Задача 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: I_б = 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 U_кэ ≥ 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 I_к = I_к (I_б), 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 I_к = I_к (I_б). 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 U_кэ ≥ 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 U_кэ ≥ 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 (ветвьU_кэ = 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.