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
Задача 2.5
Для параметрического стабилизатора напряжения, выполненного
на стабилитроне КС215Ж определить балансное сопротивление и коэффициент стабилизации, если: сопротивление нагрузки R
напряжение стабилизации U
= 15 В; входное напряжение Uвх = 25 В.
н
Предельные параметры стабилитрона составляют: I
I
= 10 мA; Р
ст. max
Ответ. Величина балансного сопротивления R
= 125 мВт.
max
= 66,6 Ом; коэффици-
б
ент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения k
= 100 Ом;
н
= 0,5 мA;
ст. min
= 0,4.
ст
Задача 2.6
Определить величину балансного сопротивления параметрического
стабилизатора напряжения, если: сопротивление нагрузки составляет
1 кОм, а отклонения входного и выходного напряжений соответственно
2 и 0,01 В.
Ответ. Величина балансного сопротивления R
= 200 кОм.
б
Задача 2.7
Определить величину балансного сопротивления параметрического
стабилизатора напряжения, выполненного на кремневом диоде, имеющего следующие параметры: U
= 9 В; I
ст
ст. min
= 1 мA; I
= 20 мA, ес-
ст. max
ли сопротивление нагрузки составляет 2 кОм, а входное напряжение
изменяется от 20 до 30 В. Проверить, обеспечивается ли стабилизация
во всем диапазоне изменения напряжения питания.
Задача 2.8
Изобразить для представленной схемы со стабилитроном временные
зависимости параметров указанных на графиках. Считать входное напряжение U
синусоидальным, а характеристики стабилитрона идеальными.
c
u
c
U
пробVD
2
VD
i
н
u
c
R
н
u
VD
31
Задача 2.9
Изобразить для представленной схемы с тринистором временные
зависимости параметров указанных на графиках для заданного угла открывания . Считать характеристики тринистора идеальными.
u
c
2
VS
i
н
u
c
R
н
u
VS
Задача 2.10
Для заданной схемы включения стабилитронов изобразить временные зависимости параметров указанных на графиках при синусоидальном входном напряжении U
.
с
u
c
U
проб 1VD
1VD
U
проб 2VD
2
u
c
R
н
i
н
2VD
u
1VD
32
Задача 2.11
Изобразить для представленной схемы со симистором временные зависимости параметров указанных на графиках при синусоидальном входном напряжении U
. Считать характеристики симистора идеальными.
с
u
c
VS
i
VS
u
c
R
н
u
VS
2
Задача 2.12
Изобразить для представленной схемы со встречно-параллельно
включенными тринисторами временные зависимости параметров указанных на графиках при синусоидальном входном напряжении U
u
c
.
с
1VS
i
2VS
u
c
2VS
R
н
u
н
Считать характеристики тринисторов идеальными.
33
2
Задача 2.13
Изобразить для представленной схемы с динисторами временные
зависимости параметров указанных на графиках при синусоидальном
входном напряжении U
. Считать характеристики динисторов идеаль-
с
ными.
U
прк 1VS
1VS
a
u
c
b
U
прк 2VS
i
2VS
R
н
1VS
2
u
ab
Задача 2.14
Изобразить для представленной схемы со симистором временные
зависимости параметров указанных на графиках, считая характеристики
симистора идеальными.
u
c
VS
i
н
u
c
R
н
2
u
VS
34
Задача 2.15
Изобразить для схемы с тринистором временные зависимости параметров указанных на графиках, если угол открывания тиристора
= 30º, 45º, 60º. Считать характеристики тринистора идеальными.
Задача 2.16
Как изменятся на графиках зависимости (задача 2.15), если начальную
фазу входного сигнала U
сдвинуть на угол = 90º.
с
Задача 2.17
Провести анализ исходных данных и выбрать принципиальную
схему однофазного выпрямителя. Рассчитать параметры схемы, если
номинальное прямое напряжение на нагрузке Ud = 5 В; ток нагрузки
Id = 0,007 А; напряжение питающей сети U1 = 220 В; частота питающей
сети f = 50 Гц. Привести временные диаграммы, поясняющие принцип
работы выпрямителя. Выбор диодов осуществлять, руководствуясь
табл. 2.1
35
3. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
3.1. Методические указания
Перед началом решения задач по разделу «Биполярные транзисторы» необходимо самостоятельно изучить следующие вопросы:
структура и основные режимы работы биполярного транзистора;
схемы включения биполярных транзисторов (ОЭ, ОК, ОБ) и их па-
раметры;
статические характеристики биполярного транзистора;
h-параметры биполярного транзистора и методика их определения;
предельные режимы работы транзистора;
динамические характеристики биполярного транзистора;
ключевой режим работы усилителя на биполярном транзисторе;
схемы температурной стабилизации усилительного каскада с ОЭ.
3.2. Основные понятия, формулы и уравнения
Транзистор это полупроводниковый прибор, предназначенный для
усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов, выполненный на основе монокристаллического полупроводника (Si – кремния, или Gе – германия), содержащего не менее трёх областей с различной – электронной (n) и дырочной (p) проводимостью. По физической
структуре и механизму управления током различают транзисторы биполярные и
Первые содержат два или более электронно-дырочных перехода. В них
носителями заряда служат как электроны, так и дырки. Вторые содержат
(полевые транзистораы) либо электроны, либо дырки.
В зависимости от выполненной структуры различают биполярные
транзисторы прямой (p-n-p)- и обратной (n-p-n)-проводимости. Графи-
ческое изображение их представлено
униполярные (чаще называемые полевыми транзисторами).
на рис. 3.1.
а
Рис. 3.1. Графические обозначения биполярных транзисторов: а – прямой
проводимости p-n-p; б – обратной проводимости n-p-n
) б)
36
База – средняя область транзистора, в которую инжектируются не-
R
основные для этой области носители заряда.
Эмиттер – область, из которой осуществляется инжекция носителей
заряда в базу.
Коллектор предназначен для экстракции носителей заряда из базы.
Электронно-дырочный переход между эмиттером и базой называ-
ется эмиттерным, между базой и коллектором – коллекторным.
В зависимости от сочетания
знаков и величин напряжений на p-n-
переходах различают следующие режимы включения транзистора:
активный режим (active mode) – напряжение на эмиттерном пере-
ходе прямое, на коллекторном – обратное;
режим отсечки (cut off mode) – на обоих переходах напряжения об-
ратные (запирающие);
режим насыщения (saturation mode) – на обоих переходах прямые
напряжения;
инверсный режим (reverse mode) – коллекторный переход под пря-
мым напряжением, эмиттерный – под обратным.
Так как биполярный транзистор имеет три вывода, то в зависимости от подключения к ним источников входного напряжения и питания,
а также нагрузки различают три основных схемы включения (рис. 3.2).
Схема включения транзистора с общим эмиттером (рис. 3.2, а)
предназначена для усиления амплитуды входного сигнала по напряжению и по току. При этом
входной сигнал, усиливаясь транзистором, инвертируется. Данная схема, является основной, для усиления сигналов
разной амплитуды и формы.
Входное сопротивление транзисторного каскада с ОЭ составляет
от сотен Ом до единиц кОм и определяется как
R
где R
E
вх ОЭ
I
б
R
и – входное сопротивление и коэффициент передачи по то-
вх ОБ
вх ОБ
1
,
1
ку транзисторного каскада, выполненного по схеме с общей базой.
Коэффициенты передачи для схемы с ОЭ по току и напряжению
лежат в диапазоне от десятков до сотен единиц и определяются соответственно как
I
k
I
;
ОЭ
к
1
I
б
k
ОЭ
U
R
н
вх ОБ
.
Схема включения транзистора с общим коллектором (рис. 3.2, б)
предназначена для усиления амплитуды входного сигнала по току. Уси-
37
ления по напряжению в такой схеме не происходит т. к. коэффициент
R
R
ERI
усиления по напряжению
k
ОК
U
1
1
RR
нн
вх ОБ вх ОБ н
RR
,
всегда меньше единицы. Входной сигнал транзистором не инвертируется.
Благодаря тому, что в цепи эмиттера находится, как правило,
нагрузочный резистор, схема с ОК обладает большим входным сопротивлением, которое составляет от десятков до сотен кОм
EI
R
вх ОЭ
1 э
I
б
вх ОБ н
R
.
1
Кроме того, благодаря усилению входного тока с коэффициентом усиления
I
k
ОК
I
э
,
I
б
1
1
схема обладает высокой нагрузочной способностью. Эти свойства схемы с общим коллектором используются для согласования транзисторных каскадов, а саму схему называют эмиттерным повторителем.
Рис. 3.2. Схемы включения транзисторов
б – с общим коллектором (ОК); в – с общей базой (ОБ)
: а – с общим эмиттером (ОЭ);
Схема включения транзистора с общей базой (рис. 3.2, в) используется крайне редко, как правило, в высокочастотной технике. Особенность её в том, что у неё низкое входное сопротивление
вх ОБ
1
,
э
и согласовать такой каскад по входу с источником входного сигнала достаточно сложно. Коэффициент передачи по току меньше единицы и
составляет
I
k,,
I
.
ОБ
к
095 099
I
э
38
Усиление сигнала в схеме осуществляется по напряжению и мощности
R
R
2
R
н
вх ОБ
.
н
вх ОБ
;
k
ОБ
u
k
u
ОБ
R
Основными характеристиками биполярного транзистора являются
статические характеристики, устанавливающие взаимосвязи между постоянными токами и напряжениями в цепях транзистора. Они играют
важную роль, так как с их помощью осуществляется выбор положения
рабочей точки, определяющей дифференциальные параметры транзистора и всего схемотехнического устройства в целом. Вид статических
характеристик обусловлен свойствами двух входящих
в состав структуры p-n-переходов и их взаимосвязью. Так, в частности, при включении
транзистора со структурой n-p-n по схеме ОБ (рис. 3.2, в) ВАХ входной
цепи или входная характеристика определяется уравнением
U
II q
ээ0
(exp 1),
бэ
kT
где I
– тепловой ток эмиттерного перехода.
э0
Что же касается тока в цепи коллектора, то он определяется, вопервых, током инжектированных в базу и дошедших до коллектора
электронов
Iэ, а во-вторых, в цепи коллектора, как и в цепи любого
p-n-перехода, протекает обратный ток коллектора. В результате сум-
марный ток коллектора с учетом направления его компонент равен
U
где I
III q
кэк0
– тепловой ток коллекторного перехода.
к0
(exp 1),
бк
kT
Наряду со статическими характеристиками биполярного транзистора при расчетах и проектировании электронных схем широко применяются так называемыми h-параметрами. Для этого биполярный транзистор в схемотехнических приложениях представляют как четырехполюсник (рис. 3.3), свойства которого описываются следующей системой
уравнений
Рис. 3.3. Схемы четырехполюсника
39
;
I
,
h
где
11
h
12
h
21
h
22
Определить
UIhUh
1111 212
Ih U h
2121 222
U
1
– входное сопротивление;
I
1
0U
2
U
1
– коэффициент обратной связи по напряжению;
U
2
0I
1
I
2
I
1
I
– выходная проводимость.
U
– коэффициент передачи по току;
0U
2
2
2
0I
1
h-параметры можно по статическим входным и выход-
ным характеристикам транзистора, представляемым в справочной литературе. Так, например, для схемы с ОЭ они могут быть найдены графически согласно рис. 3.4, 3.5
U
бэ
I
б
кэ1
constU
h
12
h
11
U
U
бэ
кэ
I
б
const
Рис. 3.4. Определение h-параметров биполярного транзистора по входным
характеристикам
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]