- •Элементы электроники. Основы электроники.
- •Электроника
- •Методические указания к расчётно-графическим и контрольным работам для студентов электротехнических
- •Специальностей
- •212000, Г. Могилев, пр. Мира, 43
- •1 Требования к выполнению расчетно-графических и контрольных работ
- •2 Задания к расчётно-графическим и контрольным работам
- •3 Примеры решения задач
- •I, мА u, в 4 8 12 0,6 1,2 1,8 0
- •Список литературы
- •Приложение а (информационное) Числовой ряд сопротивлений резисторов и конденсаторов
I, мА u, в 4 8 12 0,6 1,2 1,8 0
Рисунок 17 – ВАХ светодиода
Задача 6. Рассчитать входное напряжение Uвх биполярного транзистора КТ315Г, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ), обеспечивающего получение выходного напряжения Uвых= Un/2. Исходные данные к задаче: Un=30 В, RК=750 Ом. Задачу необходимо решить графо-аналитическим методом по входным и выходным характеристикам транзистора, осуществить моделирование работы схемы в среде Multisim.
Пример решения
Схема включения транзистора представлена на рисунке 18, а.
Необходимо обеспечит выходное напряжение Входные и выходные характеристики транзистора приведены на рисунке 18, б, в).
Так как характеристики биполярного транзистора являются нелинейными, то воспользуемся графо-аналитическим методом расчёта.
Для этого на выходных характеристиках транзистора проведём нагрузочную прямую, определяемую уравнением Она пройдёт через точки(,
Для выходного напряжения найдём точку пересечения одной из выходных характеристик с нагрузочной прямой для– точка А (рисунок 18, в). Данная точка А соответствует току коллектора транзистораи току базы
а) б)
в)
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
IБ, мА
56,3о
Б
0,3 0,5 0,7 0,9
UБЭ,В
Рисунок 18 – Схема цепи, содержащей биполярный транзистор (а) и его входная (б) и выходная (в) характеристики.
На входной характеристике транзистора (рисунок 18, б) отметим точку Б, соответствующую току базы Через эту точку под углом к оси тока равнымпроведём прямую до пересечения с осью напряжений, гдеMi, MU – масштаб по оси тока и напряжения соответственно. Полученная точка пересечения и даст искомое входное напряжение.
Для рассматриваемого случая:
Получаем
Модель схемы включения биполярного транзистора КТ315Г в среде Multisim приведена на рисунке 19. Результаты моделирования: Uвх=0,8 В, Uвых=13,98 В, Iб=0,15м А, Iк=21 мА.
Рисунок 19 – Модель схемы включения биполярного транзистора КТ315Г для обеспечения заданного выходного напряжения
Задача 7. Выполнить расчёт и выбор элементы схемы включения полевого транзистора 2N3972 с управляющим p-n переходом с общим истоком (ОИ) по постоянному току при работе в режиме класса А при напряжении источника питания ЕС=20 В. Необходимо по аналитическим зависимостям определить сопротивление автоматического смещения RИ, сопротивление в цепи стока RС и цепи затвора RЗ, осуществить моделирование работы схемы в среде Multisim.
Пример решения
Транзистор 2N3972 имеет канал n-типа и работает при UС > 0 и UЗИ ≤ 0. Такой режим может быть обеспечен одним источником питания с применением так называемого «автоматического смещения». Схема имеет вид, показанный на рисунке 20.
Параметры транзистора: напряжение отсечки транзистора Uотс = 0,5 В, максимальный ток стока IС макс = 30 мА.
Аналитическая зависимость имеет вид:
Рисунок 20 – Схема включения полевого транзистора с ОИ
Откуда
Пусть ток стока в рабочей точке вдвое меньше максимального тока IСмакс, т.е. IС = 30/2 = 15 мА. Тогда
Найдем сопротивление автоматического смещения. Так как IЗ << IС, напряжение затвор-исток равно падению напряжения на RИ, поэтому
Ближайший номинал из стандартного ряда Е24 равен 10 Ом.
Сопротивление резистора RЗ выбираем из условия
, приняв
Отсюда получаем
Выбираем из ряда номиналов резистор с сопротивлением 100 кОм.
Сопротивление резистора RС находим из уравнения токов и напряжений в схеме:
Считаем, что усилитель работает в режиме класса А, и принимаем
Решаем уравнение относительно RС:
Выбираем ближайший из ряда Е24 номинал RC = 680 кОм.
Модель схемы включения полевого транзистора в среде Multisim приведена на рисунке 21. Результаты моделирования: Iз=0,015 мкА, Uзи=-0,147 В, Ic=15 мА, Uси=9,753 В.
Рисунок 21 – Модель схемы включения полевого транзистора для обеспечения заданного выходного напряжения
Задача 8. Разработать схему электронного ключа на биполярном транзисторе КТ908А. Исходные данные к задаче: . Необходимо графоаналитически определить сопротивление управления в цепи базыRУ, осуществить моделирование её работы схемы в среде Multisim, определить длительность фронта tф и среза импульса tС выходного напряжения.
Пример решения
Схема электронного ключа приведена на рисунке 22.
а) б)
UКЭ,В
Рисунок 22 – Схема электронного ключа (а) и выходные характеристики биполярного транзистора (б).
Параметры транзистора КТ908А (аналог 2N3879): статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером - ; постоянное напряжение между выводами эмиттера и базы при заданном обратном токе коллектора, равным нулю -; постоянный обратный ток коллектора -сопротивление цепи базы.
На выходных характеристиках транзистора проведём нагрузочную прямую. Она пройдёт через точки
Определим параметры входной цепи транзистора (сопротивление ), обеспечивающие его включенное состояние в режиме насыщения, по уравнению:
–коэффициент насыщения. Определяет превышение базового тока насыщения транзистора над его граничным значением . Принимаетсяравным= 1,5…2,0.
–ток коллектора насыщения. Из графика (рисунок 22, б)
Подставляя соответствующие значения в уравнение (2), получим:
Выбираем из стандартного ряда Е24.
Определяем параметры входной цепи, обеспечивающие режим запирания транзистора (режим отсечки).
Для обеспечения режима глубокой отсечки сопротивление должно удовлетворять неравенству:
Окончательно выбираем
Модель электронного ключа в среде Multisim приведена на рисунке 23.
tф
tс
Рисунок 23 – Модель схемы электронного ключа и временные диаграммы работы
В результате моделирования определяем: время фронта tф=0,8 мкc, время среза tc=0,5 мкc.
Задача 9. Разработать схему устройства на логических элементах серии К561, работа которого описывается выражением . Осуществить моделирование работы схемы при комбинации логических сигналов на входах
Х1, Х2, Х3, Х4, Х5, Х6, Х7, Х8=0,0,0,1,0,1,1,0.
Пример решения
Сигналы Х1, Х2, Х3 логически умножаются и инвертируются. Это делается с помощью логического элемента 3И-НЕ с выходом У1. Сигналы Х4, Х5, Х5 логически суммируются и инвертируются. Это делается с помощью логического элемента 3ИЛИ-НЕ с выходом У2. Проинвертированный с помощью элемента НЕ сигнал Х7 логически перемножается с Х8. Это возможно осуществить логическим элементом 2И с выходом У3. Над выходными сигналами У1 и У2 выполняется операция исключающее ИЛИ с выходом У4 и результат логически складывается с У3 элементом 2ИЛИ.
Реализуем устройство на логических элементах DD1 К561ЛА9 (3 элемента 3И-НЕ), DD2 К561ЛП2 (4 элемента исключающее ИЛИ), DD3 К561ЛЕ10 (3 элемента 3ИЛИ-НЕ), DD4 К561ЛН2 (6 элементов НЕ) (приложение Г).
Операцию реализуем в виде(двойное отрицание):(элементDD4.1), (элемент DD1.2), (элемент DD4.2). Логическую операцию реализуем в виде(элементыDD3.2 и DD4.1).
Разработанная схема приведена на рисунке 24.
X7
X8
Рисунок 24 – Схема устройства на логических элементах
Определим значение логической функции при заданных значениях входных переменных:
;
;
;
;
.
Производим построение модели устройства на логических элементах (рисунок 25):
- задаем источник сигнала U=15 В (сигнал логической 1). Значения входных переменных формируем с помощью ключей 1..8;
- выбираем логические элементы из библиотеки элементов;
- на выходы логических элементов подключаем логические пробники;
- запускаем моделирование работы схемы (рисунок 10).
Полученная логическая функция Y =1 и промежуточные функции Y1=1, Y2=0, Y3=0, Y4=1 соответствуют расчётным.
Рисунок 25 – Модель схемы устройства на логических элементах
Задача 10. Разработать функциональную схему на логических элементах 2И-НЕ триггера, условное обозначение которого имеет вид, показанный на рисунке 26. Составить таблицу состояний и временные диаграммы. Осуществить моделирование работы триггера в среде Multisim на элементах серии К555 (74LS).
Рисунок 26 – Асинхронный RS–триггер
Пример решения
Схема триггера на логических элементах 2И–НЕ, соответствующая приведенному условному обозначению, представлена на рисунке 27. Здесь же приведена таблица состояний триггера, где - текущее состояние, - предшествующее состояние, Х - запрещённое состояние.
Триггер обеспечивает хранение информации при состоянии входов
= 1, R = 0. Запрещённое состояние – при = 0, R = 1.
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Х |
Х |
1 |
0 | ||
1 |
1 |
0 |
1 |
Рисунок 27 – Схема асинхронного RS–триггера на логических элементах 2И–НЕ и таблица состояний
Временные диаграммы работы триггера приведены на рисунке 28.
Рисунок 28 – Временные диаграммы работы триггера
Модель асинхронного RS–триггера на элементах серии 74LS (аналог К555) приведена на рисунке 29.
Рисунок 29 – Временные диаграммы работы триггера асинхронного RS–триггера на элементах 2И-НЕ