Физические процессы в диодах, стабилитронах и транзисторах

РОССИЙСКАЯ  ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО  ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

ГОУ ВПО  «Дальневосточный государственный  университет

путей сообщения» 
 
 
 
 
 

Кафедра: «Телекоммуникации» 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 

«Физические процессы в диодах, стабилитронах и транзисторах» 
 
 

                                                                               

05 
 

                                                                                                                           

                                                                                       
 
 

                                                                       
 
 
 
 
 
 
 
 

Хабаровск

2007

Содержание:

Введение

   Изучение  курса «Физические основы электроники» является важным при подготовке специалистов в области автоматики, телемеханики, связи на железнодорожном транспорте.

   Цель  курсовой работы – связать изучение физических процессов в полупроводниковых  приборах с практическими расчётами  простейших электронных схем.

     Объём  курсовой работы представляет  набор задач, в которых охвачены физические процессы в наиболее широко распространенных приборах – диодах и транзисторах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задача 1.5.

Диод имеет  обратный ток насыщения I_o =10 мкА, напряжение, приложенное к диоду, равно 0,5 В. Пользуясь упрощенным уравнением вольтамперной характеристики диода, найти отношение прямого тока к обратному при Т = 300 k.   

Решение: 
 

                       

 

 

 

Ответ:

 
 

Задача 1.39.

По исходным данным определить ток в цепи, состоящей из источника напряжения E, резистора R и диода. Рабочая точка находится на прямой ветви диода. Привести схему. 
 

Таблица 1                                                                      Таблица 2

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Схема:

 
 
 

Решение: 

Задача решается графо-аналитическим методом.

1. Используя значение I0 и задаваясь напряжением диода (U = 0,05В; 0,1В; 0,15В, 0,2В, 0,25В, 0,3В) построить вольтамперную характеристику в соответствии с уравнением:

 

                         (1)                       

где

е = 1,6*10^-19 Кл - заряд электрона;

k = 1,38*10-23 Дж/К-  постоянная Больцмана.

2. На том же  графике построить нагрузочную  прямую, используя уравнение:

 
 

Точка пересечения  нагрузочной прямой с вольтамперной характеристикой и есть решение задачи. Нагрузочная прямая строится по двум точкам: если I=0, то U=E, если U=0, то I=E/R.  

Подставляя исходные значения в (1), получим прямую ветвь ВАХ диода:    

                                                                                                                    

Ответ: I = 0,6 [А]

Задача  2.1.32.

Транзистор включен в усилительный каскад по схеме с общим эмиттером. Каскад питается от одного источника напряжения Е. Для подачи смещения в цепи базы используется гасящий резистор. Генератор входного сигнала подключен к базе транзистора через разделительный конденсатор. По исходным данным требуется:

   а) построить линию Р_ктах ;

   б)  по выходным характеристикам найти: постоянную составляющую тока коллектора /_ко ; постоянную составляющую напряжения коллектор-эмиттер U_кэ0, амплитуду переменной составляющей тока коллектора I_mк; амплитуду выходного напряжения U_тК=U_ткэ ; коэффициент усиления по току K_i; выходную мощность Р_ВЫХ ; мощность, рассеиваемую на нагрузке постоянной составляющей тока коллектора Р_к0, полную потребляемую мощность в коллекторной цепи Р_о; КПД коллекторной цепи . Проверить, не превышает ли мощность, выделяемая на коллекторе в режиме покоя Р_к0, максимально допустимую мощность Р_Kmax ;

   в) с помощью входной характеристики определить: напряжение смещения U_БЭ0 ; амплитуду входного сигнала U_тБЭ, входную мощность Р_ВХ, коэффициент усиления по напряжению К_U и по мощности К_P , входное сопротивление каскада R_ВХ; сопротивление резистора R_Б и ёмкость разделительного конденсатора С_Р . Диапазон усиливаемых колебаний 100 Гц - 100 кГц. Начертить схему усилительного каскада. 

   Таблица 1                                                              Таблица 2

     
     
 
 

   Решение.  

    На семействе выходных характеристик строим линию максимально допустимой мощности, используя уравнение:

   

 

   

   Затем, используя уравнение линии нагрузки I_к=(Е+U_КЭ)/R_н, на семействе выходных характеристик наносим линию нагрузки: при Iк=0 U_КЭ=-E=-9  B - первая точка линии нагрузки; при U_КЭ=0 I_к=E/R_н=5/300=30мА - вторая точка линии нагрузки.

   Точка пересечения линии нагрузки с характеристикой, соответствующей постоянной составляющей тока базы I_Б0 =  400 мкА, определит рабочую точку. Ей будет соответствовать постоянная составляющая тока коллектора I_K0 = 7,5мА и постоянная составляющая напряжения U_КЭ0 = -6,5 В .

   Амплитуду переменной составляющей тока коллектора определим как среднюю: 

     [мА]

   Амплитуду переменного напряжения на нагрузке: 

     [В] 

   Коэффициент усиления по току:

     

   Выходная  мощность: 

     [мВт] 

   Полная  потребляемая мощность в коллекторной цепи: 

     [мВт] 

   КПД коллекторной цепи:

   

   Мощность, рассеиваемая на коллекторе постоянной составляющей коллекторного тока:

     [мВт]

   т.е. режим  работы допустим.

   Далее расчет ведем по семейству входных  характеристик. Поскольку у транзисторов входные характеристики расположены близко друг к другу, то в качестве рабочей входной характеристики можно принять одну из статических характеристик, соответствующую активному режиму, например характеристику, снятую при U_KЭ=5B. 
 
 

   

 

   Из  графика находим:

   |U_БЭ0| = 260 [мВ] 0,26 [В] 

   Амплитуда входного напряжения:

     [мВ]

   Модуль  коэффициента усиления по напряжению:

   

   Коэффициент усиления по мощности: 

   K_P = |K_IK_U| = 17,5 ^. 33 = 577,5 

   Входная мощность: 

   P_ВХ = 0,5^. I_mБ ^. U_mБ = 0,5 ^. 0,2^. 10^-3. 31,5^. 10^-3 = 3,15 [мкВт] 

   Входное сопротивление:

     [Ом]

   Сопротивление резистора:

    [кОм]

   Ёмкость конденсатора C_P определяется из условия:

    ,

   где - низшая рабочая частота.

   И тогда:

     [мкФ]

Задача 2.1.33.

В рабочей точке  усилителя, рассмотренного в предыдущей задаче, найти параметры h_11Э, h_21Э, h_22Э, R_ВЫХ=1/h_22Э, и аналитически рассчитать К_I, К_U, К_P, R_ВХ .