контрольная работа вар 17
.docxЗадача 1.
Рисунок 1. Входные и выходные ВАХ транзистора кремниевого маломощного транзистора, включенного с ОЭ
Рисунок 2. Выходные ВАХ кремниевого маломощного транзистора, влюченного с ОЭ
Исходные данные (вариант 17):
Ток базы покоя: Iб = 60 мкА
Напряжение питания: Eк = 5 В
Сопротивление коллекторной нагрузки: Rк = 1,25 кОм
Перерисуем входные (рис.1) и выходные (рис.2) ВАХ транзистора. Для выходных ВАХ отметим значения токов базы.
Режим усиления:
а) На входной характеристике транзистора для Uкэ ≥ 1 В (рис. 3) находим рабочую точку, соответствующую току базы транзистора и определяем напряжение база-эмиттер транзистора для этой рабочей точки:
.
Рисунок 3. Входная ВАХ транзистора
На семействе выходных характеристик рис.4 строим нагрузочную прямую
,
которую проведём через две точки с координатами:
т.A ( , )
т.B ( , .
Рисунок 4. Выходные ВАХ транзистора
Рабочую точку (рис.4) находим графически как точку пересечения нагрузочной прямой и линии выходной ВАХ тока базы рабочей точки .
Определяем графически параметры рабочей точки (рис.4):
ток коллектора:
и напряжение коллектор-эмиттер:
Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора, равна
Мощность, рассеиваемая на резисторе коллекторной цепи транзистора, равна
б) Построим передаточную характеристику Iк = Iк (Iб), соответствующую нагрузочной прямой, для чего графически определим координаты тока коллектора точек пересечения с нагрузочной прямой всех имеющихся линий выходных ВАХ транзистора (рис.5). Расчетные данные сводим в таблицу 1, и строим по ним передаточную характеристику Iк = Iк (Iб). Передаточную характеристику удобно строить слева от семейства выходных ВАХ транзистора (во 2-м квадранте), совмещая оси ординат – оси тока коллектора (рис.5).
Таблица 1. Расчетные данные для построения передаточной характеристики Iк = Iк (Iб)
Iб, мкА |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
Iк,мА |
≈ 0 |
1 |
2 |
3 |
3,76 |
3,8 |
3,81 |
3,81 |
Рисунок 5. Передаточная характеристика Iк = Iк (Iб)
По наклону передаточной характеристики в окрестности рабочей точки тока базы определяем коэффициент передачи тока базы (рис.5):
Также определяем границу тока базы и тока коллектора, при которых транзистор выходит в область насыщения:
и
Отмечаем на графике передаточной характеристики активную область (область малых нелинейных искажений) и область насыщения (рис.5).
в) Максимальная амплитуда переменной составляющей выходного напряжения ограничена областью отсечки (значение тока базы ) и областью насыщения (значение тока базы ). Тогда, максимальная амплитуда переменной составляющей выходного напряжения определяется амплитудой тока базы:
и изменению тока коллектора между своим максимальным значением:
и своим минимальным значением:
Этим значениям соответствуют граничные значения входного тока базы:
и граничные значения напряжения коллектор-эмиттер:
На выходных ВАХ транзистора (рис.6) строим временные диаграммы выходного напряжения и выходного тока коллектора и определяем амплитуду переменного сигнала выходного напряжения:
и амплитуду переменного сигнала выходного тока коллектора:
Рисунок 6. Временные диаграммы выходного напряжения и тока коллектора
На входной характеристике для Uкэ ≥ 1 В (рис.7) строим временные диаграммы входного тока базы между его граничными значениями и и определяем соответствующие границы входного напряжения база-эмиттер
.
Амплитуда переменного сигнала входного тока базы:
а амплитуда переменного сигнала входного напряжения база-эмиттер:
Рисунок 7. Временные диаграммы входного сигнала и определение входного сопротивления
На входной характеристике для Uкэ ≥ 1 В (рис.7) определяем изменение входного напряжения база-эмиттер для изменения тока базы:
около рабочей точки тока базы :
.
Входное сопротивление каскада усилителя:
Выходное сопротивление каскада усилителя:
Коэффициент усиления по напряжению:
Коэффициент усиления по току:
Коэффициент усиления по мощности:
Полезная мощность в нагрузке (определяется по максимальной амплитуде выходного сигнала в режиме отсутствия ограничения)
Ключевой режим:
г) На выходных ВАХ транзистора (рис.8) определяем остаточное напряжение на открытом транзисторе:
и выходной ток насыщения:
Сопротивление транзистора в состоянии “включено”:
Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора в состоянии “включено”,
Рисунок 8. Ключевой режим работы транзистора
Минимальный ток базы, необходимый для включения транзистора, -- это ток базы нижней ветви, где транзистор находится в режиме насыщения:
Рисунок 9. Определение входного напряжения включения
На входной ВАХ транзистора в режиме насыщения (ветвьUкэ = 0 В) (рис.9) определяем входное напряжение включения для входного тока базы :
Мощность, необходимая для включения транзистора:
Задача 2.
Исходные данные (вариант 17):
Напряжение входных сигналов: U1 = 5 B, U2 = 10 B
Фазы входных сигналов: U1 = +, U2 = --
Рисунок 10. Схема включения идеального операционного усилителя
В схеме сигналы подается U2 на инвертирующий сигнал, а U1 на неинвертирующий. Это означает, что фаза выходного сигнала от воздействия будет совпадать с фазой U1, а фаза выходного сигнала U2 от воздействия будет противоположным.
Сигнал U1 усиливается без инверсии, сигнал U2 усиливается с инверсией, поэтому на выходе сигналы от первого и от второго входа совпадают по фазе. Выходной сигнал – сумма выходных сигналов от первого и от второго входов.
Рисунок 11. Временные диаграммы входных и выходных сигналов
На рис.11 изображены временные диаграммы входных и выходных сигналов. В условном масштабе при равном коэффициенте усиления по каждому из входов соотношение амплитуд выходных сигналов сохраняется.
Результирующий сигнал представляет сумму выходных сигналов от воздействия каждого с учетом фазовых соотношений. В данном случае фаза результирующего сигнала совпадает с фазами откликов на оба входных сигнала.
Задача 3.
Исходные данные (вариант 17):
Логическая функция: ИЛИ-НЕ на кМПД ключах
Входной сигнал: Х1 = 1, Х2 = 1
Логическая схема представлена на рис. 12:
Рисунок 12. Схема кМПД ключа
Если на входы Х0 и Х1 подать сигналы низкого уровня, то транзисторы VT1 и VT2 окажутся открытыми, а транзисторы VT3 и VТ4 — закрытыми. В результате на выходе Yокажется сигнал высокого уровня. Если хотя бы на одни из входов подан сигнал высокого уровня (1) , то хотя бы один из транзисторов VT1 или VТ2 окажется закрытым, a хотя бы один из транзисторов VT3 или VT4 — открытым. B результате сигнал на выходе Y окажется низкого уровня (0).
Москва, 2021 г.