Электронные приборы

Задание №1.Рассчитать и построить вольт-амперную характеристику идеализированного кремниевого диода в пределах изменения напряжения от – 5 до + 0,7 В при Т=300 К и обратном токе насыщения, равном 2.5 мкА. Величина константы =0,011. Определить дифференциальное сопротивление Rдиф, сопротивление диода постоянному току R0 для заданных значений Uпр.

 

Расчет вольт-амперной характеристики проведем в соответствии с уравнением:

,

 

в котором величина I0 представляет тепловой ток p-n–перехода, называемый также током насыщения. Для комнатной температуры:

Результаты расчета прямой и обратной ветви вольт-амперной характеристики представим в виде:

Построенная по этим значениям  вольт-амперная характеристика изображена в Приложении 1.

 

Для определения дифференциального  сопротивления, выбрав на прямой ветви  вольт-амперной характеристики рабочую точку А и задав небольшое приращение напряжения ΔU , получают приращение тока ΔI . Тогда

Сопротивление диода постоянному  току в рабочей точке А определяется как:

При этом всегда R0 > Rдиф .

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1

 

 

Задача  №4. Cтабилитрон 2С101В подключён для стабилизации напряжения параллельно резистору нагрузки Rн. Параметры стабилитрона Ucm=3,9 В; Icm min=1 мА; Icm max=21 мА и сопротивление нагрузки Rн=0,25 кОм. Определить величину сопротивления ограничительного резистора Rогр.

 

Пусть сопротивление нагрузки Rн =0,25 кОм; Icт max=21 мА; Icт min =1 мА; Emin =3,5 B; Emax =4,3 B; Ucт =3,9 B.

По вышеприведённым выражениям находим:

Iст =(1+21)/ 2 = 11 мA.

Средняя величина питающего  напряжения

E0 =(3,5+4,3)/ 2 = 3,9 В.

Ток нагрузки

IH = Uст / RH = 12 / 0,25 = 48 мA.

Отсюда

Rогр =(12-3,9)/(48-11)= 0,218 кОм.

Диапазон изменения напряжения будет равным

Emin = 3,9 + (1+ 48)*0,218 ≈ 14,58 В;

Emax = 3,9 + (21 + 48)*0,218 ≈ 18,94 В.

Отсюда видно, что стабилизация не получается во всём диапазоне изменения напряжения питания.

 

Задание 6. Пользуясь справочными данными, приведите семейство выходных и входных характеристик биполярного транзистора. В качестве независимых переменных возьмите входной ток и выходное напряжение. Схему включения – ОЭ и тип транзистора  КТ835А. По справочнику установите предельно допустимую мощность транзистора. На семейство выходных характеристик нанесите кривую предельно допустимой мощности. В рабочей точке по характеристикам определите значение h-параметров транзистора. На основании полученных числовых значений параметров рассчитайте параметры Т-образной эквивалентной схемы транзистора и постройте ее.

 

Для определения  h-параметров воспользуемся семействами входных и выходных характеристик для схемы с ОЭ (приложение 3). В заданной точке А на линейном участке семейства входных характеристик строим треугольник, проведя прямые параллельно оси абсцисс и ординат до пересечения со следующей характеристикой. Приращения токов и напряжений позволяют определить параметры h_11э и h_12э:

 

Через точку А', режим которой соответствует точке А, проводим вертикальную прямую до пересечения с соседней характеристикой.

Задавая приращения напряжения U_кэ, находим:

 

Т.е.

h11э = (0,9-0,7)/(0,06-0,05)=0,02/0,01=2 Ом

 

h12э=(0,9-0,7)/(15-6)=0,2/9=0,022

 

h21э=(0,53-0,5)/(0,06-0,05)=3

 

h22э=(0,53-0,5)/(15-6)=0,03/5=0,003 См

 

Строим  Т-образную схему замещения транзистора:

 

 

Задача  5. Предельная частота передачи тока эмиттера 622 кГц транзистора КТ3104Б. Fгр=200 МГц, h_21эо = 120 – 200

Модуль и фаза коэффициентов  передачи по току характеризуются выражениями:

 

 

 

φ_h21б=arctg(0.622/20)=0.031

h_21эо=0,9/(1-0,9)=9

f_h21э=200 /10=20 МГц

 

где h21б0, h21э0 – соответствующие коэффициенты передачи по току на низкой частоте; fh21б , fh21э – предельные частоты коэффициентов передачи по току для схемы с ОБ и ОЭ соответственно.

 

 

Задача 5. Усилительный каскад выполнен на полевом транзисторе типа 2П302А по схеме с общим источником и резистором нагрузки Rс=3кОм в цепи стока. Напряжение смещения на затворе создаётся за счет включения в цепь истока резистора Ru. Значения сопротивления резистора Rс, напряжения на затворе в режиме покоя Uзuo=-1,2В и ЭДС источника Eс=13,5В.

Необходимо:

а) нарисовать принципиальную схему усилителя;

б) пользуясь статическими характеристиками транзистора, определить положение рабочей точки;

в) в найденной рабочей  точке определить сопротивление  резистора в цепи истока Ru и малосигнальные параметры S, Ri и μ;

г) графоаналитическим методом  определить параметры режима усиления SP, K и P при амплитуде входного сигнала Umзu=0,25 B.

 

Положение рабочей точки  находим, проведя нагрузочную прямую через точку, соответствующую Ec на оси напряжений, и точку:

Ico=(13.5+1.2)/3=4.9мА

 

Сопротивление резистора  в цепи истока находим следующим  образом:

Ru=Uзu0/Ic0=1,2/0,0049=245Ом.

Малосигнальные параметры S, Ri и μ определяются как:

 

S=(0.005-0.004)/(-0.7+1)=0.001/0.3=0.003

Ri=(12-4.7)/(0.005-0.004)=7.3/0.001=7.3 кОм

µ=(12-4.7)/(-0.7+1)=7.3/0.3=24.3

Выходная мощность переменного сигнала находится из выражения:

 

Рвых=1/2*(12-4,7)*(0,0046-0,004)=0,003Вт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание №6. а) Нарисовать схему включения одиночного усилительного каскада с ОЭ и рассчитать режимы по постоянному току. ГТ309А, Рабочая точка: Uk=5В, Iк=

б) Провести аналитический  расчет усилительного каскада и  построить графические зависимости  входного сопротивления от сопротивления  нагрузки Rвх = f (RH ) и выходного сопротивления от сопротивления источника сигнала Rвых = f (R Г ) , если RГ и RH изменяются в пределах от 10 Ом до 10 МОм.

Статические характеристики транзисторов выбираются из справочника  и в заданной рабочей точке  определяются h-параметры.

в) Провести расчет и построить  графические зависимости коэффициентов  усиления по току, напряжению и мощности от величины сопротивления нагрузки для схем включения (п.«а»). RH изменяется от 100 Ом до 5 МОм.

г) Выполнить графоаналитический расчет усилительного каскада в  режиме класса «А» для схемы включения  с общим эмиттером. При расчетах использовать выходные статические  характеристики транзистора.

Так как каскад работает в режиме класса «А», то рабочая точка  выбирается примерно посредине нагрузочной прямой, и тогда Uип=2Uк0. Падение напряжения на резисторе Rэ рекомендуется выбирать в пределах порядка (0,05…0,1)Uип. Исходя из этого, определяем падение напряжения на резисторах Rэ и Rк. Rэ=(0,05…0,1)Uип/Iэ0 = (0,05…0,1)Uα/Iк0, где α – статический коэффициент передачи по току для схемы с общей базой ( α ≈ h 21Б ). Причем β = α /(1− α), β – статический коэффициент передачи по току в схеме с ОЭ (β ≈ h 21Э ), или α = β /(β +1) .

Определяем h параметры транзистора (согласно справочника):

h11э=400 Ом, h12э=0,006, h21э=40, h22э=0,01

Определяем входное сопротивление:

Rвх=400-40*0,006Rн

Выходное сопротивление:

Rвых=1/(0,1-(40*0,006)/(1000+40))=100 Ом

Коэффициент усиления по току находим, используя выражение

Ki=40/(1+3000*0.01)=1.3

Коэффициент усиления по напряжению:

Ku=1.3*3000/318=15

Коэффициент усиления по мощности: Kp = Ki Ku = 1.3*15 = 20 .

В результате графоаналитического  расчета необходимо определить максимальную величину неискаженного сигнала: амплитуды  тока и напряжения, мощности в нагрузке и КПД каскада.

Графоаналитический расчет проводится следующим образом. Записываются предельные параметры транзистора  Iк mах, Uкэ mах и Pк mах. На выходных характеристиках транзистора строится кривая допустимой мощности, Pк mах.

 

 

Ukm=(7+3)/2=5В

 

Ikm=10/2=5мА

 

Pkm=0.5*Ukm*Ikm=0.5*5*0.005=0.0125 Вт

 

 

Задание 7. Нарисовать схему и построить передаточную характеристику ключа Uвых = f (Uвх ) по схеме с ОЭ, если сопротивление источника сигнала Rб=h11э, сопротивление нагрузки RH=0.6 Rk = 1,202 кОм. Тип транзистора и все необходимые данные использовать из табл.1 (задача № 6).

 

Схема транзисторного ключа  приведена на рисунке. Для построения передаточной характеристики строим нагрузочную прямую на выходных статических характеристиках и пользуемся входной характеристикой для расчета уровня входного сигнала:

Величина тока

 

Uипэ=Uип*Rн/(Rk+Rн)=6*1202/(1202+721))=3,75В

 

Rэкв=(1202*721)/(1202+721)=450 Ом

 

Ikm=3,75/450=8,2мА

 

Uвых ≈ UИП экв − βIбRэкв , где β –коэффициент усиления по току. На рисунке изображена передаточная характеристика ключа Uвых = f (Uвх ) . Таким образом, на передаточных характеристиках ключа имеется область отсечки при малых входных сигналах – «О», активная область – «А» и область насыщения при больших уровнях входного напряжения – «Н». Для более точного расчета передаточной характеристики ключа необходимо учитывать зависимость β = f (Iб ).