reshenie

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный

университет путей сообщения»

Кафедра «Телекоммуникации»

Курсовая работа

по курсу «Физические основы электроники»

Вариант 0

Выполнил студент группы …:

Задача 1.39.

Исходные данные:

Напряжение источника питания Е = 5 В.

Сопротивление резистора R = 8 Ом.

Обратный ток насыщения диода I₀ = 4 мкА.

Температура Т = 200 К.

Рабочая точка находится на прямой ветви диода.

Определить: ток в цепи, состоящей из источника напряжения E, резистора R и диода. Привести схему.

Решение:

Задача решается графо-аналитическим методом.

1. Вольтамперная характеристика диода:

,

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

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

Определим вольтамперную характеристику диода:

, А

2. Рассчитаем нагрузочную прямую:

, А

3. Для построения нагрузочной прямой определим точки пересечения ее с осями координат:

Если I = 0, то U = E = 5 В.

Если U = 0, то А.

4. Построим на одной координатной плоскости вольтамперную характеристику диода и нагрузочную прямую:

Рабочая точка – точка пересечения вольтамперной характеристики диода с нагрузочной прямой. На графике зависимости пересекаются при значении тока I = 0,6 А. Следовательно, ток в цепи, состоящей из источника напряжения E, резистора R и диода равен I = 0,6 А.

Схема:

Ответ: I = 0,6 А.

Задача 40.

Исходные данные:

Напряжение стабилизации U_СТ = 13 В.

Ток стабилизации I_{СТ MAX} = 30 мА.

Ток стабилизации I_{СТ MIN} = 2 мА.

Сопротивление R₂ = 2,5 кОм = 2500 Ом.

Напряжение Е_тin = 18 В.

Напряжение Е_тах =25 В.

Определить недостающие параметры стабилизатора напряжения, схема которого приведена на рис. 1.8 .

Рис. 1.8

Решение:

1. Определим среднее значение источника питания:

В

2. Определим среднее значение тока стабилизации:

мА = 0,016 А

3. Определим ток в нагрузке (на резисторе R₂):

А = 5,2 мА = 0,0052 А

4. Определим сопротивление резистора R₁:

Ом

5. Напряжение источника питания:

В

Ответ: Е_СР = 21,5 В, I_СР.СТ = 16 мА, I_H = 5,2 мА, R₁ = 400 Ом

Задача 2.1.32.

Исходные данные:

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.

Напряжение источника питания Е_К = 9 В

Сопротивление резистора R = 0,3 кОм = 300 Ом

Ток базы в рабочей точке I_бо = 0,2 мА

Мощность, рассеиваемая коллектором Р_ктах = 130 мВт = 0,13 Вт

Амплитуда тока базы I_тБ = 0,1 мА

Диапазон усиливаемых колебаний 100 Гц - 100 кГц.

Определить:

а) построить линию Р_ктах ;

б) по выходным характеристикам найти: постоянную составляющую тока коллектора /_ко; постоянную составляющую напряжения коллектор-эмиттер U_кэ0, 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_к0, полную потребляемую мощность в коллекторной цепи Р_о; КПД коллекторной цепи . Проверить, не превышает ли мощность, выделяемая на коллекторе в режиме покоя Р_к0, 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_U и по мощности К_P, входное сопротивление каскада R_ВХ; сопротивление резистора R_Б и ёмкость разделительного конденсатора С_Р. Начертить схему усилительного каскада.

Решение:

Схема усилительного каскада:

1. Построение линии максимально допустимой мощности на семействе выходных характеристик по формуле:

Рассчитаем значения I_Kmax для U_кэ, равных -7,5; -10; -15 и -20 В:

Uкэ, В	-1	-2	-4	-6	-8	-10
IKmax, мА	130	65	32,5	21,7	16,25	13

2. Рассчитаем уравнение нагрузочной прямой для построения на семействе выходных характеристик:

Если U_кэ = 0, то I_K = 9/300 = 0,03 А = 30 мА.

Если U_кэ = -9 В, то I_K = 0.

Рабочая точка является точкой пересечения линии нагрузки с характеристикой, соответствующей постоянной составляющей тока базы, равной I_Б0 = 0,2 мА = 200 мкА.

Рабочей точке Т соответствует постоянная составляющая тока коллектора I_K0 = 20 мА и постоянная составляющая напряжения U_КЭ0 = -2,8 В.

3. Нагрузочная прямая пересекает зависимость I_K(U_КЭ) при токе базы I_Б = 0,1 мА при токе коллектора, равном I_K = 10 мА, а при токе базы I_Б = 0,3 мА при токе коллектора, равном I_K = 30 мА. Амплитуду переменной составляющей тока коллектора определим как среднее этих значений:

мА = 10^-2 А

4. Амплитуда переменного напряжения на нагрузке:

В

5. Коэффициент усиления по току:

6. Выходная мощность:

Вт = 15 мВт

7. Полная потребляемая мощность в коллекторной цепи:

Вт = 180 мВт

8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе постоянной составляющей коллекторного тока:

Вт = 56 мВт

9. КПД коллекторной цепи:

= 8,3 %

10. P_K0 < P_Kmax, т. к. 56 мВт < 130 мВт, следовательно, режим работы допустимый.

11. Рассмотрим входную характеристику:

В качестве рабочей входной характеристики примем одну из статических характеристик, соответствующую активному режиму, а именно характеристику, снятую при U_KЭ=-5 B.

Из графика находим, что |U_БЭ0| = 0,57 В при I_Б0 = 0,2 мА.

12. По условию I_mБ = 0,1 мА, I_Б0 = 0,2 мА, следовательно,

U_БЭ = 0,525 В при I_Б = 0,2 – 0,1 = 0,1 мА

и U_БЭ = 0,595 В при I_Б = 0,2 + 0,1 = 0,3 мА.

Амплитуда входного напряжения:

В = 35 мВ

13. Модуль коэффициента усиления по напряжению:

14. Коэффициент усиления по мощности:

15. Входная мощность:

Вт = 1,75 мкВт

16. Входное сопротивление:

Ом

17. Сопротивление резистора:

Ом = 42,15 кОм

18. Ёмкость конденсатора CP определяется из условия:

,

где _Н – низшая рабочая частота.

Следовательно,

Ф = 0,378 мкФ

Ответ: I_K0 = 20 мА, U_КЭ0 = -2,8 В, I_mK = 10^-2 А, U_mКЭ = 3 В, K_i = 100, Р_ВЫХ = 15 мВт, Р₀ = 0,18 Вт, Р_К0 = 56 мВт,  = 8,3 %, U_БЭ0 = -0,57 В, U_mБЭ = 35 мВ,

Р_ВХ = 1,75 мкВт, , , R_ВХ = 42,15 кОм, C_P = 0,378 мкФ.

Задача 2.1.33.

Исходные данные:

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 = -2,8 В и I_K0 = 20 мА.

1. По выходной характеристике определяем, что для рабочей точки при U_КЭ = -2,8 В: коллекторный ток I_K = 10 мА при I_Б = 0,1 мА, I_K = 34,8 мА при I_Б = 0,3 мА.

Следовательно, коэффициент передачи тока для схемы с общим эмиттером:

2. По выходной характеристике для I_Б = 0,2 мА определяем, что коллекторный ток I_K = 20 мА при U_КЭ = 2 В, коллекторный ток I_K = 22,5 мА при U_КЭ = 10 В.

Следовательно, выходная проводимость для схемы с общим эмиттером:

См = 312,5 мкСм

3. Выходное сопротивление:

Ом  3,2 кОм

4. По входной характеристике для U_КЭ = -5 В определяем, что ток базы I_Б = 0,14 мА при U_ЭБ = 0,56 В, ток базы I_Б = 0,3 мА при U_ЭБ = 0,6 В.

Входное сопротивление:

Ом

5. С помощью найденных параметров определим искомые значения по приближённым формулам.

Коэффициент усиления по току:

Аналитический расчет:

Результат сходится с графо-аналитическим расчётом.

6. Входное сопротивление:

Ом

7. Коэффициент усиления по напряжению:

Аналитический расчет:

8. Коэффициент усиления по мощности:

Ответ: параметры h_11Э = 250 Ом, h_21Э = 124, h_22Э = 312,5 мкСм, R_ВЫХ = 3,2 кОм, и аналитически рассчитанные К_I = 122,9, К_U = 148,8, К_P = 18128, R_ВХ = 250 Ом.

Задача 2.1.34.

Исходные данные:

Сопротивление R₁ = 20 кОм.

Сопротивление R₂ = 10 кОм.

Сопротивление R₃ = 1 кОм.

Коэффициент передачи тока β=60.

Напряжение источника Е_к = 15 В.

Напряжение источника Е = -3 В.

Напряжение порога U_nop = 0,6 В.

Обратный ток I_К0 = 2 мкА.

Рассчитать, при каких напряжениях U_ВХ транзистор в схеме, приведенной на рис. 2.9, будет находиться:

а) в режиме насыщения;

б) в режиме отсечки;

в) в активном режиме.

Рис. 2.9

Решение:

По исходным данным таблицы 8 определим тип транзистора р-n-р, т.к. на коллектор подается отрицательное напряжение Е_к = -15 В относительно заземленного эмиттера, и материал изготовления транзистора – кремний, т.к. U_nop = 0,6 В.

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

.

Условие насыщения транзистора:

,

для рассматриваемой схемы можно записать в виде:

,

откуда получим:

.

В

2. Для режима отсечки необходимо обеспечить напряжение на базе:

,

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

Условие отсечки для n-p-n транзисторов:

.

Условие отсечки для p-n-p транзисторов:

.

Условие отсечки транзистора перепишем в виде:

,

откуда следует:

В

3. Условие активного режима:

В

Ответ: транзистор работает в режиме насыщения при В; в режиме отсечки при В; в активном режиме при В.

Задача 2.2.13.

Исходные данные:

Полевой транзистор с управляющим р-n переходом и каналом n-типа используется в цепи усилительного каскада, изображенного на рис. 2.13.

Напряжение отсечки U_ОТС = 2 В.

Ток стока максимальный I_Сmax = 5 мА.

Ток стока в рабочей точке I_С = 2 мА.

Коэффициент усиления |К_U| = 8.

Напряжение E_с = 20 В.

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.

Рис. 2.13

Решение:

Для решения задачи необходимо использовать основные соотношения для полевого транзистора с встроенным затвором:

,

,

.

1. Определим напряжение смещения затвор-исток U_ЗИ:

В

2. Рассчитаем максимальную крутизну:

А/В = 5 мА/В

Найдем крутизну транзистора в рабочей точке S:

А/В = = 3,16 мА/В.

3. Сопротивление резистора в цепи истока R₁:

Ом

4. Сопротивление нагрузки в цепи стока R₂:

Ом = 2,53 кОм

5. Напряжение сток-исток U_СИ:

В

Ответ: U_ЗИ = 0,735 В, S = 3,16 мА/В, R₁ = 1368 Ом, R₂ = 2530 Ом, U_СИ = 12,2 В.