Электроника. 1. Полупроводниковые диоды 4 Полевой транзистор 13
 Скачать 2.05 Mb.
|
|
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 3 1. Полупроводниковые диоды 4 2. Полевой транзистор 13 3. Биполярный транзистор 18 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23 Список использованных источников 24 ВВЕДЕНИЕ Электронными приборами называются приборы, принцип действия которых основан на явлении управления потоком заряженных частиц в полупроводнике (ПП), в вакууме или инертном газе. В зависимости от среды, в которой происходит управление потоком заряженных частиц, различают следующие разновидности электронных приборов (ЭП): полупроводниковые; электровакуумные; газоразрядные. Полупроводниковыми приборами называют электропреобразовательные приборы, принцип действия которых основан на явлениях, происходящих в самом полупроводнике или на границе контакта двух полупроводников с различными типами проводимости. В ходе выполнения курсового проекта рассмотрим полупроводниковые диоды, полевые транзисторы и биполярные транзисторы. Полупроводниковым диодом называют полупроводниковый прибор с одним p-n переходом и двумя выводами. По функциональному назначению различают: выпрямительные диоды, стабилитроны, импульсные и высокочастотные диоды, туннельные диоды, варикапы. Биполярный транзистор – полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими переходами и тремя или более выводами. Существуют два типа транзисторов: полевой и биполярный. Биполярным называется из-за того, что используются носители зарядов двух типов (дырки и электроны). Полевой транзистор – это электропреобразовательный прибор, в котором ток через нагрузку усиливается электрическим полем, возникающим при прохождении тока между затвором и истоком; и который предназначен для усиления мощности электрических колебаний. Цель выполнения курсовой работы: закрепить теоретический материал курса, посвященный свойствам полупроводниковых диодов, полевых и биполярных транзисторов. Основное внимание уделено определению параметров приборов по статическим характеристикам и их зависимостей от режима работы. 1. Полупроводниковые диоды 1. Цепь состоит из последовательно включенного диода Д302 и резистора 1 Ом (рисунок 1.1).  Рисунок 1.1 На ВАХ диода (рисунок 1.2) построить нагрузочную прямую при Е = 1,2 В. Определить ток, падение напряжения на диоде и на нагрузке Т = 20 0С. Исходные данные: R = 1 Ом; E = 1,2 В; T = 20 0C. Характеристики диода Д302: Iпрмакс= 1,0 А Uпрмакс = 0,5 В Iобрмакс= 0,8 мА Uобрмакс= 200 В Uвх = UD + UR Uвх= E тогда E = UD + UR и UR= E – UD Нагрузочная прямая описывается уравнением  и строиться по двум точкам: по оси у, UD= 0 значит:  по оси х, I=0 UD = E = 0,5 B. По ВАХ диода определяем: Iпрмакс= 1,0 А, напряжение на диоде составляет Uд = 0,1 B, тогда: UR = Е – Uд = 1,2 – 0,1 = 1,1 B.  Рисунок 1.2 Ответ: I = 1 А, UD = 0,1 В, UR = 1,2 В. 2. Для двух точек (одна на прямой ветви ВАХ в рабочей точке, другая на обратной U=0,5Umax) определить дифференциальное сопротивление и сопротивление по постоянному току. Сравнить, сделать выводы. Т = 20 0С. 1случай: I = 0,5∙Imax= 0,5∙Iпрмакс = 0,5∙1,2 А = 0,6 А Тогда по графику U = 0,4 В:  Тогда найдем по графику ∆U и ∆I: I1 = 0,4 А, U1 = 0,34 В; I2 = 0,8 А U2 = 0,45 В.  2 случай: U = 0,5∙Umax= 0,5∙Uобрмакс= 0,5∙200 В = 100 В. Согласно графику, I = 500 мкА.  Найдем по графику ∆U и ∆I: U1 = 150 В, I1= 510 мкА U2= 50 В, I2 = 492 мкА Тогда:   Рисунок 1.3 Вывод: На прямом участке вольт-амперной характеристики сопротивление по постоянному току больше, чем дифференциальное сопротивление, а на обратном участке – меньше. R обратно пропорциональна I, а значит, чем меньше I, тем больше R, а следовательно R на обратной ветви больше, чем R на прямой так как Iобр < Iпр. При прямом включение диода сопротивление как по постоянному току, так и попеременному мало, а при обратном включение велико. 3. Для тех же значений тока и напряжения определить дифференциальное сопротивление и сопротивление по постоянному току диода при повышенной температуре. Сравнить со значениями предыдущего пункта, сделать выводы.  Рисунок 1.4 1случай: I = 0,5∙Imax= 0,5∙Iпрмакс = 0,5∙1,2 А = 0,6 А Тогда по графику U = 0,32 В:  Тогда найдем по графику ∆U и ∆I: I1 = 0,4 А, U1 = 0,27 В; I2 = 0,8 А U2 = 0,35 В.  2 случай: U = 0,5∙Umax= 0,5∙Uобрмакс= 0,5∙200 В = 100 В. Согласно графику, I = 1200 мкА.  Найдем по графику ∆U и ∆I: U1 = 150 В, I1= 1350 мкА U2= 50 В, I2 = 990 мкА Тогда:  Вывод:При увеличении температуры уменьшаются величины сопротивлений. Это связано с тем, что при увеличении температуры растет число сводных носителей заряда, проводимость полупроводников растет, сопротивление уменьшается. 4. Привести схему и пользуясь справочником выбрать диоды для однополупериодного выпрямителя напряжением 1000 В, выпрямленным током 10 мА. Дано: U = 1000 В; Iвыпр = 300 мА. Для выбора диода обычно руководствуются следующими правилами а) IПР МАКС диода ≥ среднего выпрямленного тока б) UОБР МАКС диода должно быть не менее, чем в 2 раза > среднего выпрямленного напряжения. Выбираем по справочнику диод КД241А. Диод КД241А – диффузионный, кремниевый. Имеет гибкие выводы и металлостеклянный корпус. Габаритный чертеж диода:  Рисунок 1.5 Предельные характеристики диода КД241А: - обратное напряжение: 1500 В; - прямой (средний) ток: 2 А.  Рисунок 1.6 5. Привести схему, пользуясь справочником выбрать стабилитрон и рассчитать гасящее сопротивление для простейшего стабилизатора напряжения при условиях: напряжение стабилизации 11 В, среднее напряжение на входе стабилизатора ЕВХ = 17 В, ток нагрузки 20 мА. Проверить, будет ли стабилизация, если Евх будет изменяться от 15 до 19 В. Если условие не выполняется – подобрать новый стабилитрон и повторно провести проверку. Дано: Uст = 11 B Евх = 17 В Евх.min = 15 B Iн = 20 мА. Евх.max = 19 B. По справочнику выбираем стабилитрон 2С502Г со следующими техническими характеристиками: UCT = 22 B, Imin = 10 мА, Imax = 160 мА. Решение:  Проверка правильности выбора стабилитрона:      Рисунок 1.7 Вывод: стабилитрон – 2С502Г, выбран правильно. 6. Определить напряжение на варикапе, при котором контур будет настроен на частоту 10,2 МГц. Индуктивность 10 мкГн.  Рисунок 1.8 Привести характеристику варикапа (рисунок 1.9) и указать напряжение, при котором выполняется условие задачи: UОБР.НОМ = 4 В, СН = 30 пФ. Исходные данные:   UОБР.НОМ = 4 В СН = 30 пФ = 30∙10-12 Ф R = 100 кОм = 105 Ом C = 10 нф = 10-8 Ф Решение: Важнейшими параметрами варикапа является: Сном – емкость диода при заданном обратном напряжении (обычно Uобр = 4В) Uобр макс – максимально допустимое обратное напряжение.   Эквивалетная емкость:   Тогда:      Определим емкость варикапа:  Определим необходимые соотношения:  Согласно графика,  Рисунок 1.9 Для соотношения  соотношение напряжений  .Определим напряжение на варикапе:  2. Полевой транзистор По выходным характеристикам полевого транзистора (приложение 2) построить передаточную характеристику при указанном напряжении стока. Определить дифференциальные параметры S, Ri, полевого транзистора и построить их зависимости от напряжения на затворе. Сделать выводы о зависимости параметров транзистора от режима работы. Исходные данные для задачи берем из таблицы П.1.4. Таблица 2.1 – исходные данные
На рисунке 2.1 представлены выходные характеристики полевого транзистора с n-каналом типа КП307В.  Рисунок 2.1 – выходные характеристики полевого транзистора с n-каналом типа КП307В Построим характеристику прямой передачи и определим параметры при напряжении сток-исток UСИ0 = 8 В. Напряжение отсечки транзистора UЗИ0=-3,2 В. Для построения характеристики прямой передачи определяем ток стока при UЗИ = 0 В; -0,4 B, -0,8 B, -1,2 B, -1,6 B, -2,0 B, -2,4 B. Результаты заносим в таблицу 2.2.  Рисунок 2.2 Для построения характеристики прямой передачи определяем ток стока при UЗИ=0 В; 0,5 В и т.д. (рисунок 13). Результаты заносим в таблицу 2.2. Таблица 2.2
По полученным результатам строим характеристику прямой передачи (рисунок 2.3). По выходным характеристикам определяем крутизну в 6-8 точках и строим её зависимость от напряжения на затворе. В нашем примере сначала находим крутизну при напряжении на затворе UЗИ = - 2,2 В. Для этого, относительно этой точки берем приращение напряжения UЗИ = 0,2 В. Определяем токи при напряжениях UЗИ = -2,4 В и UЗИ = -2,2 В. Они равны соответственно IС = 1,32 мА и IС = 0,64 мА (рисунок 2.3).  Рисунок 2.3 Вычисляем крутизну характеристики:  Аналогично проделываем эту операцию для различных значений UЗИ. Определяем приращение тока стока ΔIC и результаты вычислений заносим в таблицу 2.3. Таблица 2.3
Строим график S = f(UЗИ) (рисунок 2.5). Для определения выходного сопротивления Ri задаемся приращением UСИ = 1 В относительно напряжения UСИ = 8 В (рисунок 2.4).  Рисунок 2.4 Определяем приращение тока IC стока при напряжении на затворе -0,2 В, вычисляем значение  . Результат заносим в таблицу 2.4.  Аналогично вычисляем значение Ri для других значений UЗИ. Строим зависимость Ri=f(UЗИ) (рисунок 2.5). Таблица 2.4
В заключении определяем коэффициент усиления транзистора = S Ri. Результат расчетов заносим в таблицу 2.5 и построим зависимость =f(UЗИ) (рисунок 2.5). Таблица 2.5
 Рисунок 2.5 3. Биполярный транзистор Используя характеристики заданного биполярного транзистора определить h-параметры биполярного транзистора и построить зависимости этих параметров от тока базы. Сделать выводы о зависимости параметров транзистора от режима работы. Исходные данные представим в таблице 3.1 Таблица 3.1
Таким образом, определим h-параметры для транзистора КТ903А при напряжении на коллекторе UКЭ = 25 В.  Рисунок 3.1 – семейство выходных статических характеристик транзистора КТ903А  Рисунок 3.2 – семейство входных статических характеристик транзистора КТ903А Определим параметр h11Э в точке А при токе базы IБ0 = 12,5 мА. На входных характеристиках (рисунок 3.3) при напряжении на коллекторе UКЭ = 25 В задаемся приращением тока базы IБ = 2,5 мА = 5 мА относительно рабочей точки IБ0 = 12,5 мА. Соответствующее приращение напряжения база-эмиттер составит UБЭ=0,032 В.  Рисунок 3.3 Тогда входное сопротивление  Результат расчёта заносим в таблицу 3.2. Аналогично находим h11Э в других точках при токах базы IБ0 = 2,5 мА, 7,5 мА, 10 мА, 17,5 мА и 20 мА. Результаты расчёта представим в таблицу 3.2. Таблица 3.2 – результаты расчета параметра h11Э при различных значениях тока базы IБ0
Построим зависимость h11Э=f(IБ), ΔIБ = const. Рисунок зависимости представлен на рисунке 3.6. По выходным характеристикам находим параметры h21Э и h22Э при том же токе базы и заданном напряжении UКЭ0 = 25 В. Для определения h21Э задаемся приращением тока базы относительно рабочей точки также IБ = 2,5 = 5 мА и соответствующее приращение тока коллектора составляет IК = 0,157 А.  Рисунок 3.4Коэффициент передачи тока базы составит  Аналогично находим h21Э в других точках при токах базы IБ0 = 2,5 мА, 7,5 мА, 10 мА, 17,5 мА и 20 мА. Результаты расчёта представим в таблицу 3.3. Таблица 3.3 – результаты расчета параметра h21Э при различных значениях тока базы IБ0
Построим зависимость h21Э=f(IБ), ΔIБ = const. Рисунок зависимости представлен на рисунке 3.6. На рисунке 3.5 показано определение выходной проводимости h22Э. Около точки А с напряжением UКЭ = 25 В задаемся приращением напряжения коллектор-эмиттер UКЭ=5 В. Соответствующее приращение тока коллектора составляет IК=0,014 А.  Рисунок 3.5 Выходная проводимость равна:  Аналогично находим h22 в других точках при токах базы IБ0 = 2,5 мА, 7,5 мА, 10 мА, 17,5 мА и 20 мА. Результаты расчёта представим в таблицу 3.4. Таблица 3.4 – результаты расчета параметра h22Э при различных значениях тока базы IБ0
Построим зависимость h221Э=f(IБ), ΔIБ = const. Рисунок зависимости представлен на рисунке 3.6.  Рисунок 3.6 Параметр h12Э по характеристикам обычно не определяется, так как входные характеристики для рабочего режима практически сливаются, и определение параметра даёт очень большую погрешность. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Полупроводниковыми приборами называют электропреобразовательные приборы, принцип действия которых основан на явлениях, происходящих в самом полупроводнике или на границе контакта двух полупроводников с различными типами проводимости. В ходе выполнения курсового проекта сделали следующие выводы: - на прямом участке вольт-амперной характеристики сопротивление по постоянному току больше, чем дифференциальное сопротивление, а на обратном участке – меньше; - R обратно пропорциональна I, а значит, чем меньше I, тем больше R, а следовательно R на обратной ветви больше, чем R на прямой так как Iобр < Iпр.; - при прямом включение диода сопротивление как по постоянному току так и попеременному мало а при обратном включение велико; - при увеличении температуры уменьшаются величины сопротивлений. Это связано с тем, что при увеличении температуры растет число сводных носителей заряда, проводимость полупроводников растет, сопротивление уменьшается; - поскольку параметры полевых транзисторов нелинейны, значения дифференциальных параметров существенно зависят от положения выбранной рабочей точки (режима по постоянному току), т. е. значений напряжений UСИ и UЗИ. - значения h - параметров транзистора зависят от режима работы биполярного транзистора, т. е. от напряжений и токов его электродов. Список использованных источников 1. Игнатов А.Н., Фадеева Н.Е., Савиных В.Л. Классическая электроника и наноэлектроника: Учебное пособие /М.: Флинта: Наука, 2012 2. Игнатов А.Н. и др. Основы электроники: Учебное пособие / СибГУТИ. Новосибирск, 2005 г. 3. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника: Петров К.С.: СПб.: Питер, 2003. 4. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н.Д. - М.: Радио и связь, 1998. 5. Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. – М.: Энергоатомиздат, 1989. 6. Батушев В.А. Электронные приборы. – М.: Высшая школа, 1980. |
IC, мА