И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

Цепи с параллельным резонансом находят широкое применение в электронике и радиоэлектронике, в частности в усилителях и генераторах.

Это цепь, состоящая из катушек индуктивности и конденсатора, соединенных последовательно. Если учесть потери в катушке и конденсаторе (сопротивление R), то такую цепь можно представить в виде, показанном на рис. 2.19, а. Полное сопротивление такой цепи зависит от частоты (рис. 2.19, б) и достигает наименьшего значения Z = R на частоте собственных колебаний, выражаемой той же формулой, что и в случае параллельного резонанса. На частотах, меньших резонансной, сопротивление пони имеет емкостной характер, на больших индуктивный. Чем больше добротность цепи, тем меньше сопротивление при резонансе и тем уже кривая изменения сопротивления.

Рис. 2.19. Цепь с последовательным резонансом (а) и зависимость полного сопротивления цепи (б) от частоты

Это график или аналитическое выражение, представляющее для данной цепи или устройства зависимость тока, напряжения или коэффициента усиления от частоты подводимого к нему синусоидального колебания. Частотная характеристика называется иногда передаточной характеристикой. Можно рассматривать график изменения фазового угла от частоты, называемой частотной характеристикой фазы или фазовой характеристикой.

Примеры частотных и фазовых характеристик для нескольких цепей показаны на рис. 2.20. Для двух первых цепей приведено изменение отношения напряжений U2/U1, выраженное и децибелах, а для третьей — изменение тока, протекающего в цепи, в функции частоты.

Рис. 2.20. Частотные и фазовые характеристики дифференцирующей (а), интегрирующей (б) цепей и цепи с параллельным резонансом (в)

Это искажения сигнала, возникающие в электронных цепях (линейных и нелинейных), связанные с тем, что синусоидальные сигналы с различными частотами передаются с разным затуханием (усилением) и разным отставанием по фазе. В результате этих искажении частотная характеристика отличается от линейной плоской характеристики так, как показано на рис. 2.20.

Это полоса частот, заключенная между граничными частотами и численно равная разности этих частот (рис. 2.21). Граничные частоты — такие частоты, на которых разность ординат на резонансной характеристике относительно отсчет нон частоты имеет точно определенное условное значение, равное, например, 3 дБ. Отсчетной частотой для данной цепи может быть средняя (центральная), резонансная или какая-нибудь другая частота. Из двух граничных частот частоту, имеющую меньшее значение, называют нижней граничной частотой, а имеющую большее значение — верхней граничной частотой.

В случае резонансной цепи ширина полосы пропускания тем меньше, чем больше добротность цепи.

Рис. 2.21. Определение ширины полосы цепи

Импульсной характеристикой цепи называется электрический сигнал, получаемый на выходе при возбуждении цепи прямоугольным импульсом большой длительности с очень коротким временем фронта. Такой импульс называется единичным скачком, а сигнал, полученный после возбуждения цепи таким скачком, называется откликом на единичный скачок или ступенчатым откликом.

Пример сигнала отклика показан на рис. 2.22.

Рис. 2.22. Пример отклика единичный скачок

Отклик по своей форме отличается от возбуждающего колебания и позволяет оценивать динамические свойства исследуемой цепи.

Если амплитуда возбуждающего сигнала такова, что нелинейные искажения не возникают (например, ограничение), то отклик связан с линейными искажениями, вносимыми цепью. В сигнале отклика можно определить время фронта (см. рис. 1.26) и размер выброса (см. рис. 1.27).

Между частотной характеристикой и откликом существует взаимосвязь, однако математически она достаточно сложна. В общем случае можно утверждать, что чем больше ширина полосы пропускания данной цепи, тем форма отклика меньше отличается от формы возбуждающего сигнала.

Диод — простой электронный прибор с двумя электродами, имеющий несимметричную характеристику выходного тока, протекающего через него и зависящего от входного напряжения (амплитуды и полярности) (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Условные графические обозначения полупроводникового (а), вакуумного (б) диодов и вольт амперная характеристика диода (в)

Такая характеристика позволяет использовать диод во многих электронных устройствах в качестве элемента, который легко пропускает ток в одном направлении и почти не пропускает в противоположном, в частности для выпрямления переменных и детектирования модулированных колебаний и т. п.

Различают полупроводниковые и ламповые диоды. Полупроводниковый диод работает на принципе использования свойств р-n перехода, возникающего при соединении полупроводников n- и р-типов.

Плоскостной диод (или иначе диод с р-n переходом) — полупроводниковый прибор, образованный р-n переходом с двумя металлическими контактами (выводами), присоединенными к р- и n-областям (рис. 3.2, а) и хорошо проводящими электрический ток (омические контакты). Контакты выводятся наружу из корпуса диода и называются анодом и катодом (рис. 3.2, б). Графическое изображение полупроводникового диода и способы обозначения катода показаны на рис. 3.2, в.

Рис. 3.2. Графические изображения для р-n перехода диода (а), его выводов (б) и других полупроводниковых диодов (в)

Полупроводники р и n, образующие переход, отличаются типом основных носителей и их концентрацией. В области p-типа акцепторные примеси увеличивают концентрацию дырок, а в области n-типа донорные примеси обеспечивают преимущественную концентрацию электронов (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Явления в р-n переходе:

а — начальное состояние p- и n- слоев; б — распределение зарядов в р-n переходе перед установлением равновесного состояния; в — распределение объемных зарядов в р-n переходе в равновесном состоянии; г — распределение потенциала; д — направления движения неосновных носителей через переход

Соединение полупроводников обоих типов с разной концентрацией вызывает протекание (диффузию) основных носителей через переход: дырки из p-области переходят в n-область, а электроны из n-области диффундируют в р-область. На большом расстоянии от перехода происходит рекомбинация (повторное соединение) дырок и электронов, в то же время вблизи перехода в полупроводнике n-типа наблюдается избыток положительных зарядов, образованных неподвижными положительными ионами доноров, а в полупроводнике р-типа — избыток отрицательных зарядов, образованных неподвижными отрицательными ионами акцепторов. В результате вблизи перехода возникает пространственный заряд ионов, создающий электрическое поле на переходе и вызывающий появление потенциального барьера, который препятствует дальнейшему протеканию основных носителей после достижения состояния равновесия. При этом состоянии n-область заряжена положительно относительно p-области. Существующий в переходе запирающий слой делает невозможным протекание основных носителей заряда, однако не препятствует протеканию через переход в противоположном направлении неосновных носителей, т. е дырок из n- в р- и электронов из р- в n-область.