Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физические основы электроники. Сборник задач и примеры их решения. Учебно-методическое пособие
.pdf
Рис. 5.6. Схема усилителя
Решение
Чтобы получить требуемый коэффициент усиления kU = 100, согласно (5.3), сопротивление R
ления R
. Значение сопротивления R1 следует выбирать таким, чтобы па-
1
должно быть в 100 раз больше сопротив-
2
дение напряжения на нем (при номинальном входном токе) было сравнимо с величиной входного сигнала и не превышало его. Выбираем R
= 50 Ом. При таком его значении номинальный входной ток 200 нА
1
создаст на нем падение напряжения 10 мкВ. Такое падение напряжения
составляет менее 10 % от входного сигнала 80 мВ. Таким образом, падение напряжения на R
Тогда при R
ние R
определится как
2
не окажет заметного влияния на входной сигнал.
1
= 50 Ом в соответствии с формулой (5.3) сопротивле-
1
RkR кОм.
21
U
100 50 5
Сопротивление минимизации смещения
RR
R
3
12
RR
12
50 5000
50 5000
49
Ом.
Полный размах выходного напряжения (при входном сигнале и выбранной величине усиления) не должен превышать его максимально допустимого значения. В данном случае номинальное максимально допустимое значение двойной амплитуды выходного сигнала составляет 23 В.
Фактическое значение действующего значения выходного сигнала
3
UUk
вых фак вх
80 10 100 8 B.
U
Двойная амплитуда выходного напряжения составит
222 22822,6UU
вых max вых фак
В.
Следовательно, ожидаемое значение выходного сигнала лежит в допустимых пределах, так как не превышает значение 2U
вых, max
= 23 В.
Выходная мощность ОУ рассчитывается исходя из действующего
значения выходного напряжения
Uвых фак
и сопротивления нагрузки Rн.
Для нашего случая она составит
91
2
R
R
U
P
max
вых фак
мВт,
R
н
2
8
500
125
что намного меньше типового значения выходной мощности ОУ, равного 250 мВт.
Выходное сопротивление усилителя определится согласно (5.6) как
R
R
вых
1
вых
R
k
U
1
RR
12
1 1000
300
Ом,
27,5
50
50 5000
что составляет менее 10 % от сопротивления нагрузки 500 Ом.
Задача № 3
Определить выражение для выходного напряжения преобразователя напряжения, представленного на рис. 5.7, при заданных значениях
сопротивлений, имеющих номиналы только R
и R2.
1
Рис. 5.7. Преобразователь напряжения
Решение
Так как операционные усилители DA1 и DA2 представляют собой
повторители напряжений с коэффициентам передачи по напряжению
равными k
DA
поступят соответственно напряжения U1 и U2.
3
= 1, то на неинвертирующий и инвертирующий входа ОУ
U
Тогда выходное напряжение, представляющее собой разность от
входных напряжений U
ющий вход поступает через делитель на сопротивлениях R
и U2 учетом, что напряжение на неинвертиру-
1
и R2, можно
1
записать как
Ответ.
UU U UU
вых 1212
()/UUURR
вых 1221
222 2
RR R R
12 1 1 1
.
RR R
1()
.
92
5.4. Задачи для самостоятельной проработки
Задача 5.1
Рассчитать схему неинвертирующего усилителя (рис. 5.4), выполненного на операционном усилителе, имеющим следующие параметры:
номинальное напряжение питания U
ток I
k'
ние R'
напряжению k
напряжения U
= 200 нА; коэффициент усиления ОУ при разомкнутой цепи ОС
вх
= 1000; входное сопротивление Rвх = 1 мОм; выходное сопротивле-
U
= 300 Ом. Схема должна обеспечить коэффициент усиления по
вых
= 8 при входном сигнале с действующим значением
U
= 100 мВ.
вх
= 15 В; входной номинальный
п
Задача 5.2
Рассчитать схему инвертирующего усилителя (рис. 5.4), выполненного на операционном усилителе К140УД8. Схема должна обеспечить
коэффициент усиления по напряжению k
действующим значением напряжения U
= 100 при входном сигнале с
U
= 50 мВ. Общие параметры
вх
микросхемы взять из справочника.
Задача 5.3
Определить величину выходного напряжения ОУ, включенного по
дифференциальной схеме (рис. 5.2), если величины сопротивлений составили: R
напряжения U
= 100 Ом; R2 = 1 кОм; R3 = 200 Ом; R4 = 100 Ом, а входные
1
= U2 = 20мВ.
1
Задача 5.4
Показать, что представленная на рис. 5.8 схема является преобразователем «ток–напряжение».
Рис. 5.8. Преобразователь «ток–напряжение»
Рекомендуется при решении задачи представить источник входного сигнала в виде эквивалентного генератора.
93
Задача 5.5
Для схемы преобразователя напряжения, представленной на
рис. 5.9, определить выражение, устанавливающее взаимосвязь между
входными напряжениями U
, U2 и напряжением выхода U
1
. Считать
вых
параметры операционных усилителей идеальными.
Рис. 5.9. Преобразователь напряжения
Задача 5.6
Показать, что данная схема фазовращателя (рис. 5.10) позволяет
формировать два равных выходных напряжения, сдвинутые относительно друг друга на угол 180º.
Рис. 5.10. Схема фазовращателя
Задача 5.7
Показать, что представленная на рис. 5.11 схема выполняет функции
дифференцирования входного напряжения. Определить коэффициент передачи дифференциатора по напряжению. Как он изменится, если последовательно с конденсатором включить сопротивление с номиналом R
.
1
94
Рис. 5.11. Схема дифференцатора на ОУ
Задача 5.8
Показать, что представленная на рис. 5.12 схема выполняет функции интегрирования входного напряжения. Определить коэффициент
передачи интегратора по напряжению.
Рис. 5.12. Схема интегратора на ОУ
Задача 5.9
Определить выходное напряжение и показать, что данная схема
(рис. 5.13) является интегратором тока.
Рис. 5.13. Схема интегратора тока на ОУ
Рекомендуется ознакомиться с решением задачи 5.4.
95
Задача 5.10
Проанализировать работу схемы, представленной на рис. 5.14 и
определить какую функцию она будет выполнять, если величина входного напряжения изменяется во времени по произвольному закону.
Рис. 5.13. Схема к задаче 5.10
Задача 5.11
Рассчитать схему неинвертирующего усилителя (рис. 5.4), выполненного на микросхеме К140УД6, обеспечивающую коэффициент передачи по напряжению k
= 25, если максимальное входное напряжение
U
составляет 20 мВ. Считать нагрузку равной бесконечности. Общие параметры микросхемы взять из справочника.
Задача 5.12
Определить коэффициент передачи инвертирующего усилителя с
повышенным входным сопротивлением (рис. 5.14).
Рис. 5.14. Инвертирующий усилитель с повышенным входным
сопротивлением
Задача 5.13
Рассчитать параметры инвертирующего сумматора на ОУ
К140УД6, обеспечивающего суммирование четырех сигналов с масштабирующими коэффициентами: k
= 0,5; k1 = 1; k1 = 1,5; k1 = 2.
1
96
Задача 5.14
Как изменится величина выходного напряжения операционного
усилителя, включенного по схеме рис. 5.4, если при всех равных условиях:
сопротивление в цепи обратной связи увеличить в 2 раза;
входное напряжение уменьшить в 4 раза;
входное сопротивление уменьшить на 10 %;
в цепь нагрузки включить сопротивление с номиналом 2R
.
2
Задача 5.15
Показать, что представленная на рис. 5.15 схема является преобразователем «напряжение–ток».
Рис. 5.15. Преобразователь «напряжение–ток»
Задача 5.16
Рассчитать схему инвертирующего усилителя (рис. 5.4), выполненного на операционном усилителе, имеющем следующие параметры: номинальное напряжение питания U
I
= 100 нА; коэффициент усиления ОУ при разомкнутой цепи ОС
вх
k'
= 2000; входное сопротивление R'вх = 1 мОм; выходное сопротивле-
U
ние R'
напряжению k
= 200 Ом. Схема должна обеспечить коэффициент усиления по
вых
= 10.
U
= 15 В; входной номинальный ток
п
Задача 5.17
Рассчитать схему инвертирующего усилителя, выполненного на
операционном усилителе К140УД6. Схема должна обеспечить коэффициент усиления по напряжению k
ствующим значением напряжения: U
= 10 при входном сигнале с дей-
U
= 10 мВ, 50 мВ; 100 мВ. Общие
вх
параметры микросхемы взять из справочника.
97
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Глазачев А.В, Петрович В.П. Физические основы электроники :
учебное пособие. – Томск : Изд-во ТПУ, 2006. – 243 с.
2.
Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника : учебное пособие. – Ро-
стов н/Д : Изд-во «Феникс», 2000. – 448 с.
3.
Ровдо А.А. Полупроводниковые диоды и схемы с диодами. –
М. : Лайд Лтд., 2000. – 288 с.
4.
Быстров Ю.А., И.Г. Мироненко Электронные цепи и микросхе-
мотехника : учебник. – М. : Высшая школа, 2002. – 384 с.
5.
Виноградов Ю.В. Основы электронной и полупроводниковой
техники. – М : Энергия, 1968. – 624 с.
6.
Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная тех-
ника : учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : Высшая школа, 2004. – 790 с.
7.
Усатенко С.Т., Каченюк Т. К., Терехова М.В. Выполнение элек-
трических схем по ЕСКД : справочник. – М. : Изд-во стандартов, 1989. –
325 с.
8.
Глазырин А.С., Глазачев А.В., Петрович В.П., Аристов А.В. Фи-
зические основы электроники. Практикум : учебное пособие. – Томск :
Изд-во ТПУ, 2008. – 88 с.
9.
Бельский А.Я. Электронные приборы и устройства : практикум
для студентов спец. «Электронные вычислительные средства» всех
форм обуч. – Мн. : БГУИР, 2006. – 48 с.
10.
Воробьев М.Д. Сборник задач, вопросов и заданий на моделиро-
вание : учебное пособие по курсу «Электроника и микроэлектроника».
Полупроводниковые активные элементы. M. : Изд-во МЭИ, 2000. 36 с.
11.
Полупроводниковые приборы и транзисторы : справочник / под
ред. Н.Н. Горюнова. – М. : Энергоиздат, 1986.
12.
Лавриенко В.Ю. Справочник по полупроводниковым прибо-
рам. – 10-е изд., перераб. и доп. – К. : Технiка, 1984. – 424 с.
98
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................................... 3
1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ПРИБОРОВ
1.1. Методические указания ................................................................................ 4
1.2. Основные понятия, формулы и уравнения ................................................. 4
1.3. Примеры решения задач ............................................................................... 8
1.4. Задачи для самостоятельной проработки .................................................. 12
................................................................................................................... 4
2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ
................................................................... 18
2.1. Методические указания .............................................................................. 18
2.2. Основные понятия, формулы и уравнения ............................................... 18
2.3. Примеры решения задач ............................................................................. 25
2.4. Задачи для самостоятельной проработки .................................................. 30
3. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
.......................................................................... 36
3.1. Методические указания .............................................................................. 36
3.2. Основные понятия, формулы и уравнения ............................................... 36
3.3. Примеры решения задач ............................................................................. 49
3.4. Задачи для самостоятельной проработки .................................................. 61
4. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
.................................................................................. 67
4.1. Методические указания .............................................................................. 67
4.2. Основные понятия, формулы и уравнения ............................................... 67
4.3. Примеры решения задач ............................................................................. 76
4.4. Задачи для самостоятельной проработки .................................................. 81
5. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ
........................................................................ 85
5.1. Методические указания .............................................................................. 85
5.2. Основные понятия, формулы и уравнения ............................................... 85
5.3. Примеры решения задач ............................................................................. 89
5.4. Задачи для самостоятельной проработки .................................................. 93
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
............................................................................................ 98
99
Учебное издание
АРИСТОВ Анатолий Владимирович
ПЕТРОВИЧ Виталий Петрович
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
СБОРНИК ЗАДАЧ И ПРИМЕРЫ ИХ РЕШЕНИЯ
Учебно-методическое пособие
Научный редактор доктор технических наук,
профессор В.Г. Букреев
Корректура Е.Л. Тен
Компьютерная верстка Д.В. Сотникова
Дизайн обложки Т.В. Буланова
Подписанокпечати14.04.2015.Формат60х84/16.Бумага«Снегурочка».
ПечатьXEROX.Усл.печ.л.5,82.Уч.‐изд.л.5,26.
Заказ275‐15.Тираж100экз.
НациональныйисследовательскийТомскийполитехническийуниверситет
Системаменеджментакачества
ИздательстваТомскогополитехническогоуниверситета
сертифицированавсоответствиистребованиямиISO9001:2008
.634050,г.Томск,пр.Ленина,30
Тел./факс:8(3822)56‐35‐35,www.tpu.ru
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]