3 Есептеу-графикалық жұмыстың есептерін шешудің мысалдары

3.1 p-n ауысуындағы потенциалдардың түйісу айырымы

Егер донорлық қоспаның концентрациясы N_д = атом/см³, акцепторлық қоспада N_a = атом/см³, жартылай өткізгіштегі тасымалдаушылардың өзіндік концентрациясы - n_i = болса, Т = 300 K –ге тең температурада p-n ауысуы үшін потенциалдардың түйісу айырымын табу керек.

Есептің шешімі.

Электронның заряды q= Кл., Больцман тұрақтысы k = Дж/К.

;

3.2 Диодтың сипаттамалық кедергілері

Шала өткізгішті диодтың R₀ тұрақты тоққа кедергісін және U_тура= 0,2В тура кернеу түскендегі дифференциалдық кедергісін анықтау керек.

Диодтың кері тоғы Т=300 К кезінде I₀ = 2 мкА тең.

Есептің шешімі.

U=0,2 B тура кернеу кезіндегі диодтың тоғын мына формуламен табамыз

.

Тұрақты тоқтағы диодтың кедергісі

Ом.

Дифференциалдық кедергіні r_диф

См; Ом.

I>>I₀ болғандықтан, мына қатынасты қолдануға болады , демек

Ом.

3.3 Түзеткіштік диодтың параметрлері

Тура кернеу U_тура= 0,2 В және температура T =313 K кезінде жартылай өткізгішті диодтың тура тоғы I_тура=0,5 А.

U₁ = 0,1B және U = 0 кернеулері кезінде кері тоқты I₀, дифференциалдық кедергіні r_диф анықтау қажет.

Есептің шешімі:

а) ; мВ.

Вольт-амперлік сипаттаманың формуласынан алатынымыз ;

б) сигналдың 0,1 В кезіндегі r_диф анықтау үшін, өткел арқылы өтетін

тоқты I табамыз

мА;

Ом;

в) сигналдың U=0 кезіндегі дифференциалдық кедергісі r_диф

кОм.

3.4 Кернеудің параметрлік стабилизаторы

Кернеудің параметрлік стабилизатор сұлбасындағы жүктеме кедергісі R_ж=1 кОм. Стабилитронның берілген мәліметтері: стабилизация кернеуі U_ст=6В; стабилизацияның максимал тоғы I_{ст макс.}= 3 мА; стабилизацияның минимал тоғы I_{ст мин} = 0,6 мА.

Кіріс кернеуі U_{кір.мин.}=8 В-тен U_{кір.макс.}=18 В-ке дейін өзгереді. Стабилизатордың сұлбасын, стабилитронның вольт-амперлік сипаттамасын және ондағы жүктеме сызығын салу керек. Балласт кедергіні R_б табу қажет. U_кір өзгеруінің барлық диапазонында стабилизацияның болатынын анықтау қажет.

Есептің шешімі.

мұндағы U_{кір орт}=0,5∙(U_{кір мин}+ U_{кір макс})=0,5∙(8+18)=13 В.

Стабилитрон арқылы өтетін орташа тоқ

I_{ст орт}= 0,5 (I_{ст мин}+ I_{ст мах}) = 0,5 (0,6 + 3) = 1,8 мА.

Жүктеме арқылы өтетін тоқ мА.

Балласт кедергі Ом.

U_кір өзгерісі үшін стабилизация мына шектерде болады:

U_{кір мин}=U_ст+(I_{ст мин}+I_ж)R_б=9,2 В- тен U_{кір мах}=U_ст+(I_{ст мах}+I_ж)R_б =14 В-ке дейін.

Сонымен, қорек көзі кернеуінің барлық диапазонында стабилизация бола алады екен.

3.5 Стабилитронның тұрақтану кернеуіне температураның ықпалы

Стабилитронның тұрақтану кернеуінің температуралық еселігі %/⁰С болса, 20⁰ С ‒ге тең температуруда тұрақтану кернеуі – U_ст = 8 В.

Т₀ = 60 ⁰С температурада тұрақтану кернеуі қандай болатынын анықтау керек.

Есептің шешімі.

;

T₀ –ге тең температурада ;

⁰С;

В.

Т=60 ⁰С-ге тең температурада U_ст1 = 8 + 0,032 = 8,032 В.

3.6 Күшейткіштің графоаналитикалық есептеуі

VT транзисторы күшейткіштік каскадқа ОЭ сұлбасына сәйкес қосылған (2.1‑ сурет). Каскад бір қорек көзінен Е_к = ‑10 В-ке тең кернеумен қоректенеді. База тізбегіне ығысуды беру үшін R_б резисторы қолданылады. Тыныштық күйде база тоғында ығысу орын алады.

База тоғының тұрақты құраушысы I_б0= 0,3 мА, база тоғының айнымалы құраушысының амплитудасы I_mб =0,2 мА, жүктеменің кедергісі R_к = 0,5 кОм, ал коллектормен сейілетін қуаттың ең үлкен шамасы Р_Кmax =150 мВт. Күшейтілетін тербелістің жиілік диапазоны f_т=80 Гц , f_ж=5 кГц.

Алдыға қойылатын мақсаттар:

1. күшейткіштің графоаналитикалық есебін орындау;

2. тыныштық күй режиміндегі коллекторда бөлінетін Р_КO қуатының қуаттың ең үлкен мүмкін мәнінен (Р_Кmax) аспау шартын тексеру керек;

3. күшейткіштің жұмыс нүктесі үшін h_21э, h_22э, R_шығ = 1/ h_22э, h_11э, шамаларын табу және аналитикалық түрде К_I, К_U, К_P, R_кір шамаларын есептеп шығару қажет.

Шешімі.

Транзистордың сипаттамалары анықтамадан алынады, мысалы, 3.1 және 3.2 суреттерде қажетті мәліметтер келтірілген:

а) шығыс сипаттамаларының жиынтығы бойынша (3.2‑ сурет) мына теңдеуді пайдалана отырып, рұқсат етілген максимал қуаттың сызығын жүргіземіз:

I_Kmax = Р_Кmax / U_кэ I_Kmax = 15010^-3 / U_КЭ .

Мысалы, U_КЭ –дың -7,5; -10; -15; -20 В-ке тең мәндерін теңдеуге қойсақ, тиісінше 20; 15; 10; 7,5 мА –ге тең I_Kmax мәндерін анықтаймыз (3.1-кесте).

3.1- к е с т е

UКЭ (В)	-7,5	-10	-15	-20
IKmax (мА)	20	15	10	7,5

Осы нүктелер арқылы 3.2-суреттегі Р_Кmax сызығын жүргіземіз;

б) жүктеме сызығының теңдеуін Iк=(Е—Uкэ)/Rк пайдаланып, шығыс сипаттамаларының жиынтығында жүктеме сызығын жүргіземіз

I_к= 0 болса, U_кэ = Е = - 10 В ‑ жүктеме сызығының бірінші нүктесі,

U_кэ= 0 болса, I_к = Е/ R_к =10/500 = 20 мА – екінші нүкте. Осы нүктелерді қосамыз.

База тоғының I_б0=300 мкА тұрақты құраушысына сәйкес сипаттамасымен жүктеме сызығының қиылысу нүктесі жұмыс нүктесін анықтайды. Оған сәйкес

I_ко = 6 мА, U_кэ0 = -7 В

болады.

Коллектор тоғы айнымалы құраушысының амплитудасы

, I_mк = (910^-3 -210^-3) / 2 = 3,5 мА.

Жүктемедегі айнымалы кернеу амплитудасы

U_mR = U_mкэ = I_mк R_к, U_mR = U_mкэ = 3,510^-3  0,510³ = 1,75 В.

Тоқ бойынша күшейту коэффициенті

К_I = I_mк / I_mб, К_I = 3,510^-3 / 0,210^-3 = 17,5.

Шығыс қуаты Р_вых = 0,5 I_mк U_mR ,

Р_шығ = 0,53,510^-3 1,75 = 310^-3 = 3 мВт.

Коллектор тізбегіндегі толық пайдаланылатын қуат

Р₀ = Е_кI_к0, Р₀ = 10610^-3 = 60 мВт.

Коллектор тізбегіндегі пайдалы әсер еселігі

 = Р_шығ / Р_о,  = 310^-3 / 6010^-3 = 0,05 = 5 %.

Коллектор тоғы тұрақты құраушысының коллекторда сейілетін қуаты:

Р_К0 = I_К0U_КЭ0, Р_К0 = 610^-37 = 42 мВт, Р_Кmax = 150 мВт,

Р_К0  Р_Кmax - сәйкесінше, күшейткіштің жұмыс режимі рұқсат етілген болып саналады;

в) әрі қарай есепті кіріс сипаттамаларының жиынтығы бойынша жүргіземіз (3.1 сурет). Транзисторлардың кіріс сипаттамалары бір-біріне жақын орналасқан, сондықтан жұмыс кіріс сипаттамасы ретінде активті режимге сәйкес келетін статикалық кіріс сипаттамаларының біреуін, мысалы, U_КЭ = - 5 В кезіндегі сипаттаманы қабылдауға болады. Графиктен U_бэ0 = 0,25 В екенін табамыз.

Кіріс кернеудің амплитудасы

, U_mбэ = (27710^-3 - 18710^-3) /2 = 45 мВ.

Кернеу бойынша күшейту коэффициентінің модулі

К_U = U_mкэ / U_mбэ, К_U = 1,75 / 4510^-3 = 39.

Қуат бойынша күшейту коэффициенті

К_Р =  К_I K_U , K_P = 3917.5  690.

Кіріс қуаты

P_кір = 0,5I_mбU_mб, Р_кір = 0,50,210^-3 4510^-3 = 4,5 мкВт.

Кіріс кедергісі

R_кір = U_mбэ / I_mб, R_кір = 4510^-3 / 0,210^-3 = 225 Ом.

Резистордың кедергісі

, R_б = (10-0,25) /0,310^-3 =32,5 кОм.

Бөлгіш конденсатордың сыйымдылығы С_р мына шартпен анықталады

,

мұндағы _н – төменгі жұмыс жиілігі;

С_Р = , С_Р =10 / (6,2880225) = 90 мкФ;

г) U_КЭ = - 7 В және I_к0 = 6 мА кезінің жұмыс нүктелердегі h-параметрлерін есептейміз

h_21э =  = ;

3.2‑ суреттегі В және Г нүктелері бойынша анықтаймыз

h_21э = = 18,5.

D және E нүктелері бойынша анықтаймыз

h_22э = h_22э = = 117 мкСм.

R_шығ = , R_шығ= = 8,5 кОм,

Параметр h_11э = .

3.1-суреттегі М және N нүктелері бойынша анықтаймыз

h_11э = = 210 Ом.

Транзистор сипаттамасының өрлігі

S = y_21э = = = 88 мА/В.

Табылған параметрлердің көмегімен жуықтау формулалары бойынша ізделген мәндерді анықтаймыз. Тоқ бойынша күшейту коэффициенті К_I  h_21э = 18.5; дәлірек алғанда

К_I = = = 17.5, бұл есептің графо-аналитикалық нәтижесіне сәйкес болып шықты.

Кіріс кедергісі R_кір  h_11э  210 Ом.

Кернеу бойынша күшейту коэффициенті

К_U   = - 44; дәлірек, К_U = = - 41.5.

Қуат бойынша күшейту коэффициенті

K_P = K_I  K_U = 17,5  41,5 = 725.