кр антипина. 4 вариант. Задача 1 По исходным данным, приведенным в табл

• Название: Задача 1 По исходным данным, приведенным в табл
• Анкор: кр антипина
• Дата: 06.10.2022
• Размер: 1.67 Mb.
• Имя файла: 4 вариант.docx
• Тип: Задача; #718462

Задача 1.1

По исходным данным, приведенным в табл.1.1 и 1.2 определить ток в цепи, состоящей из источника напряжения Е, резистора R и диода. Рабочая точка находится на прямой ветви диода. Привести схему.

Таблица 1.1

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Напряжение источника питания Е, В	3	4	5	5	4	3	2	3	4	5
Сопротивление резистора R, Ом	6	8	10	6	8	10	5	5	8	8

Таблица 1.2

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Обратный ток насыщения диода Io, мкА	2	5	7	9	10	5	2	3	7	4
Температура oК	300	200	200	300	200	300	300	300	200	200

Решение

Задача решается графо аналитическим методом.

Вольтамперная характеристика диода описывается следующим уравнением:



где q = 1,6·10^-19 Кл – заряд электрона;

k = 1,38·10^-23 Дж/К –постоянная Больцмана;

– обратный ток насыщения, мкА.

Используя заданное значение тока насыщения и задавая напряжение диода U =0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3В строим вольт-амперную характеристику (рисунок 1) диода (по расчетным данным таблицы 1.3).

Таблица 1.3

U, B	0,05	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3
I, мA	0,05	0,42	2,95	20,44	141,21	975,00

На этом же графике (рисунок 1) построим нагрузочную прямую, используя уравнение (таблица 1.4):



Таблица 1.4

U, B	0,05	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3
I, мA	0,825	0,817	0,808	0,800	0,792	0,783

Нагрузочная прямая стоится по двум точкам. Определим точки пересечения ее с осями координат: если I = 0, то U = E , если U = 0, то .

Рабочая точка – точка пересечения вольтамперной характеристики диода с нагрузочной прямой и есть решение задачи.


Рисунок 1.1 – ВАХ диода и нагрузочная прямая


Рисунок 1.2 – схема включения диода с нагрузкой

Задача 1. 2

По исходным данным, приведенным в табл.2.1, требуется определить недостающие параметры стабилизатора напряжения, схема которого приведена на рис.2.1.

Таблица 2.1

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Напряжение стабилизации Uст,В	10	13	13	10	9	9	14	14	10	13
Ток стабилизации Iстmax, мА	30	20	25	20	18	30	35	20	35	30
Ток стабилизации Iстmin, мА	1	1	2	1	1	1	2	1	2	2
Сопротивление R1, кОм	1	*	1	*	0,5	*	1,5	*	0,8	*
Сопротивление R2, кОм	0,5	2,2	1	1	0,5	2	0,8	1	0,8	2,5
Напряжение Еmin, В	*	16	*	18	*	15	*	17	*	18
Напряжение Еmax, В	*	24	*	25	*	21	*	25	*	25

Решение

Для решения задачи необходимо использовать следующие соотношения:



где ток нагрузки:



- напряжение стабилизации, В;

сопротивление нагрузки, Ом,

среднее напряжение источника:

[В].

минимальное напряжение, максимальное напряжение.

Средней ток стабилизации

мA].


Задача 2.1

Рассчитать при каком входном напряжении Uвх транзистор, приведенный в схеме на рис.2.1 будет находится:

а) в режиме насыщения;

б) в режиме отсечки;

в) в активном режиме.

Исходные данные приведены в таблицах 2.1 и 2.2.

Таблица2.1

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Сопротивление R1, кОм	10	10	20	30	20	10	10	10	20	20
Сопротивление R2, кОм	10	20	10	30	20	10	20	30	20	10
Сопротивление R3, кОм	1	2	3	2	1	3	1	3	3	1
Коэффициент передачи тока β	60	50	40	30	20	20	30	40	50	60

Таблица 2.2

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Напряжение источника Ек, В	-10	+15	-10	+12	+9	-10	+10	-15	+15	+15
Напряжение источника Е, В	-10	+15	-10	+12	+9	-12	-3	+4	-2	-3
Пороговое напряжение Uпор, В	0	+0,6	-0,6	0	+0,6	0	0,6	-0,6	0	+0,6
Обратный ток Iко, мкА	20	2	4	30	10	15	4	20	10	30

Решение

Для режима насыщения необходимо на вход ключа подать такое напряжение U_ВХ, при котором будет протекать ток:



Для режима отсечки необходимо обеспечить напряжение на базе:

,

где – пороговое напряжение транзистора (для германиевых транзисторов , для кремниевых ).

Условие отсечки для n-p-n транзисторов:

.


Условие отсечки для p-n-p транзисторов:

.



По исходным данным необходимо определить тип транзистора и материал изготовления. Схему начертить с учетом типа проводимости транзистора (p-n-р или n-p-n) и учесть направление тока базы, так как его направление различно для разного типа проводимости транзистора.

В качестве примера рассмотрим ключ на германиевом транзисторе проводимости p-n-p. Для других вариантов необходимо учесть знак Ек, Е и величину .

Условие насыщения транзистора для рассматриваемой схемы можно записать в виде:




откуда получим:



Условие отсечки транзистора перепишем в виде:



откуда следует:



Условие активного режима:








Задача 2.2

Полевой транзистор с управляющим р-n переходом и каналом n-типа используется в цепи усилительного каскада, изображенного на рис.2.2. По исходным данным, приведенным в табл.2.3, определить: напряжение смещения затвор-исток U_ЗИ, крутизну транзистора в рабочей точке S, сопротивление резистора в цепи истока R₁, сопротивление нагрузки в цепи стока R₂, напряжение сток-исток U_СИ.

Таблица 2.3

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Напряжение отсечки Uотс, В	3	2	4	4	2	2	1,5	3,5	2,5	2
Ток стока максимальный Iстmax, мА	10	10	15	15	6	10	4	12	8	5
Ток стока в рабочей точке Iс, мА	3	2	4	3	3	3	2	3	2	2
Коэффициент усиления Кu	10	15	15	10	10	8	10	10	15	8
Напряжение Ес, В	15	20	15	20	15	20	15	20	15	20

Решение

Для полевого транзистора с встроенным каналом ток стока в рабочей точке определяется по формуле:



где - максимальное значение тока стока, мА;

- напряжение смещения затвор-исток, В;

- напряжение отсечки, В.

Крутизна транзистора в рабочей точке:




где максимальная крутизна:





Сопротивление резистора в цепи истока



Сопротивление нагрузки в цепи стока R₂ можно найти из формулы:




Напряжение сток-исток U_СИ:



Задача 3.1

Транзистор включен в усилительный каскад по схеме с общим эмиттером. Каскад питается от одного источника напряжения Е. Для подачи смещения в цепи базы используется гасящий резистор. Генератор входного сигнала подключен к базе транзистора через разделительный конденсатор. По исходным данным, приведенным в таблицах 3.1 и 3.2 и характеристикам транзистора требуется:

а) построить линию Р_ктах;

б) по выходным характеристикам найти: постоянную составляющую тока коллектора I_ко; постоянную составляющую напряжения коллектор-эмиттер U_кэо, амплитуду переменной составляющей тока коллектора I_mк; амплитуду выходного напряжения U_тК=U_ткэ;коэффициент усиления по току K_i; выходную мощность Р_ВЫХ; мощность, рассеиваемую на нагрузке постоянной составляющей тока коллектора Р_ко, полную потребляемую мощность в коллекторной цепи Р_о; КПД коллекторной цепи . Проверить, не превышает ли мощность, выделяемая на коллекторе в режиме покоя Р_ко, максимально допустимую мощность Р_Kmax;

в) с помощью входной характеристики определить: напряжение смещения U_БЭ0; амплитуду входного сигнала U_тБЭ, входную мощность Р_ВХ, коэффициент усиления по напряжению К_Uи по мощности К_P, входное сопротивление каскада R_ВХ; сопротивление резистора R_Би ёмкость разделительного конденсатора С_Р. Диапазон усиливаемых колебаний 80Гц-100кГц. Начертить схему усилительного каскада.

Таблица 3.1

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Напряжение источника питания Ек, В	9	12	14	16	18	17	15	13	11	9
Сопротивление резистора R, кОм	0,3	0,4	0,5	0,5	0,6	0,6	0,5	0,4	0,3	0,3

Таблица 3.2

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Ток базы в режиме покоя Iбо, мА	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2
Амплитуда тока базы Imб, мА	0,2	0,1	0,2	0,1	0,2	0,1	0,2	0,1	0,1	0,1
Мощность, рассеиваемая коллектором Pкmax, мВт	130	150	150	130	140	150	130	150	140	140

Решение

Исходные данные: Ек=16 В, Iбо=0,5 мА, Rн=500кОм, Р_кmах=130мВт. Диапазон усиливаемых колебаний 80Гц-100кГц. Схема приведена на рис.3.1. Воспользуемся характеристиками транзистора, на которых рассмотрен пример.

Порядок решения задачи следующий. На семействе выходных характеристик строим линию максимально допустимой мощности, используя уравнение:



Подставляя в него значения U_КЭ, равные, например, -6,5; -10; -15 и - 20В, получаем значения I_K, равные 20; 13; 10 и 6,5мА соответственно. Построенная по этим точкам линия Р_Ктах показана на рис.3.5

Затем, используя уравнение линии нагрузки I_К=(E+U_КЭ)/R_Н, на семействе

выходных характеристик наносим линию нагрузки: при I_K=0 U_КЭ=Е=-10В - первая точка линии нагрузки; при U_КЭ=0 I_К=E/R_Н =16/500=32 мА - вторая точка линии нагрузки.

Рабочая точка является точкой пересечения линии нагрузки с характеристикой, соответствующей постоянной составляющей тока базы, равной I_Б0 = 0,5 мА = 500 мкА. Рабочей точке Т соответствует постоянная составляющая тока коллектора I_K0 = 10 мА и постоянная составляющая напряжения U_КЭ0 = -7 В.

Приращение тока базы Iбm=0,1 мА из условия задачи, поэтому рабочий участок выбран на пересечении нагрузочной прямой и токов базы, равных 0,5 и 0, 1мА. (точки А и Б соответственно).

Амплитуду переменной составляющей тока коллектора определим как среднюю:



Амплитуда переменного напряжения на нагрузке:



Коэффициент усиления по току:



Выходная мощность:



Полная потребляемая мощность в коллекторной цепи:



Мощность, рассеиваемая на коллекторе постоянной составляющей коллекторного тока:



Коэффициент полезного действия коллекторной цепи:



P_K0 < P_Kmax, так как 70 мВт<150 мВт, следовательно, режим работы допустимый.

Далее расчет ведем по семейству входных характеристик (рис3.6). Поскольку у транзисторов входные характеристики расположены близко друг к другу, то в качестве рабочей входной характеристики можно принять одну из статических характеристик, соответствующую активному режиму, например, снятую при Uкэ = - 5В


Из графика находим, что |U_БЭ0| = 246 мВ при I_Б0 = 0,3 мА.

По условию I_mБ = 0,1 мА,U_БЭ = 187 мВ при I_Б = 0,3 – 0,2 = 0,1 мА и U_БЭ = 277мВ при I_Б = 0,3 + 0,2 = 0,5 мА.
Амплитуда входного напряжения:



Модуль коэффициента усиления по напряжению:



Коэффициент усиления по мощности:



Входная мощность:



Входное сопротивление:



Сопротивление резистора


Ёмкость конденсатора определяется из условия:



где _Н – низшая рабочая частота.

Следовательно,






Задача 3.2

В рабочей точке усилителя, рассмотренного в предыдущей задаче, найти параметры h_11Э,h_21Э, h_22Э,R_ВЫХ=1/h_22Э, и аналитически рассчитать К_I, К_U, К_P, R_ВХ .

Решение

Рассчитаем параметры в рабочей точке при U_КЭ =-7 В и I_K0 =6 мА.

По выходной характеристике для схемы с общим эмиттером определяем:

- коэффициент передачи тока (по точкам В и Г рис.3.5):



- выходную проводимость (по точкам Д и Е рис.3.5):





По входной характеристике для U_КЭ=-5 В определяем входное сопротивление (по точкам М и N рис.3.6)


С помощью найденных параметров определим искомые значения по приближённым формулам.

Коэффициент усиления по току:


Аналитический расчет:


Результат сходится с графо-аналитическим расчётом.

Входное сопротивление:



Коэффициент усиления по напряжению:


Аналитический расчет:



Коэффициент усиления по мощности:

Список рекомендуемой литературы

1. 
   Жеребцов, И.П. Основы электроники. – изд.5, перераб. и доп./ И.П. Жеребцов. – Л.: Энергоатомиздат, 1989. – 352с.
   

2. 
   Нахалов, В.А. Электронные твердотельные приборы: учебное пособие в 2ч. Ч1 /В.А. Нахалов – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. – 65 с.
   

3. 
   Новожилов, И.П. Электроника и схемотехника: учебник для академического бакалавриата в 2.ч.Ч.1/И.П. Новожилов – Москва: Изд-во «Юрайт», 2018. –382с.
   

4. 
   Монк, Саймон. Электроника. Теория и практика — 4-е изд.: Пер. с англ. / Саймон Монк, Пауль Шерц. — СПб.: БХВ-Петербург, 2018. — 1168 с.