Схемотехника курсовая. Высшая школа электроники и компьютерных наук
![]()
|
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
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»
ЗАДАНИЕ на курсовую работу студента ммымым ымым Дисциплина «Схемотехника» Тема работы «Решение задач по схемотехнике» Срок сдачи студентом законченной работы 25 ноября 2021 г. Перечень вопросов, подлежащих разработке: Ознакомление с операционными усилителями. Ознакомиться со схемами с операционными усилителями Разобрать решение типовых задач. Решить двадцать задач. 6 Календарный план
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. ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ 7 РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ 8 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 26 ВВЕДЕНИЕСхемотехника 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 ЗАДАЧЗадача 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 h21Б =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 ![]() ![]() 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 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Решение: Общее тепловое сопротивление между переходом и окружающей средой определяется выражением ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Отсюда можно найти требуемое значение ![]() ![]() ![]() Находим сопротивление теплоотвод– среда: ![]() Считаем, что ![]() Задача 3 Условие задачи: В схеме с общей базой (рис. 2.9) элементы характеризуются следующим образом. Параметры транзистора: , h21Б=0,99; h12Б =10-4 ; h22Б =1мкСм; h11Б =30 Ом. Резисторы: RЭ =200Ом; RК =l кОм; ![]() ![]() 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 ![]() ![]() ![]() Рисунок 1 Решение. В режиме насыщения ![]() ![]() В пограничном режиме еще сохраняется линейная связь токов, т.е. ![]() поэтому уравнение можно переписать так: ![]() откуда ![]() Чтобы обеспечить такой ток базы, напряжение источника ![]() ![]() Если транзистор кремниевый, напряжение на переходе ![]() ![]() Задача 5 Условие задачи: Чему равна максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора при температуре окружающей среды 20 ![]() ![]() ![]() ![]() Решение. Температура перехода зависит от теплового сопротивления переход – среда ![]() ![]() где ![]() ![]() Считая, что ![]() ![]() Задача 6 Условие задачи: На рис. 2.10 представлен каскадный усилитель. Транзисторы Т1 и Т2 идентичны и имеют параметры: ![]() 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 Uвх для ЕГ=ЕГ1 с учетом наущенного значения R'вх, а также погрешность в определении Iвх 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 Uвх = 0, т. е. при пренебрежении значением R'вх, находится как Iвх =Ег1/R0. Тот же ток с учетом R'вх находится как ![]() 4. Относительная погрешность в определении входного тока ![]() Таким образом, допущение ![]() ![]() 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 ![]() ![]() Рисунок 3 Решение. При ![]() ![]() Подставив значения, получим ![]() Нетрудно заметить, что максимальный коэффициент усиления будет иметь место при ![]() ![]() ![]() Задача 10 Условие задачи: Найти площадь теплоотвода для транзисторов КТ814А и КТ815А в схеме оконечного каскада при температуре окружающей среды ![]() ![]() Решение. Площадь теплоотвода рассчитывается по формуле ![]() где ![]() ![]() ![]() Для выбранных транзисторов ![]() ![]() ![]() ![]() 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 ![]() ![]() 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 ![]() ![]() ![]() Как можно заметить, результаты совладают удовлетворительно. Задача 12 Условие задачи: В схеме с ОБ рис.5 используется транзистор с параметрами ![]() Внешние элементы: ![]() ![]() ![]() 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 Коу=50 ![]() ![]() 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 Uо.с., пропорциональное выходному току Iвых, включено встречно усиливаемому сигналу Еr. Естественным усилительным параметром такой схемы является крутизна усиления ![]() ![]() 2. Коэффициент усиления по напряжению находится по формуле: ![]() 3. Входное сопротивление: ![]() 4. Выходное сопротивление: ![]() Задача 14 Условие задачи: В схеме на рис.7, при R = 1 МОм, напряжение на выходе ![]() ![]() ![]() Рисунок 7 Решение. Поскольку ОУ включен по схеме повторителя то ![]() Тогда ![]() Задача 15 Условие задачи: В схеме на рис.8, ![]() ![]() ![]() ![]() 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 ![]() ![]() ![]() ![]() 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 ![]() ![]() Рисунок 10 - Схема усилительного каскада с общим эмиттером Решение. 1.Найдем входное сопротивление схемы. Известно, что: ![]() В этом выражении слагаемые ![]() ![]() ![]() ![]() 2. Для определения коэффициента усиления по напряжению воспользуемся выражением ![]() где ![]() ![]() 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 ![]() ![]() Подставляем данные: ![]() Отсюда ![]() ![]() Задача 18 Условие задачи: Найти контактную разность потенциалов для идеализированного p-n перехода при температуре ![]() ![]() ![]() ![]() Решение. Воспользуемся соотношением, ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() При T= ![]() ![]() 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 ![]() ![]() 2. Сопротивление диода постоянному току: ![]() 3. Дифференциальное сопротивление найдём, решая ![]() ![]() Полагая, что при U=150 мВ ![]() ![]() 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 = ![]() ![]() 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. ЗАКЛЮЧЕНИЕВ 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 СПИСОКГоловатенко-Абрамова М.П., Лапидес А.М Задачи по электронике. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 112 с.: ил. –Электроника: перспективная элементная база и применение). Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники / Е.И. Магаев. – М.: Радио и связь, 1990. – 512 с. Джонс М.Х. Электроника – практический курс. Москва: Техносфера, 2006. - 512 с. |