Электроника. Контрольная работа 1 Вариант 1 Факультет Группа Студент Преподаватель 2022 Задача 1
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ _____________________________________________________________________________ Контрольная работа № 1 Вариант – 1 Факультет: Группа: Студент: Преподаватель: 2022 Задача № 1 На несимметричный  - переход из кремния через ограничительный резистор R подано в прямом направлении напряжение смещения  (рисунок 1). Рисунок 1. Прямое включение несимметричного - перехода:а) структурная схема; б) принципиальная схема В таблице 1 приведены следующие параметры перехода: - концентрация акцепторов; – концентрация доноров; – площадь перехода;  – диффузионная длина электронов; – диффузионная длина дырок;m – коэффициент неидеальности - перехода;  – коэффициент диффузии электронов; – коэффициент диффузии дырок.Концентрации доноров и акцепторов в - переходе связаны соотношением .Параметры кремниевого p-n-перехода
В соответствии со своим номером варианта и подварианта для двух значений температуры Т1=300 К и Т2=330 К (градусов Кельвина) требуется: 1) рассчитать ток насыщения  и контактную разность потенциалов  для двух значений температуры;2) рассчитать и построить вольт-амперную характеристику (ВАХ) - перехода при изменении напряжения на нем в пределах ;3) на графике ВАХ построить нагрузочную прямую и определить положение рабочей точки (ток через переход  и напряжение на переходе  );4) рассчитать статическое  и дифференциальное  сопротивление, а также диффузионную емкость  в рабочей точке;5) определить заряд дырок  , накопленный в базовой  - области, соответствующий току и напряжению в рабочей точке;6) вычислить мощность постоянного тока Р, рассеиваемую на - переходе.Решение К=1,38∙10-23 [Дж/К] – постоянная Больцмана. q=1,6∙10-19 [Кл] – заряд электрона. При комнатной температуре T=3000 K величина температурного потенциала  равна 0,026 В.В таблице 2 указана величина ограничительного резистора R и напряжения источника питания Е.  – температурный потенциал;    При Т1=300 К; I01 =  А.При Т2=330 К; I02 =  А.  При Т1 = 300 К; Uk1 = 0,770 В. При Т2 = 330 К; Uk2 = 0,662 В.    φт1 = 0.026 В; φт2 = 0.028 В. Построим нагрузочную прямую:   Определим положение рабочей точки ( ; ):При Т1=300 К : Up1 = 0.6773817 В; Ip1 = 2.452×10-3 А. При Т2=330 К : Up2 = 0.6125719 В; Ip1 = 3.748×10-3 А. Рассчитаем статическое и дифференциальное сопротивление в рабочей точке:R01 = UP1/IP1 = 276.216 Ом; R01 = UP2/IP2 = 163.415 Ом.  Ri1 = 0.086 Ом; Ri2 = 0.998 Ом. Время жизни носителей:  τp = 1,41 ×10-7 с; Рассчитаем диффузионную емкость в рабочей точке:  Cдиф1 = 1,328×10-8 Ф; Cдиф2 = 1,885×10-8 Ф; Определим заряд дырок , накопленный в базовой - области, соответствующий току и напряжению в рабочей точке:  Qp1 = 3,453×10-10 Кл; Qp2 = 5,278×10-10 Кл; Мощность постоянного тока Р, рассеиваемая на - переходе:P1 = UP1×IP1 = 1.661×10-3 Вт; P2 = UP2×IP2 = 2.296×10-3 Вт. Задача № 2 Кремниевый n-p-n – транзистор включен в усилительный каскад по схеме с общим эмиттером (рисунок 2).  Рисунок 2. Усилительный каскад с общим эмиттером К входу каскада подключен источник гармонического сигнала с амплитудой  и частотой  . Нагрузкой усилителя служит резистор  .Показанные на схеме рисунок 2 разделительные конденсаторы  на частоте входного сигнала имеют пренебрежимо малое емкостное сопротивление. Величины , , и величина напряжения источника питания  для соответствующих вариантов приведены в таблице 3, где также задано значение тока коллектора, определяемое резистором  .Значения коэффициента передачи тока базы транзистора (  ), граничной частоты ( ) и дифференциального сопротивления базы ( ) для соответствующих подвариантов приведены в таблице 4.ТРЕБУЕТСЯ РАССЧИТАТЬ СЛЕДУЮШИЕ ПАРАМЕТРЫ. Определить ток базы  , ток эмиттера  , и напряжение на коллекторе  транзистора, а также рассчитать величину резистора , обеспечивающую заданное значение тока коллектора.Рассчитать мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора  , а также мощность, потребляемую от источника питания  .Вычислить модуль коэффициента передачи тока базы транзистора  на частоте входного сигнала f.Рассчитать диффузионную емкость эмиттерного перехода  .Определить модуль входного сопротивления транзистора  на заданной частоте f.Рассчитать коэффициент усиления по напряжению  усилительного каскада на заданной частоте при условии, что барьерной емкостью коллекторного перехода можно пренебречь, а дифференциальное сопротивление коллекторного перехода много больше  .Рассчитать коэффициент усиления в области низких частот при  (в этом случае можно пренебречь влиянием диффузионной емкости эмиттерного перехода).Вычислить мощность выходного сигнала  . Получить выражение для коэффициента усиления по мощности исследуемого усилительного каскада в области низких частот. Таблица 3. Параметры схемы рисунок 2 и исходные данные для расчета усилителя
Таблица 4. Параметры транзистора
Решение Коэффициент передачи тока базы на заданной частоте  Ток базы в рабочей точке  Считаем, что в активном режиме (режим усиления) напряжение на эмиттерном переходе кремниевого транзистора в широком диапазоне изменения тока эмиттера, с достаточно высокой для практики точностью, равно 0,7 В. Сопротивление резистора  Ток эмиттера по первому закону Кирхгофа  Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке  Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора,  Мощность, потребляемая от источника питания,  0.019 ВтМодуль коэффициента передачи тока базы транзистора на частоте входного сигнала Термический потенциал (считаем, что Т=300К):  Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода транзистора  Диффузионная емкость эмиттерного перехода  Определим модуль входного сопротивления транзистора : На заданной частоте f.   Коэффициент усиления по напряжению  На заданной частоте  Рассчитаем коэффициент усиления в области низких частот:  Амплитуда выходного сигнала  Мощность выходного сигнала  В области низких частот, когда диффузионной емкостью эмиттерного перехода можно пренебречь.  Построим графики  и  :  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
=34 [см2/сек]; 
=12 [
/сек].
[МГц]