Федеральное агентство связи Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики Кафедра ТЭ Курсовая работа по дисциплине «Физические основы электроники» Выполнил: студент гр. ММП-71 Варламов С.В. Проверил: Гришина И.В. Новосибирск 2018 Часть 1. Вариант №2. Задача 1. Цепь состоит из последовательно включенного диода КД416 и резистора 5 Ом (рис 1). На ВАХ диода (рис.2) построить нагрузочную прямую при Е = 1,5 В. Определить ток, падение напряжения на диоде и на нагрузке Т = 20 ОС. Рис. 1 – Схема включения диода Рис. 2 – ВАХ диода КД416 Решение: Для построения нагрузочной прямой возьмём две точки: 1) при Uпр = E = 1,5 В, Iпр = 0; 𝐸 2) при Uпр = 0, Iпр = = 1,5/5 = 0,3 А = 300 мА. 𝑅 Далее проведём прямую. За рабочую точку обозначим пересечение прямой с ВАХ диода при T = 20 ОC. Таким образом, поскольку элементы в цепи включены последовательно, ток в цепи будет 125 мА. Падением напряжения на диоде будет значение пересечения нагрузочной прямой и ВАХ диода, а падением напряжения на резисторе будет остальное изменение значения напряжения вплоть до 1,5 В. Таким образом, UД = 0,87 В; UR = E – UД = 1,5 – – 0,87 = 0,63 В. Ответ: IД = IR = 125 мА; UД = 0,87 В; UR = 0,63 В. Задача 2. Для двух точек (одна на прямой ветви ВАХ при I = 0,5 Imax, другая на обратной U = 0,5 Umax) определить дифференциальное 2 сопротивление и сопротивление по постоянному току. Сравнить, сделать выводы. Т = 20 OС. Решение: Для КД416 максимально допустимый прямой ток, т.е. Imax = 300 мА; максимально допустимое обратное напряжение, т.е. Umax = 400 В. Зная эти значения, найдём рабочие точки на ВАХ этого диода: Рис. 3 – Нахождение дифференциального сопротивления и сопротивления по постоянному току по ВАХ диода КД416 при Т = 20 OС U = 0,5 Umax = 0,5 400 = 200 В; I = 0,5 Imax = 0,5 300 = 150 мА. Посчитаем сопротивления при обратном токе: Iобр| (Uобр = 200 В) = 9 мкА; R = U / I = 200 / (9 10-6) = 22,22 МОм; ΔUобр = 250 - 150 = 100 В; ΔIобр = 10 - 9 = 1 мкА; Rдиф обр = ΔUобр / ΔIобр = 100 / (10-6) = 100 МОм; Посчитаем сопротивления при прямом токе: Uпр| (Iпр = 150 мА) = 0,9 В; R = U / I = 0,9 / 0,15 = 6 Ом; ΔUпр = 0,93 – 0,88 = 0,05 В; ΔIпр = 175 – 125 = 50 мА; Rдиф пр = ΔUпр / ΔIпр = 0,05 / (50 10-3) = 1Ом. 3 Вывод: На прямой ветви ВАХ дифференциальное сопротивление меньше сопротивления по постоянному току, на обратной ветви ВАХ дифференциально сопротивление больше сопротивления по постоянному току. Сопротивление диода при обратном включении много больше сопротивления при прямом включении, поскольку диод при обратном включении закрыт. Задача 3. Для тех же значений тока и напряжения определить дифференциальное сопротивление и сопротивление по постоянному току диода при повышенной температуре. Сравнить со значениями предыдущего пункта, сделать выводы. Решение: По тем же Imax и Umax выберем рабочие точки на ВАХ диода при T = 60 OC: Рис. 4 – Нахождение дифференциального сопротивления и сопротивления по постоянному току по ВАХ диода КД416 при Т = 60 OС 4 Посчитаем сопротивления при обратном токе: Iобр| (Uобр = 200 В) = 24 мкА; R = U / I = 200 / (24 10-6) = 8,33 МОм; ΔUобр = 225 - 175 = 50 В; ΔIобр = 25 - 23 = 2 мкА; Rдиф обр = ΔUобр / ΔIобр = 50 / (2 10-6) = 25 МОм; Посчитаем сопротивления при прямом токе: Uпр| (Iпр = 150 мА) = 0,82 В; R = U / I = 0,82 / 0,15 = 5,47 Ом; ΔUпр = 0,84 – 0,79 = 0,05 В; ΔIпр = 175 – 125 = 50 мА; Rдиф пр = ΔUпр / ΔIпр = 0,05 / (50 10-3) = 1Ом. Вывод: При более высокой температуре сопротивление диода уменьшилось как на прямой, так и на обратной ветвях ВАХ. Задача 4. Привести схему и, пользуясь справочником, выбрать диоды для однополупериодного выпрямителя (рис.5) напряжением 100 В, выпрямленным током 2,5 А. Рис. 5 – Схема однополупериодного выпрямителя Решение: По данным задачи нам нужны Uвыпр = 100 В; Iвыпр = 2,5 А. По просмотренному мной справочнику был найден диод КД527А, подходящий по параметрам максимально допустимого обратного напряжения Uобр = 200 В, которое в 2 раза больше требуемого выпрямленного напряжения, а также максимально возможного прямого тока Iпр = 3 А, что с запасом больше нужного нам выпрямленного тока 2,5 А. 5 Задача 5. Привести стабилитрон и рассчитать схему, пользуясь справочником, гасящее сопротивление для выбрать простейшего стабилизатора напряжения при условиях: напряжение стабилизации 3,9 В, среднее напряжение на входе стабилизатора ЕВХ = 8 В, ток нагрузки 30 мА. Проверить, будет ли стабилизация, если EВХ будет изменяться от 6 до 10 В. Если условие не выполняется – подобрать новый стабилитрон и повторно провести проверку. Рис. 6 – Схема простейшего стабилизатора напряжения Решение: Диод с номинальным напряжением стабилизации 3,9 В – КС139А, ток стабилизации в диапазоне (3 ÷ 70) мА, тогда средний ток стабилизации IСТ СР = 36,5 мА. Рассчитаем RН: RН = UСТ / IН = 3,9 / 30 = 0,13 кОм = 130 Ом. Рассчитаем гасящее сопротивление по формуле: 𝑅= 𝑈𝑅 𝐼 = 𝐸ВХ −𝑈ВЫХ 𝐼СТ СР +𝐼Н = 8−3,9 36,5+30 = 0,062 кОм = 62 Ом. Проверим наличие стабилизации при EВХ = 6 В: 𝐼СТ1 = 𝐸ВХ МИН −𝑈ВЫХ 𝑅 − 𝐼Н = 6−3,9 62 − 0,03 = 0,034 − 0,03 = 40 мА > 3 мА. Проверим наличие стабилизации при EВХ = 10 В: 𝐼СТ2 = 𝐸ВХ МАКС−𝑈ВЫХ 𝑅 − 𝐼Н = 10−3,9 62 − 0,03 = 0,098 − 0,03 = 68 мА < 70 мА. По результатам проверки стабилитрон подходит для данной задачи. 6 Задача 6. Определить напряжение на варикапе, при котором контур будет настроен на частоту 13,8 МГц (рис. 7). Индуктивность 6 мкГн. Привести характеристику варикапа (рис. 8) и указать напряжение, при котором выполняется условие задачи. UОБР НОМ = 4 В, СН = 25 пФ. Рис. 7 – Схема данного контура Рис. 8 – Характеристика варикапа Решение: Определим эквивалентную ёмкость контура по формуле: 𝐶ЭКВ = 1 4𝜋2 𝑓02 𝐿 = 1 4∗9,87∗190,44∗1012 ∗6∗10−6 = 2,2167 ∗ 10−11 Ф = 22,17 пФ. Выразим и посчитаем необходимую ёмкость варикапа из формулы: 𝐶ЭКВ = 𝐶0 ∗𝐶В 𝐶0 +𝐶В ; 𝐶В = 𝐶0 ∗𝐶ЭКВ 𝐶0 −𝐶ЭКВ = 10−8 ∗22,17∗10−12 10−8 −22,17∗10−12 = 22,22 ∗ 10−12 Ф = 22,22 пФ. Примерно подходящий по своим характеристикам – варикап КВ102Б: его номинальная ёмкость при обратном напряжении 4 В может достигать 22,22 пФ. Найдём отношение 𝐶В 𝐶Н = 22,22 25 = 0,89, тогда 𝐶В 𝐶Н : 𝑈ОБР 𝑈ОБР НОМ = 1,25, тогда 𝑈ОБР = 1,25 ∗ 𝑈ОБР НОМ = 1,25 ∗ 4 = 5 В. Таким образом, СВ = 22,22 пФ; UОБР = 5 В. 7 Часть 2. Вариант №2. Задача 1. По выходным характеристикам полевого транзистора построить передаточную характеристику при указанном напряжении стока. Определить дифференциальные параметры S, Ri, полевого транзистора и построить их зависимости от напряжения на затворе. Сделать выводы о зависимости параметров транзистора от режима работы. Исходные данные: транзистор КП303А, UСИ0 = 4 В, UЗИ0 = -2,5 В. Рис. 9 – Выходная характеристика полевого транзистора КП303А Таблица 1 – Значения тока стока при UСИ = 4 В UЗИ, В 0 -0,25 -0,5 -0,75 -1 -1,25 -1,5 IС, мА 2,08 1,62 1,18 0,82 0,54 0,30 0,18 Построим характеристику прямой передачи по данным из таблицы: 8 Рис. 10 – Характеристика прямой передачи полевого транзистора КП303А Рассчитаем крутизну графика для красных точек (нумерация справа налево) по формуле: 𝑆 = ∆𝐼С ∆𝑈ЗИ ; S1 = 0,46 / 0,25 = 1,84; S2 = 0,44 / 0,25 = 1,76; S3 = 0,36 / 0,25 = 1,44; S4 = 0,28 / 0,25 = 1,12; S5 = 0,24 / 0,25 = 0,96; S6 = 0,12 / 0,25 = 0,48. 9 Таблица 2 UЗИ, В -0,125 -0,375 -0,625 -0,875 -1,125 -1,375 ΔIС, мА 0,12 0,24 0,28 0,36 0,44 0,46 S, мА/В 1,84 1,76 1,44 1,12 0,96 0,48 Построим график зависимости S(UЗИ): Рис. 11 – График зависимости крутизны от напряжения затвор-исток Определим приращения тока стока на приращении напряжения стокисток ±2 В относительно данного напряжения 4 В: 10 Рис. 12 – Определение приращения тока стока графическим методом Рассчитаем Ri для каждого значение UЗИ по формуле: 𝑅𝑖 = 𝑅𝑖 = 𝑅𝑖 = 𝑅𝑖 = 𝑅𝑖 = 𝑅𝑖 = 4 0,13 4 0,11 4 0,09 4 0,07 4 0,05 4 𝑅𝑖 = 0,03 𝑅𝑖 = 0,02 4 ∆𝑈СИ ∆𝐼С ; = 30,77 кОм | 𝑈ЗИ = 0; = 36,36 кОм | 𝑈ЗИ = −0,25 В; = 44,44 кОм | 𝑈ЗИ = −0,5 В; = 57,14 кОм | 𝑈ЗИ = −0,75 В; = 80 кОм | 𝑈ЗИ = −1 В; = 133,33 кОм | 𝑈ЗИ = −1,25 В; = 200 кОм | 𝑈ЗИ = −1,5 В; 11 Таблица 3 UЗИ, В 0 -0,25 -0,5 -0,75 -1 -1,25 -1,5 ΔIС, мА 0,13 0,11 0,09 0,05 0,04 0,02 0,01 Ri, кОм 30,77 36,36 44,44 57,14 80 133,33 200 S, мА/В 1,84 1,76 1,44 1,12 0,96 0,48 µ 66,9 78,2 82,28 89,6 128 96 Построим график зависимости Ri(UЗИ): Рис. 13 – График зависимости Ri(UЗИ) 12 Построим график зависимости µ(UЗИ): Рис. 14 – График зависимости µ(UЗИ) Вывод: При увеличении отрицательного напряжения затвор-исток ток стока становится меньше вследствие постепенного закрытия канала. Крутизна, характеризующая выходную проводимость транзистора, уменьшается. Коэффициент усиления с увеличением отрицательного напряжения затвористок увеличивается до определённого максимума, а затем уменьшается. 13 Часть 3. Вариант №2. Задача 2. Используя характеристики заданного биполярного транзистора определить h-параметры биполярного транзистора и построить зависимости этих параметров от тока базы. Сделать выводы о зависимости параметров транзистора от режима работы. Исходные данные: транзистор КТ602А, UКЭ = 15 В. Рис. 15 – Входная и выходная характеристика транзистора КТ602А Определим h-параметры для транзистора КТ602А при напряжении коллектор-эмиттер UКЭ = 15 В. Найдём параметр h11Э в точке А при токе базы IБ0 = 700 мкА. Возьмём приращение тока базы ΔIБ = ±100 = 200 мкА относительно рабочей точки. Также занесём в таблицу значения ΔUБЭ для IБ = 100, 300, 500, 900, 1100 мкА. Параметр h11Э определяется по формуле: ℎ11Э = ℎ11Э = ℎ11Э = ℎ11Э = 0,09 100 0,03 100 ∆𝐼Б |𝑈КЭ = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡; = 0,9 кОм |𝑈КЭ = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡; = 0,3 кОм |𝑈КЭ = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡; 0,025 100 ∆𝑈БЭ = 0,25 кОм |𝑈КЭ = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡. Т.к. остальные приращения одинаковые, считать их несколько раз смысла нет. 14 Таблица 4 IБ0, мкА 100 300 500 700 900 1100 ΔUБЭ, В 0,09 0,03 0,025 0,025 0,025 0,025 h11Э, Ом 900 300 250 250 250 250 Построим зависимость h11Э(IБ): Рис. 16 – Зависимость h11Э(IБ0) Рассчитаем параметр h21Э для разных значений тока базы по формуле: ℎ21Э = ∆𝐼К ∆𝐼Б |𝑈КЭ = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡; 15 ℎ21Э = ℎ21Э = 9 0,2 11 0,2 12 ℎ21Э = 0,2 ℎ21Э = 0,2 ℎ21Э = 12 10 0,2 = 45 |𝑈КЭ = 15 В; = 55 |𝑈КЭ = 15 В; = 60 |𝑈КЭ = 15 В; = 60 |𝑈КЭ = 15 В; = 50 |𝑈КЭ = 15 В. Таблица 5 IБ0, мкА 300 500 700 900 1100 ΔIК, мА 9 11 12 12 10 h21 45 55 60 60 50 Построим зависимость h21Э(IБ0): Рис. 17 – Зависимость h21Э(IБ0) 16 Определим параметр h22Э по выходной характеристике: Рис. 18 – Графическое определение приращения IК при постоянном ΔUКЭ Определим параметры h22Э по формуле: ℎ22Э = ℎ22Э = ℎ22Э = ℎ22Э = ℎ22Э = ℎ22Э = ℎ22Э = 0,2 4 0,4 4 0,6 4 0,8 4 1,5 4 2,5 4 ∆𝐼К ∆𝑈КЭ |𝐼Б = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡; = 0,05 См ∗ 10−3 |𝐼Б = 200 мкА; = 0,1 См ∗ 10−3 |𝐼Б = 400 мкА; = 0,15 См ∗ 10−3 |𝐼Б = 600 мкА; = 0,2 См ∗ 10−3 |𝐼Б = 800 мкА; = 0,38 См ∗ 10−3 |𝐼Б = 1000 мкА; = 0,63 См ∗ 10−3 |𝐼Б = 1200 мкА; 17 Таблица 6 IБ0, мкА 200 400 600 800 1000 1200 ΔIК, мА 0,2 0,4 0,6 0,8 1,5 2,5 h22, См*10-3 0,05 0,1 0,15 0,2 0,38 0,63 Построим зависимость h22Э(IБ0): Рис. 19 – Зависимость h22Э(IБ0) Параметр h12Э по характеристикам обычно не определяется, так как входные характеристики для рабочего режима практически сливаются, и определение параметра даёт очень большую погрешность. 18
