Схемотехника курсовая. Высшая школа электроники и компьютерных наук

• Название: Высшая школа электроники и компьютерных наук
• Анкор: Схемотехника курсовая
• Дата: 27.05.2022
• Размер: 2.41 Mb.
• Имя файла: Kursovaya_Skhemot_2.docx
• Тип: Пояснительная записка; #552101

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(национальный исследовательский университет)»

ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭЛЕКТРОНИКИ И КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК

Кафедра «Конструирование и производство радиоаппаратуры»



«Решение задач по схемотехнике»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

по дисциплине «Схемотехника»

ЮУрГУ– 110501.2021.011 ПЗ КР

Нормоконтролер ___________ааяяя «____» _______2021 г.	Руководитель ____________аыаыаыа «____» ________ 2021 г.
	Автор работы студент группы КЭ-310 ___________ооалаолва «____» ________ 2021 г.
	Работа защищена с оценкой ______________ «____» ________ 2021 г.

Челябинск 2021

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(национальный исследовательский университет)»

ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭЛЕКТРОНИКИ И КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК
Кафедра «Конструирование и производство радиоаппаратуры»

			УТВЕРЖДАЮ
			Заведующий кафедрой
			_________ымымымымы
			«___»____________2021 г.

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу студента

ммымым

ымым

1. 
   Дисциплина «Схемотехника»
   
2. 
   Тема работы «Решение задач по схемотехнике»
   
3. 
   Срок сдачи студентом законченной работы 25 ноября 2021 г.
   
4. 
   Перечень вопросов, подлежащих разработке:
   

• 
  Ознакомление с операционными усилителями.
  
• 
  Ознакомиться со схемами с операционными усилителями
  
• 
  Разобрать решение типовых задач.
  
• 
  Решить двадцать задач.
  

6 Календарный план

Наименование разделов курсовой работы	Срок выполнения разделов работы	Отметка о выполнении руководителя
Дата выдачи курсовой работы.	4 сентября 2021
Анализ задания, поиск и изучение литературы.	20 сентября 2021
Расчет типовых задач и их оформление	30 октября 2021
Оформление курсовой работы и защита.	25 ноября 2021

Руководитель работы		/ымымымымым/
Студент		/мыммымымым/

АННОТАЦИЯ
ыыымымым Решение задач по схемотехнике – Челябинск: ЮУрГУ, ВШЭКН; 2021, 26 с., 12 илл., библиогр. список – 3 наим.

Курсовая работа посвящена решению задач для электротехнических схем. Всего в курсовой работе рассмотрено 20 типовых задач, охватывающих широкий спектр вопросов, рассматриваемых на практике: от параметров отдельных элементов до параметров электрических схем.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 7

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ 8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 26

ВВЕДЕНИЕ

Схемотехника и электроника как таковая являются практическими дисциплинами: они не только рассматривают принципиальную электрическую схему, но и требуют вычисления числовых значений параметров элементов этой схемы.

Часто на практике появляется необходимость сосредоточить внимание на основных приемах и методах оценки параметров и характеристик приборов и схем, где эти приборы включены. В частности, необходимо уметь решать задачи по расчету параметров наиболее распространенных полупроводниковых приборов – в особенности тех параметров, от которых зависят функциональные возможности прибора. Важно также уметь производить расчетные соотношения для усилителей на дискретных элементах. Так, например, необходимо знать методы расчета режима и усилительных параметров при различных способах включения транзисторов.

Решение расчетных схемотехнических задач позволяет закрепить теоретические знания и получить навыки, необходимые при проектировании электрических схем.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

Задача 1
Условие задачи. Определить режим транзистора по постоянному току для схемы, показанной на рис. 1, в которой Eэ = -2В; Rк = 4 кОм; Rэ = 1 кОм; Eк = 10В. Транзистор имеет h_21Б =0,99. Обратным током коллектора можно пренебречь. Транзистор кремниевый.

Решение. Согласно второму закону Кирхгофа уравнение напряжений по входной цепи можно записать следующим образом



Для кремниевого транзистора можно считать, что на активном участке В этом случае



Ток коллектора находим из соотношения



В выходной цепи напряжения распределены следующим образом:



Находим отсюда напряжение на коллекторе в режиме покоя:



Задача 2

Условие задачи: Мощный транзистор, имеющий тепловое сопротивление между переходом и корпусом =0,8 /Вт, должен рассеивать мощность Рк 10 Вт при температуре = 35 . С помощью теплоотвода требуется ограничить температуру перехода до 700 С. Тепловое сопротивление корпус—теплоотвод равно 0,70 /Вт. Какова должна быть площадь теплоотвода, если 1 см² поверхности теплоотвода имеет тепловое сопротивление 800 /Вт?

Решение: Общее тепловое сопротивление между переходом и окружающей средой определяется выражением



где — тепловое сопротивление теплоотвод–среда. Одновременно должно выполняться соотношение

= + .

Отсюда можно найти требуемое значение



Находим сопротивление теплоотвод– среда:



Считаем, что обратно пропорционально площади перехода, поэтому площадь теплоотвода должна быть равна: П= 800/2=400 см²

Задача 3

Условие задачи: В схеме с общей базой (рис. 2.9) элементы характеризуются следующим образом. Параметры транзистора: , h_21Б=0,99; h_12Б =10^-4 ; h_22Б =1мкСм; h_11Б =30 Ом. Резисторы: R_Э =200Ом; R_К =l кОм; =10 кОм; R_Г = 100 Ом. Найти усилительные параметры схемы R_Bx, К_U, К_I,

Решение: 1. Входное сопротивление каскада



З. Коэффициент усиления по току



4. Выходное сопротивление



Задача 4

Условие задачи: В схеме на рис. 1 транзистор имеет коэффициент передачи тока базы Найти, при каком минимальном значении напряжения транзистор войдет в режим насыщения.



Рисунок 1

Решение. В режиме насыщения Поэтому уравнение Кирхгофа имеет вид



В пограничном режиме еще сохраняется линейная связь токов, т.е.



поэтому уравнение можно переписать так:



откуда



Чтобы обеспечить такой ток базы, напряжение источника должно удовлетворять условию



Если транзистор кремниевый, напряжение на переходе вблизи границы насыщения примерно 0,8 В. Следовательно,



Задача 5

Условие задачи: Чему равна максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора при температуре окружающей среды 20 , если тепловое сопротивление переход – окружающая среда составляет 1 , а максимально допустимая температура перехода ?

Решение. Температура перехода зависит от теплового сопротивления переход – среда :



где



Считая, что , и подставляя числовые значения, находим искомую мощность:



Задача 6

Условие задачи: На рис. 2.10 представлен каскадный усилитель. Транзисторы Т₁ и Т₂ идентичны и имеют параметры: =49; r_э =10 Ом; r_Б =80Ом; r_К =1 МОм. Другие элементы схемы: R_г =10 кОм; R_К = 5,1 кОм; R_Н = 10 кОм; R_Э =200 Ом. Определить усилительные параметры схемы: К_U, К_I, и К_Р.

Решение.

1. Находим входное сопротивление схемы:



2. Коэффициент усиления по напряжению для каскодного усилителя находим как результат работы составного транзистора Т₁ – Т₂:



З. Коэффициент усиления по току





Рисунок 2.10

4. Коэффициент усиления по мощности



Задача 7

Условие задачи: В схеме на рисунке 3.3 найти потенциал инвертирующего входа U_вх для Е_Г=Е_Г1 с учетом наущенного значения R'_вх, а также погрешность в определении I_вх при пренебрежении R'_вх.

Решение.

1. Составим эквивалентную схему для входной цепи (рис. 3.4).

2. Находим из схемы на рис. 3.4 потенциал инвертирующего входа:



Рисунок 3.4

3. Входной ток, считая U_вх = 0, т. е. при пренебрежении значением R'_вх, находится как

I_вх =Е_г1/R₀.

Тот же ток с учетом R'_вх находится как



4. Относительная погрешность в определении входного тока



Таким образом, допущение = вполне обоснованно.

Задача 8
Условие задачи: Найти усилительные параметры каскада, показанного на рис. 2, если он нагружен на аналогичный каскад. При



Рисунок 2

Решение. В качестве нагрузки в данном случае выступает входное сопротивление второго каскада, которое равно

Теперь находим остальные параметры:





Увеличение сопротивления нагрузки привело к некоторому увеличение усиления по напряжению и снижению усиления по току. И наконец, по-прежнему



Задача 9

Условие задачи: Каким будет коэффициент усиления схемы на рис. 3 в случае, когда резистор не установлен или зашунтирован конденсатором?



Рисунок 3

Решение. При выражение для коэффициента усиления упрощается:



Подставив значения, получим



Нетрудно заметить, что максимальный коэффициент усиления будет иметь место при и



Задача 10

Условие задачи: Найти площадь теплоотвода для транзисторов КТ814А и КТ815А в схеме оконечного каскада при температуре окружающей среды Материал теплоотвода – алюминий с коэффициентом теплопроводности

Решение. Площадь теплоотвода рассчитывается по формуле



где





Для выбранных транзисторов , а Находим





Применим двусторонний радиатор. Тогда площадь одной стороны составит 5 .

Задача 11

Условие задачи: По идеальной (1) и реальной (2) ВАХ диода рис.4 требуется найти дифференциальное сопротивление открытого перехода и объёмное сопротивление базы диода.



Рисунок 4

Решение.

1. Полагаем, что при токе через диод I = 40 мА данный p-n переход можно считать открытым. Тогда падение напряжения на базе диода при этом токе составляет = 0,25 В, что соответствует объёмному сопротивлению базы:



2. Дифференциальное сопротивление открытого перехода следует искать по идеализированной ВАХ с помощью отношения приращений в окрестности точки А (точки В и С):



3. Полное сопротивление переменному току представляет собой сумму найденных сопротивлений:



Проверкой этих результатов может служить вычисления с помощью отношения приращений на реальной ВАХ:



Как можно заметить, результаты совладают удовлетворительно.

Задача 12
Условие задачи: В схеме с ОБ рис.5 используется транзистор с параметрами

Внешние элементы:



, если на вход воздействуют одиночные прямоугольные импулься с амплитудой 50 мВ и длительностью 30 нс.


Рисунок 5

Решение.

1. Постоянная времени в области верхних частот:











2. Коэффициент усиления:



3. Амплитуда выходного импульса:



4. Длительность фронта выходных импульсов:



Полученный результат свидетельствует о том, что входные импульсы могут быть удовлетворительно переданы на выход, так как длительность фронта выходного импульса оказалось больше длительности входного импульса.

Задача 13

Условие задачи: Используется операционный усилитель со следующими данными: коэффициент усиления К_оу=50 10³; входное сопротивление R_вх.оу=1 Мом; выходное сопротивление R_вых.оу=100 Ом. Параметры схемы: R_н=4,3 кОм; R₁=0,1 кОм. Найти усилительные параметры схемы – коэффициент усиления по напряжению, входное и выходное сопротивления.


Рисунок 6 – Схема с операционным усилителем

Решение.

1. Общие соображения. В схеме, часто называемой преобразователем напряжения – ток, используется последовательная ООС по току: напряжение обратной связи U_о.с., пропорциональное выходному току I_вых, включено встречно усиливаемому сигналу Е_r. Естественным усилительным параметром такой схемы является крутизна усиления . Однако более привычным и удобным является коэффициент усиления по напряжению .

2. Коэффициент усиления по напряжению находится по формуле:
.
3. Входное сопротивление:
.
4. Выходное сопротивление:
кОм.
Задача 14

Условие задачи: В схеме на рис.7, при R = 1 МОм, напряжение на выходе Найти ток смещения



Рисунок 7

Решение.

Поскольку ОУ включен по схеме повторителя то


Тогда


Задача 15
Условие задачи: В схеме на рис.8, Ток смещения Ток сдвига . Чему равна погрешность при R=0? При каком сопротивление R погрешность минимальна и чему она равна?



Рисунок 8 – Операционный усилитель

Решение.

1. При R = 0 погрешность



2. Для минимальной погрешности необходимо сопротивление



При этом погрешность



Задача 16
Условие задачи. В схеме, показанной на рис.9, используется делитель в цепи базы транзистора, имеющего Найти напряжение , если



Рисунок 9 - Схема включения с транзистором

Решение.

1.Преобразуем схему к виду, показанному на рис.8. Здесь





2. Находим ток базы:



где:





После подстановки получаем:



3.Постоянное напряжение на базе транзистора:



4. Найдем ток коллектора:



5. Постоянное напряжение на коллекторе:



Задача 17
Условие задачи: В каскаде ОЭ рис.10 используется транзистор, у которого Найти коэффициенты усиления по напряжению и по току, входное и выходное сопротивления.


Рисунок 10 - Схема усилительного каскада с общим эмиттером

Решение.

1.Найдем входное сопротивление схемы. Известно, что:


В этом выражении слагаемые являются . Поэтому можно считать, что

=

2. Для определения коэффициента усиления по напряжению воспользуемся выражением



где

– эквивалентное сопротивление в цепи коллектора

Подставив числовые значения, получим



Здесь знак минус говорит об инверсии сигнала.

3. Коэффициент усиления по току определяется отношением



Эта схема не дает усиление по току.

4. Выходное сопротивление равно:



где – коэффициент токораспределения в базе;

дифференциальное сопротивление коллекторного перехода.

Подставляем данные:



Отсюда



.

Задача 18

Условие задачи: Найти контактную разность потенциалов для идеализированного p-n перехода при температуре , о котором известно, что концентрация донорной примеси составляет , акцепторной примеси , а соотвественная концентрация носителей в кристалле, из которого изготовлен переход, равна .

Решение.

Воспользуемся соотношением,



где - температурный потенциал электрона;

– концентрация акцепторной и донорной примесей соответственно



При T= температурный потенциал равен:



Тогда

Задача 19

Условие задачи: Обратный ток полупроводникового диода при температуре 300К равен 1мкА. Определить сопротивление диода постоянному току и его дифференциальное сопротивление при прямом напряжении 150 мВ.
Решение.

1. Найдём ток диода при прямом напряжении U=150 мВ по формуле:
,

где мВ;
мкА.
2. Сопротивление диода постоянному току:
Ом.

3. Дифференциальное сопротивление найдём, решая относительно U и дифференцируя его:
.
Полагая, что при U=150 мВ , можно записать:
Ом.

Задача 20
Условие задачи: Какими будут показания вольтметра переменного напряжения в схеме на рис.11, где E= 10 В,

Температура окружающей среды T = .



Рисунок 11 – Схема включения с диодом

Решение.

1. На диод действует прямое смещение +10В.

Диод открыт, через него течет прямой ток,

I =

2.Дифференциальное сопротивление диода при таком токе и при T = равно:



3. Источник переменного напряжения создает в цепи переменный ток:



Отсюда переменное напряжение на диоде составит:



Следовательно, показание вольтметра переменного напряжения будет равно 0,125 мВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсовой работы были рассмотрены различные методы решения задач по расчету параметров полупроводниковых приборов, дискретных и интегральных, аналоговых схем.

Решение расчетных схемотехнических задач позволяет закрепить теоретические знания полученные навыки, необходимые при проектировании электрических схем.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. 
   Головатенко-Абрамова М.П., Лапидес А.М Задачи по электронике. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 112 с.: ил. –Электроника: перспективная элементная база и применение).
   
2. 
   Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники / Е.И. Магаев. – М.: Радио и связь, 1990. – 512 с.
   
3. 
   Джонс М.Х. Электроника – практический курс. Москва: Техносфера, 2006. - 512 с.