шпоргалка / электроника / Задачи по Электронике

ЗАДАЧИ ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ НА ГОСЭКЗАМЕН

1. Найти контактную разность потенциалов для идеализированного p-n-перехода при температуре 200 С, о котором известно, что концентрация донорной примеси (N_д) составляет 2,5*10¹⁵ атомов/см³, акцепторной примеси (N_а) 2*10¹⁸ атомов/см3, а соответственная концентрация носителей в кристалле, из которого изготовлен переход, равна 3,5*10¹⁴ атомов/см³

Решение. Воспользуемся соотношением

где φ_Т= Т/11600 — температурный потенциал электрона; N и N- концентрация акцепторной и донорной примесей соответственно; n₁—собственная концентрация. При Т= 20° С температурный потенциал равен:

φ_Т=(273+20)/11600=0,025 В = 25 мВ.

Тогда

2. Обратный ток полупроводникового диода при температуре 300К равен 1мкА. Определить сопротивление диода постоянному току и его дифференциальное сопротивление при прямом напряжении 150 мВ.

Решение. 1. Найдем ток диода при прямом напряжении U=150мВ по формуле

(1.1)

где φ_Т=300/11 60025,86 мБ;

I=1-10^-6(e^130/25,86-1)326,5 *10^-6 = 326,5мкА.

- Сопротивление диода постоянному току

Rо= U/I=0,15/(326,5*10^-6)460 Ом.

- Дифференциальное сопротивление найдем, решая (1.1) относительно U и дифференцируя его:

Полагая, что при U=150мВ I>>I₀, можно записать

rдив φ_Т /I=25,86*10^-3/(326,5*10^-6}=79,32Ом.

3. Полупроводниковый диод имеет прямой ток 0,8А при Uпр =0,3 В и T=35° С. Определить: 1) I₀ ; 2) r_диф при U=0,2В; 3) r_диф при U=0.

Решение. 1. Температурный потенциал электрона при Т=35°С

φ_Т=(273+35)/1160026,5мВ.

Находим обратный ток диода, воспользовавшись выраже­нием (1.1):

I₀=I/=0,8/(e^300/26,5-l)=8,895*10^-6A; I₀8,9 мкА.

1. Чтобы определить r_диф при U=0,2 В, надо найти, какой -ток будет При этом течь через переход:

I=8,910-6(е200/26,5-1)17,88бмА.

Теперь находим

Ом

3. Для определений rдиф при U=0 в исходном выражении полагаем I=0: .

r_диф =φ_T/I00,0265/(8,9*10^-6)3 кОм.

4. Каким будет показание вольтметра переменного напряжения в схеме на рис 1,4 где Е=10 В, Е_T =50мВ? Температура окружающей среды Т =20° С.

Рис 1

Решение. 1. На диод действует прямое смещение +10 В. Диод открыт, через него течет прямой ток

I=(E-Uд)/RE/R=10/(1*103) =10 мА.

2. Дифференциальное сопротивление диода при таком токе ж при Т=20° С равно:

r_дифφ_T/I=0,025/(10*10-3)=2,5 Ом.

3. Источник переменного напряжения создает в цепи пе­ ременный ток:

I= E_T/(R + r_диф) = (50*10^-3)/(l*10³ + 2,5)49,8*10^-6 A.

Отсюда переменное напряжение на диоде составит:

U= I r_диф=49,8*10^-6*2,50,125 мВ.

Следовательно, показание вольтметра переменного напряже­ния будет равно 0,125 мВ.

5. Кремниевый стабилитрон 2С168 подключен по схеме рис 2, где Rн =2кОм. Данные стабилитрона: U_ст =6,8В, Iст.макс =3мА, Iст.мин=0,5 мА. Найти Rб , если U_вх изменяется от Uвх.мин=10 В до Uвх.макс=20 В.Определить будет ли обеспечена стабилизация во всем диапазоне изменения U_вх

Решение. Найдем балластное сопротивление R_б, исходя из средних значений входного напряжения U_вх.ср и тока стабилизации I_cт.ср:

R_б=( U_вх.ср- U_ст)/( I_ст.ср+I_н),

где

U_вх.ср =( U_вх.мин+ U_{вх.макс})/2=(10+20)/2=15В;

I_cт.ср = (I_ст.мин+I_cт.макс)/2=(0,5+3)/2=1,75мА;

I_н=U_cт/R_н=6,8/(2*103)=3,4мА,

откуда следует, что

R₆=(15-6,8)/(1,75 + 3,4)*10-3 = 1,59кОм.

Выбираем R_б = 1,6 кОм.

Найдем минимальное и максимальное входные напряжения, при которых реализуются расчетные токи в схеме:

U_вх.мин=6,8 + 1,6*10³(3,4+0,5)*10^-3 13В;

U_{вх.макс} = 6,8 + 1,6*10³(3,4+3)*10^-3 17В.

Из этого следует, что режим стабилизации в данной схеме обеспечивается при изменении Uвх. в диапазоне от 13 до 17 В. При U_вх.< U_{вх.макс} рабочая точка стабилитрона смещается в область малых обратных токов и напряжений Uд<Uст. При U_вх.>U_{вх.макс} стабилитрону грозит тепловой пробой.

6. Транзистор, имеющий α = 0,995, I_ЭО = 0,1, I_ЭО=I_КО= 10^-12 А, включен в схему. Определить напряжение коллектор -эмиттер UКЭ, а также токи.

Решение. На схеме показан транзистор типа n-р-n, у .которого эмиттерный переход смещен прямо, а кол­лекторный-обратно. Поэтому в выражении для токов и на­пряжений в р-n переходе будем считать Uэ положительным, a UK отрицательным.

1. Найдем ток эмиттера:

I_э= I_эo =10^-12(e^0,62/0,025-1)58,95 мА.

2. Определяем ток коллектора:

мА.

3. Токи эмиттера и базы связаны соотношением

отсюда

I_Б=(1-0,995)58,95 = 0,29 мА.

4. Напряжение Е/кэ есть разность потенциалов:

U_КЗ= U_К-U_Э=5-(-0,62)=5,62 В.

7. В биполярном транзисторе, имеющем обратный ток коллекторного перехода IКО=10-8 А, текут токи IБ=20мкА и IК=1мА. Определить сквозной тепловой ток I*КО и сопротивление эмиттерного перехода.

Решение. I. Сквозной тепловой ток (ток коллектора при оборванной базе) определяется соотношением

Находим коэффициент передачи тока базы:

Отсюда

=1*10^-8{50+ 1) = 0,51 мкА.

- Дифференциальное сопротивление открытого эмиттерного перехода находим как функцию прямого тока через этот переход:

r_Эφ_T/I_Э

где φ_T =0,025 мВ—температурный потенциал при Т=20° С;

I_Э=I_Б(1 + ß)=20*10 ^-6 (1+ 50) = 1,02 мА. Следовательно, r_Э 0,025/(1,02-10^-3)24,5 Ом.

8. Полевой транзистор с управляющим р-n переходом имеет IС.макс=5мА и UОТС=-2В. Определить ток стока IС и крутизну S транзистора при напряжениях затвора, равных 1) -2 В; 2) 0; 3) -1 В.

Решение. 1. Ток стока найдем из выражения

• Прм различных значениях U_ЗИ получаем:

При U_ЗИ=-2 В

I_C=5*10^-3*(l-2/2)²=0;

При U_ЗИ=0

I_C=I_C.макс = 5мА;

При U_ЗИ=-l В ...

Iс=5*10^-3(1-1/2)²=1,25мА.

- Крутизна полевого транзистора

Соответственно получаем:

При U_ЗИ=-2 В

S=0

При U_ЗИ=0

S=S_макс=2I_C.макс/U_отс=(2*5*10^-3)/2=5мА/В

При U_ЗИ=-1 В S=(2*5*10^-3)/2(1 - 1/2) = 2,5 мА/В.

9. Определить режим работы транзистора по постоянному току для схемы рис 3, в которой Е_Э=-2 В; R_К=4 кОм; Е_К=10 В. Обратным током коллектора можно пренебречь. Транзистор кремниевый.

Решение. Согласно второму закону Кирхгофа уравнение напряжений по входной цепи можно записать следующим образом:

Е_Э=I_ЭR_Э+U_Э

Для кремниевого транзистора можно считать, что на активном участкеU_Э0,7 В. В этом случае

I_Э=(Е_Э-U_Э)/R_Э=(2-0,7)/10³=1,3 мА.

Ток коллектора находим из соотношения

I_K=αI_Эh_21БI_Э=0,99*1,31,3 мА,

В выходной цепи напряжения распределены следующим образом:

Е_K=I_KR_K+U_K

Находим отсюда напряжение на коллекторе в режиме покоя:

U_K=E_K-I_KR_K =10-1,3*4=4,8 В.

10. В схеме на рис. R_Э = 2 кОм, E_Э = 2 B, Rб =15 кОм, E_Б = 3B, R_Н = 4 кОм, Eк=16 В. Транзистор имеет α = 0,98; I_КБ0 = 10 мкА. Определить ток коллектора.

Решение. Используя второй закон Кирхгофа для входной цепи (эмиттер - база), запишем:

E_Э+Е_Б=I_ЭR_Э+I_БR_б

Но ток базы I_Б=I_Э(1-α)-I_КБ0

следовательно, Е_Э+Е_Б=I_ЭR_Э+[I_Э(1-α)-I_КБ0]R_б

Откуда

.Ток коллектора: I_К=αI_Э+I_КБ0=0,98*2,4*10^-3+10*10^-62,36 мА.

Задачи по Электронике.