Задание 1 Рассчитать и построить ВАХ идеализированного кремниевого диода в пределах измерения напряжения от -5 до +0,7В при Т=300К и обратном токе насыщения, равном I0. Значения теплового потенциала при Т=300К принять равным 0,026В. Определить дифференциальное и статическое сопротивление R0 диода для заданного значения Uпр. Величины I0, Uпр для шифра 20: I0 = 1,0 нА, Uпр = 0,3 В.
Расчет ВАХ проведем в соответствии с выражением : Для прямой ветви (U> 0): Uпр, В 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 Iпр, А 0 5,85×10-9 4,58×10-8 3,2×10-7 2,2×10-6 1.5×10-5 0,1×10-3 0,7×10-3 Для обратной ветви (U< 0): Uобр, В 0 -0,05 -0,1 -0,2 -0,5 -1 Iобр, А 0 -8,5×10-10 -9,8×10-10 -1×10-9 -1×10-9 -1×10-9
Так как в масштабе U[-5;0,7] линия значения тока резко уходит вверх на довольно большие значения, уменьшим масштаб до U[-0,8;0,4] для обеспечения возможности определения дифференциального сопротивления диода в точке Uпр = 0,3 В.
Рис. 1 График построенной ВАХ диода представлен на рис.1. Для определения дифференциального сопротивления диода в заданной точке Uпр = 0,3В, выберем на ветви характеристики рабочую точку А, соответствующую данному значению прямого напряжения. Зададим приращение ∆U= 0,04 В. При этом, приращение тока будет составлять: ∆I= 0,45∙10-3А; (1) Таким образом, дифференциальное сопротивление диода равно: Ом; (2) Статическое сопротивление диода в рабочей точке А: Ом; (3) Таким образом, условие, при котором R0>rдиф выполняется.
Задание 2 Стабилитрон подключен для стабилизации напряжения параллельно резистору нагрузки RH. Параметры стабилитрона для шифра 20: Uст = 10 В, Iст.min = 1 мА, Iст.max = 20 мА. Сопротивление нагрузкиRH = 1,5 кОм. Определить сопротивление ограничивающего резистора Rогр, если входное напряжение Uвх изменяется от Uвхmin = 20 В до Uвхmax = 30 В. Определить, будет ли обеспечена стабилизация во всем диапазоне входного напряжения Uвх.
Средний ток стабилитрона равен: мА; (4) Необходимая величина входного напряжения будет равна: ; (5) Ток нагрузки: А; (6) Величина ограничивающего резистора находится из выражения: , откуда Ом; (7) Определим границы допустимого диапазона изменения входного напряжения: В; В; Таким образом, стабилизация осуществляется на всем диапазоне изменяемого входного напряжения.
Задание 3 Пользуясь справочными данными, привести семейство входных и выходных характеристик БТ с ОЭ. В качестве независимых переменных использовать входное и выходное напряжение. Тип транзистора для шифра 20: КТ603В. Пояснить поведение входных и выходных характеристик транзистора. По справочнику установить максимально допустимые параметры БТ: постоянный ток коллектора , напряжение коллектор-эмиттер , мощность, рассеиваемую коллектором транзистора . На семейство выходных характеристик нанести границы области допустимых режимов работы. Задаться положением рабочей точки и, пользуясь характеристиками, рассчитать для нее значения h-параметров БТ. На основании полученных числовых значений параметров рассчитать параметры Т-образной эквивалентной схемы транзистора и изобразить ее.
Максимально допустимые параметры биполярного транзистора КТ603В: мА; В; Вт;
Рис. 2 Из приведенных выше (рис. 2) входных характеристик транзистора видно, что при , оба перехода транзистора включаются в прямом направлении, а ток базы равен сумме базовых токов из-за одновременной инжекции дырок из эмиттера и коллектора. С ростом этот ток увеличивается, так как увеличивается инжекция в обоих переходах , соответственно растут потери на рекомбинацию, определяющие базовый ток.
Рис. 3 Крутые начальные участки выходных характеристик относятся к режиму насыщения, когда оба перехода включены в прямом направлении, а пологие участки соответствуют активному режиму. На выходных характеристиках проведем линию , для чего продлим ось координат до значения мА (точкаБ’). Точкой Б будет являться точка на характеристике при напряжении В. Данная кривая (Б’-Б, рис.3) ограничивает область работы транзистора, в которой обеспечивается безопасная его работа при отсутствии значительных искажений. Закрашенные области слева – режим насыщения, внизу – режим отсечки. Зададим рабочую точку и рассчитаем для нее h-параметры. Рабочую точку задаем на входных характеристиках транзистора на линейном их участке (точка А, рис. 3). Произведем приращения токов и напряжений и найдем параметры h11эи h12э: ; (8) (9) В точке А’, соответствующей точке А на выходных характеристиках определим параметры h21эи h22э: (10) (11) Рассчитаем параметры Т-образной эквивалентной схемы транзистора:
Задание 4 Рассчитать модуль и фазу коэффициента передачи по току БТ в схеме с ОЭ на частоте f. В качестве исходных данных использовать заданные для шифра 20 значения предельной частоты передачи по току в схеме с ОБ fh21б = 15 МГц, статический коэффициент передачи по току в схеме с ОБ α = 0,98 и частоты f = 60 кГц.
Определим статический коэффициент передачи по току для включения с ОЭ: (16) Предельная частота коэффициента передачи по току для включения с ОЭ: кГц; (17) Модуль коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ: ; (18) Фаза коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ: (19)
Задание 5 Усилительный каскад выполнен на ПТ 2П302Б в схеме с ОИ. Рабочая точка задается напряжение питания UИП и параметрами для шифра 20: RC= 0,4 кОм, UЗИ = -1,0 В. 1. Нарисовать принципиальную схему усилителя; 2. На семействе статических ВАХ транзистора построить нагрузочную прямую и определить положение рабочей точки; 3. Для найденной рабочей точки определить сопротивление резистора в цепи истока RИи малосигнальные параметры S, Ri и µ. 4. Графоаналитическим методом определить параметры режима усиления KU и Рвых при амплитуде входного сигнала Uзиm = 0,25 В.
1. Принципиальная схема усилителя представлена на рис. 5:
Рис. 5 2. Зададим напряжение питания усилителя UИП = 12 В. Тогда А; (20)
Рис. 6 Построим нагрузочную прямую через точки [IC= 27,5 мА, UИП = 0В] и [IC=0 мА, UИП = 12 В] (рис. 6). Рабочей точкой будет являться точка«О» на пересечении нагрузочной прямой и характеристики, соответствующей заданному значению В. IC0= 15мА; UСИ0 = 5,2 В; 3. Сопротивление резистора в цепи истока находим по формуле: Ом; (21) Малосигнальные параметры: ; (22) Ом; (23) ; (24) 4. Коэффициент усиления по напряжению: (25) Выходная мощность: Вт; (26)
Задание 6 Электронно-лучевая трубка с электростатическим отклонением луча имеет длину отклоняющихся пластин L1, расстояние между пластинами d, расстояние от экрана до ближайшего к нему края пластин L2. Напряжение на втором аноде равно Ua2, а постоянное напряжение между отклоняющимися пластинами равно Uоткл. Значения параметров для шифра 20: Ua2 = 2,5кВ, Uоткл = 45 В, L1 = 22 мм, L2 = 150 мм, d = 10 мм. Определить: А) Чувствительность ЭЛТ; Б) Отклонение электронного луча на экране от оси трубки; В) Угол отклонения луча в точке выхода его из поля пластин.
Полное отклонение пятна на экране: ; (27) Чувствительность ЭЛТ: ; (28) Угол отклонения луча в точке выхода его из поля пластин: ; (29)
Задание 7 Фотодиод включен последовательно с источником питания и резистором R. Обратный ток насыщения затемненного фотодиода равен I0. Фототок диода в фотогальваническом режиме при коротком замыкании перехода составляет IФ1 при потоке световой энергии Ф1; IФ2 при потоке световой энергии Ф2; IФ3= 0 при потоке световой энергии Ф3 = 0. Определить напряжение холостого хода Uхх диода для Ф1, Ф2, Ф3, а также значения Ф1 и Ф2 (лм), считая токовую чувствительность про монохроматическом световом потоке равной SI = 1,5∙10-2 мкА/лм. Рассчитать и построить семейство ВАХ идеализированного фотодиода для световых потоков Ф1, Ф2, Ф3 в диапазоне напряжений U от Uхх до -10В (считать, что ток не зависит от напряжения при запертом переходе; Т=300К). Описать принцип работы, характеристики и параметры фотодиода. Значения для 20 шифра: R = 40 кОм; I0 = 4 мкА; IФ1 = 30 мкА; IФ2 = 90 мкА.
Напряжение холостого хода фотодиода для Ф1, Ф2, Ф3: В; В; (30) В; Потоки световой энергии Ф1 и Ф2: лм; (31) лм; Построим ВАХ идеализированного фотодиода для световых потоков Ф1, Ф2, Ф3 в диапазоне напряжений U от Uхх до -10В (рис. 7): Зависимость I = f(U): ; (32)
Рис. 7 Из данных характеристик видим, что при увеличении светового потока растет обратная проводимость фотодиода. Прямая проводимость не зависит от светового потока.
Список использованной литературы:
1. Транзисторы для аппаратуры широкого применения (справочник); под ред. Б.Л. Перельмана – М: Радио и связь, 1981. 2. Булычев А.Л., Лямин П.М., Тулинов Е.С. Электронные приборы. – Мн. Выш. Шк. 1999 3. Ткаченко Ф.А. Техническая электроника: Уч. пособие, Мн.: Дизайн ПРО, 2000. 4. Электронные приборы / Под ред. Г.Г. Шишкина. – М.: Энергоатомиздат, 1989. 5. Терехов В.А. Задачник по электронным приборам. – СПб.: Лань, 2003.
