные

2) Постоянные

3) Смешанные

Основные параметры:

1) Частота лазерного излучения

2) Ширина спектра лазерного излучения

3) Потребляемая мощность и мощность излучения

4) Эффективная температура

5) КПД

6) Расходимость лазерного луча

Элементы индикации: ЖКИ

Жидкие кристаллы - являются органическими матералами, представляющие промежуточную фазу между твёрдой и изотропной жидкими фазами.

В твёрдокристаллической связи они обладают текучастьюи способностью принимать форму сосуда подобно обычным жидкостям, но малекулы ЖК взамодействуют между собой составляющие упорядоченое состояние.

Структуры жидких кристаллов: а) сметическая; б) нематическая

Структура ЖК индикатора:

1 – выводы; 2 – полимерная прокладка; 3 – стеклянные пластины; 4 – прозрачные электроды; 5 – жидкокресталлическое вещество.

Принцип работы: Существуют два принципа (эффекта) работы жидкокристаллических индикаторов.

Парамектры: яркость, угол обзора, цвет свечения, рабочее напряжение.

Динамического рассеяния - в том, что при приложении электрического поля к тонкому слою жидкокристаллического вещества, заключенному между двумя стеклянными пластинками, происходит разрушение упорядоченной структуры жидких кристаллов, что вызывает диффузное рассеяние света в этой области;

На основе твис-эффекта - при приложении электрического поля все молекулы жидких кристаллов ориентируются вдоль поля и эффект вращения плоскости поляризации исчезает.Если возбуждается не весь слой жидких кристаллов, а определенные участки в виде символа или цифры, то изображение данного символа (цифры) будет темным в проходящем свете по сравнению с невозбужденной областью (фоном).

Достоинтва: малые размеры; высокая яркость; возможность получения разных цветов, низкое рабочее напряжение, простота конструкции, малое энергопотребление.
Недостатки: рабочая температура от -30 до 30 градусов С; узкй угол обзора; не работают при переменном напряжении; значительная инерционность.

Фильтры на ПАВ

Типичное ПАВ устройство, в основе которого применяется встречно-гребенчатый преобразователь, используемое в качестве полосового фильтра. Поверхностная волна генерируется через источник переменного напряжения через проводники, изготовленные печатным методом. При этом электрическая энергия преобразуется в механическую. Двигаясь по поверхности механическая высокочастотная волна меняется. С другой стороны приёмные дорожки снимают сигнал, при этом происходит обратное преобразование механической энергии в переменный электрический ток, через нагрузочный резистор.

Принцип действия ФПАВ основан на генерировании и распространении и приеме ПАВ в звукопроводе с преобразователями и отражателями, размеры и геометрия которых подобраны так, чтобы достигалась необходимая частотная характеристика.

Для возбуждения и приема ПАВ обычно используются встречно-штыревые преобразователи, которые представляют собой периодическую структуру металлических электродов, нанесенных на пьезоэлектрический кристалл. В качестве звукопроводов применяют пьезоэлектрические монокристаллы кварца, ниобата лития, германата висмута и др.

Фильтры на ПАВ отличаются простотой устройства, технологичностью, воспроизводимостью характеристик, возможностью массового производства. Двумерный характер ПАВ позволяет создавать Ф с довольно сложными частотными характеристиками. Типичные внутренние потери в пределах полосы пропускания для фильтров на ПАВ - дБ и доли дБ, фазовые ошибки - несколько градусов, а подавление сигнала вне полосы и паразитного сигнала составляет около 60 дБ.

Параметры:

· Верхняя fв и нижняя fн частота

· Частота среза или средняя частота f₀

· Полоса частот дf=fв-fн

· Коэффициент усиления на f₀(K₀)

· Коэффициент усиления в пределах дf (Kп) Kп= K₀-K_д

· Кд коэффициент усиления на краю полосы частот

· Порядок фильтра (количество звеньев из которых состоит данный фильтр)

29. Магниторезистор - это электронный компонент, действие которого основано на изменении электрического сопротивления полупроводника (или металла) при воздействии на него магнитного поля.

Выделяются две большие группы магниторезисторов, которые условно можно разделить на «монолитные» и «пленочные».

«Монолитные» магниторезисторы. Принцип действия монолитных магниторезисторов основан на эффекте Гаусса, который характеризуется возрастанием сопротивления проводника (или полупроводника) при помещении его в магнитное поле.

Магниторезистор представляет собой подложку с размещенным на ней магниточувствительным элементом (МЧЭ). Подложка обеспечивает механическую прочность прибора. Элемент приклеен к подложке и защищен снаружи слоем лака. МЧЭ может размещаться в оригинальном или стандартном корпусе и снабжаться ферритовым концентратором магнитного поля или «смещающим» постоянным микромагнитом.

«Монолитные» магниточувствительные элементы изготавливаются из полупроводниковых материалов, обладающих высокой подвижностью носителей заряда. К таким материалам относятся антимонид индия (InSb) и его соединения арсенид индия (InAs) и др.

В зависимости от назначения прибора МЧЭ могут иметь различную форму. Наиболее известны МЧЭ прямоугольной формы и имеющие вид меандра

ПАРАМЕТРЫ

-Основными характеристиками магниторезисторов являются начальное
сопротивление R0, которое лежит в пределах от долей ома до десятков килоом, и магниторезистивная чувствительность SB=dR/dB.

Обычно для характеристики магниторезистивных преобразователей используют зависимости ∆ RB/R0=F(B), где ∆ RB=RB-R0.

-ТКС

-рабочее напряжение

- максимально допустимая температура прибора и температура окружающей среды;

-значение мощности, которую может рассеять магниторезистор Рмакс;

- значение предельно допустимого тока Iмакс;

Применение. Магниторезисторы применяются в качестве чувствительных элементов в функционально-ориентированных магнитных датчиках. Их используют в бесконтактной клавиатуре ПЭВМ, бесконтактных переменных резисторах, вентильных электродвигателях, электронных.

Хемотронный резистор

1)электролит; 2) электрод(медь); 3, 5, 7) выводы; 4) стеклянный корпус; 6) электропроводящая подложка.

Входные сигналы подаются на электропроводящую [6] и вывод [2].

В зависимости от полярности входных сигналов медь будет либо гальванически осаждаться или анодно растворяться на подложке [6], за счет этого будет изменяться сопротивление между выводами [5] и [7].

Достоинства:

+ Сопротивление изменяется от 0 до 1000 Ом;

+ Токи управления не превышают 1 мА;

+ Диапазон рабочих температур от -15 до 100°;

+ Потребляемая мощность 10^-3 – 10^-6Вт.

Недостатки:

- Маленький срок службы;

- Невысокая надежность засчет стеклянного корпуса;

- Нельзя использовать на ВЧ.

Хемотронные резисторы используются в автоматике в качестве счетчика импульсов, реле времени и для измерения токов.

Понятие криоэлектроника

Криоэлектроника – криогенная электроника, которая занимается изучением взаимодействия электромагнитного поля с электронами в твердых телах при криогенных температурах (ниже 120 К).

Криотрон – миниатюрный электронный переключательный прибор, действие которого основано на явлении сверхпроводимости, изменяющий свое состояние скачком под действием внешнего магнитного поля.

Проволочный.

Принцип работы:

В отсутствии магнитного поля по свинцовой проволоке протекает ток большой величины, при подаче на ниобиевую обмотку тока, в ее витках создается магнитное поле.

При достижении критической величины магнитного поля явление сверхпроводимости исчезает, и ток свинцовой проволоки уменьшается, что соответствует размыканию цепи.

Пленочный

1- Металлический электрод на который подается управляющий ток;

2- Слой диэлектрика;

3- Металлический электрод;

4- Диэлектрическое основание;

5- 6 – подложка.