методичка Электроника- контрольная

2

УДК 621.38

Составители: О.В. Лобова, А.Л. Овчинников

Рецензент

Кандидат технических наук, доцент В.Н. Алябьев

Электроника: методические указания к изучению дисциплины «Электроника» для студентов заочной формы обучения / Юго– Зап. гос. ун-т; сост.: О.В. Лобова, А.Л. Овчинников. Курск, 2013. 17 с.: ил. 5. Библиогр. : с.16.

Излагаются краткое содержание программы курса “Электроника”, методические рекомендации по выполнению контрольной работы.

Предназначены для студентов, обучающихся по направлению подготовки 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника».

Текст печатается в авторской редакции

Юго-Западный государственный университет. 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94

3

ВВЕДЕНИЕ

Курс “Электроника" является одним из наиболее важных при подго-

товке бакалавров направления «Электроэнергетика и электротехника", по-

скольку в современной энергетике широко применяются различного рода электронные устройства в целях, связанных с измерениями, контролем,

управлением промышленными объектами и технологическими процессами, а

также с преобразованием параметров электрической энергии.

Электроника постоянно развивается, непрерывно совершенствуется ее элементная база. В настоящее время уровень электроники определяется пре-

имущественно состоянием полупроводниковой техники, которая доминирует как в информационной электронике, так и в энергетической. Поэтому в пред-

лагаемом курсе основное внимание будет уделено полупроводниковой тех-

нике, т е. различного рода полупроводниковым приборам и устройствам на них реализованных.

Курс базируется на знаниях математики, физики, теоретических основ электротехники в объеме, читаемом в технических вузах страны.

Целью изучения дисциплины является ознакомление с принципом дей-

ствия полупроводниковых приборов, усилительных, импульсных, логиче-

ских, цифровых и преобразовательных устройств, особенностями их исполь-

зования в электроэнергетических установках.

В результате изучения дисциплины студент должен уметь правильно выбрать в соответствии с техническим заданием полупроводниковые прибо-

ры, схемные решения наиболее распространенных устройств, произвести инженерный расчет и оценить технико-экономическую эффективность их применения.

4

1.ПРОГРАММА КУРСА

Всоответствии с рабочим учебным планом заочной - сокращѐнной формы обучения направления подготовки 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника» по дисциплине «Электроника», утвержденного Ученым со-

ветом университета 27.05.2011 года предполагается:

прослушивание студентами курса лекций в объеме 4 часов,

выполнение лабораторных работ в объеме 8 часов и выполнение контрольной работы.

На самостоятельную работу студентам отводится 60 часов.

Наполнение программы, по которой обучаются студенты, изложено в рабочей программе дисциплины "Электроника", составленной в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования направления подготовки 140400.62 – Элек-

троэнергетика и электротехника и на основании рабочего учебного плана на-

правления подготовки 140400.62 – Электроэнергетика и электротехника.

В частности, студенты изучают:

1.1. Полупроводниковые приборы

Краткие сведения об электропроводности чистых и примесных полу-

проводников. Физические процессы в р-п переходе. Пробой в р-n переходе и его разновидности. Принцип действия, вольтамперные характеристики и параметры полупроводниковых вентилей. Стабилитроны, туннельные диоды,

обращенные диоды, фотодиоды - их устройство, принцип действия, назначе-

ние, характеристики. Биполярные транзисторы (БТ), назначение, устройство,

принцип действия. Статические вольтамперные характеристики транзисто-

ров, включенных по схеме с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ). Па-

раметры транзисторов. Схема замещения транзистора в физических парамет-

рах. Система h – параметров. Униполярные (полевые) транзисторы. Назначе-

5

ние, устройство, принцип действия полевых транзисторов с затвором в виде р-п перехода и изолированным затвором (МДПтранзисторы). Стоковые и стокозатворные характеристики полевых транзисторов, их параметры. Ти-

ристоры (динисторы, управляемые тиристоры) - назначение, устройство,

принцип действия, их статические характеристики и параметры.

Микроэлектроника, как современное направление электроники. Инте-

гральные микросхемы полупроводниковые (монолитные), гибридные и со-

вмещенные. Разделение по функциональному признаку микросхем на цифро-

вые и аналоговые (линейные). Технико-экономические преимущества микро-

электроники.

1.2. Усилители переменного и постоянного тока

Усилители переменного тока. Классификация усилителей. Усилители на биполярных транзисторах, включенных по схеме с ОЭ, ОБ, ОК. Выбор режима покоя и способы его обеспечения. Графический анализ усилительно-

го каскада с RCсвязью. Многокаскадные усилители, виды связи между кас-

кадами. Частотные характеристики и коэффициент частотных искажений многокаскадных усилителей с RC-связью. Обратные связи в усилителях и их влияние на параметры и характеристики. Примеры построения RC-

усилителей на полевых транзисторах.

Усилители постоянного тока (УПТ). Передаточная характеристика и принцип действия УПТ на БТ, включенном по схеме с ОЭ, классы усиления.

Частотные характеристики УПТ и особенности непосредственной связи в каскадах, дрейф нуля. Дифференциальный каскад, его устройство, режим по-

коя и дрейф нуля. Способы подачи входного сигнала в УПТ.

1.3. Операционные, усилители (ОУ)

Устройство, принцип действия, назначение. Передаточные характери-

стики и параметры ОУ. Построение на ОУ различных устройств: неинверти-

6

рующего и инвертирующего усилителей; преобразователя тока в напряже-

ние; инвертирующего и неинвертирующего сумматоров; вычитателя; инте-

гратора; дифференцирующего устройства. Частотные свойства ОУ и само-

возбуждение усилителей на ОУ. Генераторы на ОУ. Импульсные устройства.

Компараторы на ОУ: простейшая схема и схема с ПОС (триггер Шмитта).

Мультивибраторы, генераторы линейно изменяющегося напряжения на ОУ

(ГЛИН).

1.4. Логические и цифровые устройства

Логические операции и логические элементы. Элементы алгебры логи-

ки. Формы записи логических функций. Комбинационные логические схемы:

дешифраторы, шифраторы, преобразователи кодов, мультиплексоры и де-

мультиплексоры, сумматоры, схемы сравнения, постоянные запоминающие устройства (ПЗУ). Логические устройства последовательного типа: асин-

хронные RS-триггеры; синхронные триггеры: Jk-триггеры, RS-триггеры, D-

триггеры, Т- триггеры. Бинарные счетчики. Регистры: параллельный регистр,

последовательный регистр. Средства отображения информации: встроенные индикаторы, управление семисегментными индикаторами.

2. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Программой предусмотрено выполнение лабораторных занятий в тече-

ние 8 часов, целью которых является закрепление теоретического материала,

приобретение навыков работы с электронными схемами и контрольно-

измерительной аппаратурой.

Перечень лабораторных работ может изменяться в зависимости от ус-

ловий и требований времени, ниже приведен один из возможных вариантов,

полностью обеспеченных технически и методически.

1.Исследование выпрямительного диода, стабилитрона.

Исследование биполярного и полевого транзисторов.

7

2.Изучение работы УПТ на биполярных транзисторах, определение параметров усилителя.

3.Исследование схем на операционных усилителях:

Исследование компаратора, инвертирующего и неинвертирующего усилителей на ОУ, сумматора.

4. Исследование схем на операционных усилителях:

Исследование импульсных генераторов, выполненных на ОУ.

Исследование автогенераторного и ждущего мультивибраторов на ОУ.

3. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Студенты выполняют контрольную работу, которая состоит из двух за-

даний. В конце работы должна стоять подпись студента и дата ее выполне-

ния.

3.1. Задание 1

Письменно ответить на один из нижеприведенных вопросов, номер ко-

торого совпадает с последней цифрой учебного шифра.

1. Объяснить проводимость чистых полупроводников, исходя из энер-

гетических диаграмм; объяснить процессы генерации и рекомбинации пар носителей. Привести зависимость их концентрации от температуры; дать по-

нятие об уровне Ферми.

2. Объяснить проводимость примесных полупроводников р- и n- типа;

выбор типа примеси, основные и неосновные носители зарядов; понятие о собственном и вырожденном полупроводниках.

3. Изложить физические процессы в р-n переходе при отсутствии и на-

личии внешних источников напряжения; связать высоту потенциального барьера перехода с перепадом концентраций носителей одного вида.

8

4. Полупроводниковые диоды, принцип их действия; связь граничных концентраций неосновных носителей с напряжением, приложенным к р-n пе-

реходу; прямая и обратная ветвь вольтамперной характеристики; явление пробоя.

5. Биполярные транзисторы. Назначение, устройство, принцип дейст-

вия. Роль эмиттера, коллектора и базы; распределение в транзисторной структуре концентраций носителей заряда при отсутствии и наличии внеш-

них источников напряжений; коэффициенты инжекции, переноса и передачи тока; соотношение токов электродов.

6. Биполярные транзисторы. Три способа включения транзистора: с

общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК); вольт-

амперные характеристики транзистора, включенного по схеме с ОБ, ОЭ.

7. Биполярные транзисторы Схема замещения транзистора в физиче-

ских параметрах; частотные зависимости дифференциальных коэффициентов передачи по току. Система h- параметров, их физический смысл.

8. Униполярные (полевые) транзисторы с затвором в виде р-n перехо-

да. Назначение, устройство, принцип действия. Стоковые и стокозатворные характеристики для транзистора с каналом n-типа; основные параметры.

9. Униполярные (полевые) транзисторы с изолированным затвором

(МДП или МОП). Назначение, устройство, принцип действия МДП транзи-

сторов со встроенным каналом и индуцированным каналом, режимы работы и обогащения; стоковые и стокозатворные характеристики; основные пара-

метры.

10. Тиристоры. Назначение, устройство и принцип действия на приме-

ре неуправляемого тиристора (динистора); анализ процессов в нем на основе двухтранзисторной аналогии; вольтамперная характеристика. Особенности управляемых тиристоров.

9

3.2. Задание 2

Произвести расчет параметров низкочастотного маломощного усилителя, собранного на транзисторе типа МП-113 (или МП-113А), включенного по схеме с ОЭ, работающего в линейном режиме, имеющего цепь термостабилизации, реализующую отрицательную обратную связь по току, рабочая температура Т = 20°С, средняя частота усиливаемого сигнала f0 = 103Гц.

Номер варианта определяется по последней цифре учебного шифра

(номера зачетной книжки). При этом если предпоследняя цифра зачётки -

нечётная, то данные для расчета в соответствии с номером варианта необходимо взять из таблицы 1, если предпоследняя цифра зачётки - чётная, то данные для расчета в соответствии с номером варианта необходимо взять из

таблицы 2.

Таблица 1

10

Таблица 2

Схему усилителя (рис.3.1), характеристики транзисторов (рис.3.2 и 3.3) и методику расчета взять из 3.1.3.

Объяснить назначение элементов схемы усилителя, начертить нагрузочную диаграмму по аналогии с рис.3.4 и объяснить с ее помощью выбор режима покоя и работу каскада в линейном режиме.

3.1.3. Порядок расчета усилителя Исходя из предельных эксплуатационных данных, ограничиваем рабо-

чую область на выходных характеристиках, как показано на рис 3.4.а), значениями: Iк доп, Uкэ.доп, Рк.доп и Uкэ, где Uкэ- значение напряжения на коллекторе, соответствующее области нелинейных начальных участков выходных характеристик.

В качестве исходных данных задается: Uвых.m - амплитуда напряжения на нагрузке; RH- сопротивление нагрузки; Rг- сопротивление источника усиливаемого сигнала; fo- средняя частота усиливаемого сигнала.