Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Факультет заочного, вечернего и дистанционного образования

Кафедра электроники

Контрольная работа №2

По дисциплине

«Электронные приборы и устройства»

По теме: «Исследование ключевых схем на биполярных транзисторах»

Вариант 2

Выполнила студентка:

Шахнова П.П.

602321-02

ИСиТ в экономике

2009

ИССЛЕДОВАНИЕ КЛЮЧЕВЫХ СХЕМ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Задание

1. Провести инженерный расчет элементов принципиальной схемы насыщенного ключа на БТ и его параметров. Исходные данные для расчета приведены в табл. 1. Для всех вариантов задания одинаковы следующие исходные данные: длительность импульса , период повторения , минимальный уровень входного импульса . Амплитуда напряжения входного импульса определяется величиной порогового напряжения единицы .

1.1. Согласно описанному алгоритму провести расчет сопротивления резисторов , и принципиальной схемы ключа (см. рис. 1).

1.2. Пользуясь семействами входных и выходных ВАХ БТ, построить передаточную характеристику ключа . Определить значения параметров , , , .

1.3. Рассчитать параметры быстродействия ключа , , , .

1.4. Результаты расчета свести в таблицу.

Таблица 1

Исходные данные для расчета

№ вар.	Тип БТ		, В		, В		, кОм		S		, В		, В		, В		, нФ
02	КТ337Б	15		3		5,0		5		10		1		6		0,2

Решение

1. Произведём расчет сопротивлений резисторов R1,R2 и Rк, и принципиальной схемы ключа.

При расчётах обычно принципиальную схему ключа (рис.1,а)

приводят к эквивалентной (рис.1, б), где

Uип экв =UипRн/(Rк+Rн), Rк экв=RкRн/(Rк+Rн)

а б

Рис. 1

По заданным значениям Uип и Uвых m рассчитываем сопротивление резистора

Rк и величину Rк экв.

Эквивалентное напряжение источника питания: Uип экв =UипRн /(Rн + Rк);

Максимальное выходное напряжение ключа: Uвых max =Uип экв – IкбоRк экв,

где Rк экв=RкRн/(Rк+Rн);

Отсюда: UипRн /(Rн + Rк)=Uвых max +IкбоRк экв;

После преобразования получаем:

По справочным данным Iкбо =1мкА;

Рассчитываем значение тока базы , соответствующее режиму насыщения, по формуле:

Эквивалентное напряжение источника питания:

Согласно справочным данным для заданного транзистора Uкэ нас= 0,8 В, а среднее значение коэффициента передачи тока эмиттера h_21Э = 70.

Коллекторный ток БТ в этой точке достигает максимального значения, которое определяется выражением:

Значение тока базы при максимальном значении входного напряжения Uвх m: Iбm=S×Iбн = 5×0,7×10^-3 =3,5 (мА);

Сопротивление резистора R1:

Значение сопротивления резистора R2 определим из выражения для порогового напряжения нуля. Пороговое напряжение нуля — значение входного напряжения, при котором БТ переходит из режима отсечки в активный режим работы, и рассчитывается по формуле:

где — пороговое напряжение база-эмиттер БТ. Для

кремниевых транзисторов можно принять .

Тогда:

2. Пользуясь семействами входных и выходных ВАХ БТ, построим передаточную характеристику ключа .

Копируем из справочника входные и выходные характеристики заданного транзистора – рис.2.

Рис.2.

На семействе выходных ВАХ БТ строим нагрузочную прямую в соответствии с уравнением .

Нагрузочная прямая пересекает ось абсцисс в точке Uкэ=Uип экв=10В, а ось ординат – в точке, где Iк=Uип экв/Rк экв=10/1666=6 (мА);

По координатам точек пересечения нагрузочной прямой с выходными характеристиками, соответствующими различным значениям тока базы , определяем значения напряжения коллектор — эмиттер, которое является выходным .

Далее по входной характеристике БТ _, при для тех же значений тока базы находим соответствующие напряжения база-эмиттер ,.

Рис. 3.

Входное напряжение рассчитываем согласно выражению

.

Результаты расчётов сводим в таблицу. По известным парам значений напряжения (Uвх ,Uвых) строим передаточную характеристику ключа:

Iб, мкА	Uбэ, В	Uвх, В	Uвых, В
20	0,73	1,17	7,7
40	0,75	1,22	5,7
60	0,76	1,26	4
80	0,77	1,3	2,7
100	0,78	1,34	0,8

Форма характеристики зависит от параметров элементов электронного ключа. На передаточной характеристике можно выделить три характерных участка, которые разграничены точками, соответствующими входному пороговому напряжению нуля и единицы . По передаточной характеристике определяем:

= 1,17 В; = 7,7 В; = 1,34 В ; = 0,8 В.

Полученные значения соответствуют исходным данным и промежуточным результатам, полученным при расчёте элементов принципиальной схемы. Незначительные различия обусловлены погрешностями графоаналитического метода расчёта.

3. Рассчитаем параметры быстродействия ключа , , , .

Постоянная времени включения определяется

выражением , где:

Для заданного транзистора согласно справочным данным

=600 МГц, Сk = 5 пФ.

Находим:

Тогда: = 0,27 + 341 =341,27 нс

Время включения:

Определим время задержки выключения .

По условию . Следовательно, запирающий ток базы:

Тогда время задержки выключения:

Время спада рассчитываем по формуле:

Время нарастания коллекторного напряжения:

_{Результаты расчётов представлены в таблице}

_{Результаты расчёта}

R1,кОм	R2,кОм	Rк,кОм	, В	, В	, нс	, нс	, нс	, нс
1,43	12,9	1,7	7,7	0,8	76	0,19	0,38	785,5

Таким образом, можно сказать о том, что при уменьшении параметров нагрузки R_н и включении в цепь конденсатора повышаются значения длительности спада и времени рассасывания (времени задержки включения).