электронная техника. Контрольная работа по Электронной технике
 Скачать 431.5 Kb.
|
Контрольная работа по «Электронной технике» Задача 1 1. Выберите выпрямительный диод согласно условию Вашего варианта. Приведите условно-графическое обозначение и типовую вольт-амперную характеристику выбранного диода, укажите область его применения. 2. Выберите диод, выполняющий заданную функцию. Приведите условно-графическое обозначение и типовую характеристику выбранного диода, укажите область его применения. Данные для выбора диодов приведены в табл.1,2. Таблица 1
Таблица 2
Решение: . Из приложения 1 [1стр.35] таблица 9 выбираем выпрямительный диод типа КД202А с параметрами средней мощности; I ПР.СР.= 5 мА; UОБР.max = 35 В; что соответствует условиям выбора. Строим ВАХ по параметрам, взятым из таблицы 9. Прямую ветвь строим по координатам: IПР.СР = 5 мА при UПР.СР = 0,9 В; обратную ветвь по координатам IОБР.СР. = 0,8 мкА при UОБР.МАКС = 35 В. Примерная типовая ВАХ КД202А приведена на рисунке 1.1. УГО приведено на рисунке 1.2. Выпрямительный диод предназначен для преобразования переменного тока в постоянный. Принцип действия выпрямительного диода основан на свойстве p-n- перехода – односторонней проводимости. Область применения выпрямительных диодов: они широко используются в цепях управления и коммутации, в схемах умножения напряжения, во всех сильноточных цепях, где не предъявляется жестких требований к временным и частотным параметрам электрического сигнала; в источниках питания, в стабилизаторах.  Рисунок 1.1 – Типовая ВАХ КД202А  Рисунок 1.2 – УГО выпрямительного диода . Из приложения 1.2 приложение 10 выбираем для стабилизации напряжения стабилитрон КС468В с параметрами UС = 6,8 В; IС.МАКС = 119 мА; удовлетворяющими условиям выбора. Параметры из таблицы 10: IС = 30 мА; RД= 5 Ом.  Рисунок 1.2 – Условно- графическое обозначение стабилитрона Расшифровка марки диода КС468В: К – кремний – исходный полупроводниковый материал; С – стабилитрон; 4 – малой мощности; 68 – 6,8 В – напряжение стабилизации; А – разновидность диодов данной серии. Полупроводниковым стабилитроном называется кремниевый диод, работающий в области электрического пробоя и предназначенный для стабилизации напряжения. Принцип работы основан на использовании электрического пробоя p-n перехода. На этом участке ВАХ напряжение на p-n переходе слабо зависит от протекающего через него тока (рисунок 1.3).  Рисунок 1.3 - ВАХ стабилитронаОсновная область применения стабилитрона — стабилизация постоянного напряжения источников питания. В простейшей схеме линейного параметрического стабилизатора стабилитрон выступает одновременно и источником опорного напряжения, и силовым регулирующим элементом. В более сложных схемах стабилитрону отводится только функция источника опорного напряжения, а регулирующим элементом служит внешний силовой транзистор. Задача 2 Выберите биполярный транзистор согласно условию Вашего варианта, приведите его марку и расшифруйте её. Приведите заданную схему включения биполярного транзистора, поясните полярность источников питания и особенности схемы. Выберите полевой транзистор согласно условию Вашего варианта, приведите его марку и расшифруйте её. Приведите схему включения полевого транзистора и поясните полярность источников питания. Дайте сравнительную характеристику биполярного и полевого транзисторов. Данные для выбора транзистора и построения схем приведены в таблицах 3,4. Таблица 3
Таблица 4
Решение: Из таблицы 16 для мощных транзисторов приложения 2 выбираю биполярный транзистор марки КТ818А с параметрами: Iк.макс = 10 А; Uкэ.гр = 25 В; Pк.макс = 60 Вт; h11Э =15; Uкэ = 5В; Iк= 5А; Uкэ.нас = 2 В; Iкбо = 1 мА; fгр = 3 МГц. Расшифровка маркировки: К – кремний и соединения – материал изготовления; Т - биполярный транзистор; 8 - большой мощности, средней частоты; 18 - № технологической разработки; А – разновидность по параметрам. 2.2. Схема включения с общим коллектором в активном динамическом режиме приведена на рисунке 2.1. В активном режиме к эмиттерному переходу подаётся прямое напряжение; а на коллекторный переход – обратное.  Рисунок 2.1 – Схема включения БТ структуры p-n-р с ОК В этой схеме входным электродом является база, выходным - эмиттер, коллектор - общим, поэтому: Iвх = Iб; Iвых = Iэ; Uвх = Uбк; Uвых = Uэк. Учитывая, что Iб в десятки - сотни раз меньше Iэ, Iэ - прямой ток и 1к ≈ 1э; Uбк - обратное напряжение и Uэк ≈ Uбк, можно получить: коэффициент передачи тока  десятки - сотни раз;коэффициент передачи по напряжению  < 1 ≈ 0, 95. .. О,'99;коэффициент передачи по мощности  десятки-сотни раз;входное сопротивление  десятки кОм;выходное сопротивление  сотни Ом. Вывод. Схема с ОК не дает усиления по напряжению; имеет высокое входное и относительно низкое выходное сопротивления, не меняет фазу входного напряжения. Из таблицы 21 приложение 2.2 выбираем полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и каналом «n» Рс.макс=250мВт; Iз.ут=0,2нА типа 2П333А. Расшифровка маркировки: 2 – кремний и его соединения - материал изготовления; П - полевой транзистор; 3 – малой мощности, верхней частоты; 33 - № технологической разработки; А – разновидность по параметрам. 2.4. Полевой транзистор (ПТ) с управляющим p-n переходом - это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала p-n переходом, смещенном в обратном направлении (рисунок 2.2). Подавая на затвор «-» от входного источника питания Ез, p-n-переход смещается в обратном направлении. Чтобы основные носители (в данном случае электроны для канала n) двигались к стоку, к нему (к стоку) следует приложить положительный полюс источника Ес (рисунок 2.2).  Рисунок 2.2 – Схема включения полевого транзистора с общим истоком в динамическом режиме 2.5. По сравнению с биполярными полевые транзисторы имеют ряд достоинств: - высокое входное сопротивление (109 – 1015 ) Ом; - высокие значения коэффициентов усиления Кт и Км; - высокую температурную стабильность; - низкий уровень шумов; - нечувствительность к радиационным излучениям. Недостатками их являются: - низкая крутизна; - большая входная емкость; - низкий коэффициент усиления по напряжению; - чувствительность к электростатическому напряжению. Задача 3 Приведите структурную схему усилителя согласно условию Вашего варианта. Укажите назначение каскадов Вашей схемы. Рассчитайте общий коэффициент усиления в дБ. Начертите заданную характеристику усилителя и укажите, какие параметры усилителей можно определить с помощью этой характеристики. Поясните, с какой целью в усилитель вводится обратная связь. Поясните влияние отрицательной обратной связи на качественные показатели усилителя. Данные для построения схемы и расчёта приведены в таблице 5. Таблица 5
Решение: 3.1. Усилитель – многокаскадное устройство, обеспечивающее увеличение мощности в нагрузки и согласование с ней. Число каскадов определяется требуемым коэффициентом усиления, назначением усилителя. Структурная схема усилителя с заданными каскадами приведена на рисунке 3.1. В схему входят: ИС - источник сигнала (микрофон, головка магнитофона, антенна радиоприемника, кабельная линия). Вх.Ус.-входное устройство, согласует ИС с входным сопротивлением усилителя, выполняется в виде трансформаторов или резистивно-емкостных цепей. КПУ - каскад предварительного усиления, усиливает сигнал по напряжению или по току до величины, необходимой для нормальной работы оконечного каскада, с минимальными искажениями. КПУ состоит из 3-х каскадов. ОК - оконечный каскад, обеспечивает заданную мощность в нагрузке. Вых.Ус. - выходное устройство, согласует выходное сопротивлении усилителя с нагрузкой; выполняется в виде трансформаторов или резистивно-емкостных цепей.  Рисунок 3.1 – Структурная схема усилителя Н - нагрузка усилителя, потребитель усиленного сигнала (телефон, громкоговоритель, кинескоп, антенна радиопередатчика, кабельная линия). ЦОС - цепь обратной связи, улучшает качественные показатели усилителя. Е- источник питания, обеспечивающий работу усилительных элементов. 3.2. Рассчитаем общий коэффициент усиления в разах:  .Общий коэффициент усиления в дБ:  .3. Искажения формы импульса на выходе схемы, называются переходными и оцениваются по переходной характеристике, представляющей зависимость Uвых =f(t) (рисунок 3.2).  Рисунок 3.2 - Переходная характеристика Искажения прямоугольного импульса бывают двух видов: Искажение фронта (в области малых времен, области ВЧ), (рисунок 3.3) и искажение плоской вершины импульса (в области больших времен, области НЧ) (рисунок 3.4). В области малых времён искажения вносятся ёмкостью Со, т.е. самим транзистором, в области больших времён – ёмкостью Ср. В области малых времён различают: время установления импульса или время фронта tф и выброс фронта . Время tф не должно превышать (0,1 – 0,2)tu; выброс фронта (1-4) Uуст. В области больших времен возникает спад (-) и подъём (+) вершины импульса: (5-10) Uуст.  Рисунок 3.3 - Переходная характеристика в области малых времён  Рисунок 3.4 - Переходная характеристика в области больших времён 3.4. Обратная связь – это передача части мощности выходного сигнала с выхода усилителя на его вход. Обратная связь служит для сравнения выходного сигнала усилителя с заданным значением и выполнения необходимых коррекцией работы схемы усилителя, ОС делает систему более совершенной, так как в такой системе существует самоконтроль (рисунок 3.5). В усилителях различают внешнюю и паразитную ОС. При внешнейОС сигнал передается с выхода на вход через специально введённые цепи ОС. Паразитная ОСвозникает через емкости, индуктивности, гальванические связи. Такая ОС может изменить характеристики усилителя в сторону ухудшения. Поэтому паразитные ОС следует ослаблять, подавлять. Внешняя ОС управляема и ее специально вводят для получения требуемых характеристик усилителя.  Рисунок 3.5 - Структурная схема усилителя с ОС Обозначим: UИС – напряжение усиливаемого сигнала; UСВ – напряжение на выходе цепи обратной связи (ЦОС); UВЫХ – напряжение на выходе усилителя и на входе (ЦОС); UВХ – напряжение на входе усилителя; UВХ – является суммой UИС и UСВ К – коэффициент передачи усилителя (коэффициент примой); - коэффициент передачи ЦОС (коэффициент обратной связи). ЦОС и усилитель, который она охватывает, образуют петлю ОС. Сигнал, проходя прямую цепь (усилитель), изменяется в К раз, а проходя ЦОС, изменяется в раз. Таким образом, проходя по петле ОС, сигнал изменяется в К раз. Поэтому произведение *К называют петлевым усилением. Между этими величинами существуют следующие соотношения. Коэффициент передачи усилителя, охваченного ОС: КСВ =  . Коэффициент передачи усилителя без ОС: К =  .Коэффициент передачи ЦОС: =  .Рассмотрим влияние ОС на основные характеристики и показатели усилителя. При положительной ОС глубина ОС A = 1 - К всегда меньше единицы, так как К > l. Поэтому КСВ =  будет больше К.Таким образом, положительная ОС увеличивает коэффициент усилителя в A раз. При отрицательной ОС глубина ОС A = 1 + К всегда больше единицы. Поэтому КСВ=  будет меньше К. Таким образом, отрицательная ОС уменьшает коэффициент усиления усилителя в A раз, повышает стабильность коэффициента усиления усилителя пропорционально глубине ОC A, уменьшает нелинейные искажения усилителя пропорционально глубине ОС А, уменьшает напряжение шyмa UШ u расширяет динамический диапазон усилителя D пропорционально глубине ОС A, уменьшает частотные u фазовые е искажения в усилителе, расширяет диапазон рабочих частот (ДРЧ) пропорционально глубине ОСА.Введение ОС изменяет входную и выходную цепи усилителя, поэтому будут изменяться величины входного и выходного, сопротивлений. Изменение входного сопротивления определяется способом подключенияЦОС к входу усилителя. Последовательная ООС увеличивает: входное сопротивление усилителя; параллельная ООС уменьшает входное сопротивление усилителя. Изменение выходного сопротивления определяется способом снятия ОOС, т.е. способом подключения ЦОС к выходу усилителя ООС по току увеличивает выходное сопротивление усилителя, ООС по напряжению уменьшает выходное сопротивление усилителя. Причем, изменение и входного, и выходного сопротивлений происходит пропорционально глубине ООС А. Задача 4 Рассчитайте каскад предварительного усиления на биполярном транзисторе. Транзистор включен по схеме с общим эмиттером. Подача смещения на базу осуществляется методом фиксированного напряжения, стабилизация режима работы – последовательной обратной связью по току. Схема усилительного каскада приведена на рисунке 4.1. Данные для расчёта приведены в таблице 6. Таблица 6
Решение: 4.1. Принципиальная схема предварительного каскада усиления КПУ приведена на рисунке 4.1.  Рисунок 4.1 – Резистивный каскад усиления на биполярном транзисторе 4.2. Определение данных постоянного режима работы Значение выходного коллекторного тока в рабочей точке:  .Напряжение на выходе транзистора в рабочей точке:  .Значение входного тока базы в рабочей точке:  мА.Значение напряжения Uбэо=0,4 В (для германиевых транзистора). Расчёт элементов схемы Максимальный коэффициент усиления по напряжению получается при эквивалентном сопротивлении нагрузки:  .По переменному току включены Rк и Rн параллельно, поэтому:  .Отсюда рассчитывается сопротивление резистора в цепи коллектора:  . Выбираю номинальное сопротивление коллектора Rк = 3,3 кОм с точностью ± 5%.Сопротивление резистора в цепи эмиттера – сопротивление цепи обратной связи рассчитывается по формуле:  .Изменяем заданное напряжение на выходе транзистора в рабочей точке:  .Пересчитываем сопротивление в цепи эмиттера:  . Выбираю номинальное сопротивление коллектора Rэ = 0,2 кОм с точностью ± 5%.Ток, протекающий через делитель напряжения:  .Рассчитываем делитель напряжения Rд1 и Rд2:  . Выбираю номинальное сопротивление коллектора Rд2 = 6,8 кОм с точностью ± 5%. . Выбираю номинальное сопротивление коллектора Rд1 = 3,3 кОм с точностью ± 5%.Ёмкость разделительного конденсатора:  . Выбираю номинальное значение разделительного конденсатора Ср = 150 нФ с точностью ± 5%.Ёмкость блокировочного конденсатора:  .Выбираю номинальное значение блокировочного конденсатора Сэ = 18 мкФ с точностью ± 5%. Расчёт результирующих параметров. Коэффициент усиления по току:  ; где  .Коэффициент усиления по напряжению:  ;  где - эквивалентное сопротивление транзистора;  .Коэффициент усиления по мощности:  .Коэффициент частотных искажений в области высоких частот:  .Коэффициент частотных искажений не превышает  , поэтому частотные искажения для рассчитанных и выбранных значений резисторов и конденсаторов находятся в пределах нормы.Задача 5 1.Приведите структурную схему операционного усилителя и поясните назначение каскадов. 2. Перечислите достоинства операционного усилителя. 3. Выберите операционный усилитель в соответствии с условием Вашего варианта. 4. Приведите схему функционального узла, выполняющего заданную функцию, укажите назначение элементов схемы. 5. Рассчитайте элементы приведённой схемы и напряжение выходного сигнала. 6. Данные для выбора операционного усилителя, схемы функционального узла и расчёта элементов приведены в таблице 7. Таблица 7
Решение: 5.1. Операционный усилитель (ОУ) предназначен для выполнения различных операций с входными сигналами: усиления, сложения, вычитания, умножения, интегрирования и т.д. Структурная схема приведена на рисунке 5.1.  Рисунок 5.1 – Структурная схема ОУ ДК — дифференциальный каскад с генератором стабильного тока; позволяет получить высокое  , подавить синфазный сигнал, уменьшать уровень шума, дрейф нуля. УН — усилитель напряжения; строится по схеме, полудифференциального каскада, который имеет симметричный вход и несимметричный выход. Поэтому имеет большой коэффициент усиления. ССУ схема сдвига уровня; компенсирует накаливающееся на выходе схемы постоянное напряжение (межкаскадные связи в ОУ- непосредственные). Основой построения схемы сдвига уровня является эмитерный повторитель. ЭП или УМ - оконечный каскад, выполненный по схеме эмиттерного повторителя или усилителя мощности, который имеет низкое  и обеспечивает максимальную отдачу мощности в нагрузку. 5.2. ОУ выполняются в виде интегральных схем. В настоящее времяОУ нашли широкое применение в различной аппаратуре электросвязи, так как они обладают очень высокими качественными показателями: большим коэффициентом усиления, большим входным и малым выходным сопротивлениями, широким диапазоном рабочих частот, низким уровнем шума. Существует понятие идеального усилителя. Сравним основные показатели идеального усилителя и современных ОУ. Таблица 5.2 – Сравнение параметров идеального и реального ОУ
При проектировании схем на ОУ кроме перечисленных параметров необходимо знать и другие: напряжение смещения нуля, средний входной ток, разность входных токов, скорость нарастания выходного напряжения, предельные параметры, ток потребления. Благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ можно ввести очень глубокую ООС, при этом показатели схемы будут определяться только цепью ООС. 5.3. В соответствии с заданными условиями Rвх=0,5М; Uсм=10мВ; выбираю из таблицы 23, приложения 3.1 марку операционного усилителя К157УД2. 5.4. Схема инвертирующего сумматора с усилением на ОУ приведена на рисунке 5.2. В схему вводит: R1 – согласует инвертирующий вход ОУ с 1 источником сигнала; R2 – согласует инвертирующий вход 1 ОУ с 2-м источником сигнала; Rос – задаёт коэффициент усиления.  Рисунок 5.2 – Инвертирующий сумматор 2-х сигналов с усилением 5. Расчёт элементов схемы инвертирующего сумматора 2-х сигналов с усилением Для согласования инвертирующего входа ОУ с источником сигнала, выбираем величину входного сопротивления R1 = R2 = RИС1 = RИС2 = 1,4 кОм. Коэффициент передачи сумматора первого и второго звена:  ;  . Отсюда  .Величина выходного напряжения:  . Список используемых источников: 1. Ушакова Л.В. Электронная техника. Учебное пособие.- М.: 2008. 2. Методические указания по изучению дисциплины «Электронной технике» и контрольные задания для студентов – заочников. – М.: 2012. |
Ом
Ом