Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Кафедра электроники

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2

«Электронные ключи на БТ»

по дисциплине «Электронные приборы»

Вариант №10

Проверил: ст. преподаватель

В.Н. Русакович

Минск

2011

ЗАДАНИЕ

1. Провести инженерный расчет элементов принципиальной схемы насыщенного ключа на БТ и его параметров. Исходные данные для расчета приведены в таблице 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 (рисунок 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
10	КТ3117А	15	5	4,0	5	10	1	5	0,25

РЕШЕНИЕ

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

При расчётах обычно принципиальную схему ключа (рисунок 1,а) приводят к эквивалентной (рисунок 1, б), где:

Uип экв = Uип х Rн / (Rк + Rн), (1)

Rк экв =Rк х Rн / (Rк + Rн) (2)

а б

Рисунок 1 – Схема электронного ключа на БТ с ОЭ

По заданным значениям Uип и Uвых m рассчитываем сопротивление резистора Rк и величину Rк экв.

Эквивалентное напряжение источника питания:

Uип экв = Uип х Rн / (Rк + Rн)

Максимальное выходное напряжение ключа:

Uвых max = Uип экв – Iкбо х Rк экв (3)

где Rк экв:

Rк экв = Rк х Rн / (Rк + Rн)

Отсюда:

Uип х Rн / (Rн + Rк) = Uвых max + Iкбо х Rк экв (4)

После преобразования получаем:

Принимаем по справочным данным Iкбо =10мкА.

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

₍₅₎

Эквивалентное напряжение источника питания:

Uип экв = Uип х Rн / (Rн + Rк) =15∙ 4000 / (4000+1999) = 10 В.

Согласно справочным данным для заданного транзистора Uкэ нас= 0,8 В, а среднее значение коэффициента передачи тока эмиттера h_21Э = 110.

Iбн = (Uип экв – Uкэ нас) / (Rк экв х h_21Э) = (10 - 0,8) (1333 х 110) = 63мкА

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

(6)

_{Находим:}

_{Iк м = (Uип экв - Uкэ нас) / Rк экв = (10 - 0,8) / 1333 = 6,9 мА}

Значение тока базы при максимальном значении входного напряжения Uвх m:

Iбm = S х Iбн = 5 х 63∙10^-6 =315 мкА

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:

(7)

где — пороговое напряжение база-эмиттер БТ.

Для кремниевых транзисторов можно принять .

Тогда:

Выбираем стандартные значения сопротивлений:

R_k = 1,3 кОм; R₁ = 13 кОм; R₂ = 180 кОм.

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

Копируем из справочника входные и выходные характеристики заданного транзистора (рисунок 2).

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

. (8)

Нагрузочная прямая пересекает ось абсцисс в точке Uкэ = Uип экв =10В,

а ось ординат – в точке, где:

Iк = Uип экв / Rк экв =10 / 1333 = 7,5мА.

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 ,.

Входное напряжение рассчитываем согласно выражению:

. (9)

Результаты расчётов сводим в таблицу 2.

По известным парам значений напряжения (Uвх , Uвых) строим передаточную характеристику ключа (рисунок 4).

Таблица 2 – Данные для построения передаточной характеристики ключа

Iб, мкА	Uбэ, В	Uвх, В	Uвых, В
14	0,63	1,22	8,8
28	0,65	1,42	7,4
42	0,66	1,61	6,2
56	0,67	1,81	4,8
70	0,68	1,99	3,4
84	0,69	2,2	2,3
108	0,7	2,51	1,1

Рисунок 4 – Передаточная характеристика ключа

Определим значения параметров , .

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:

= 1,2 В; = 8,8 В; = 2,5 В ; = 1,1 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:

, (10)

где:

(11)

Для заданного транзистора согласно справочным данным:

=200 МГц, Сk = 10 пФ.

Находим:

Тогда:

= 0,8 + 346,6 =347,4 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 3.}

_{Таблица 3 - Результаты расчётов}

R1, кОм	R2, кОм	Rк, кОм	, В	, В	, нс	, нс	, нс	, нс
13	180	1,3	8,8	1,1	77,5	0,53	0,94	797,2

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Аваев, Н.А. Электронные приборы / Н.А. Аваев, Г.Г. Шишкин / Под ред. Г.Г. Шишкина. – Москва: Издательство МАИ, 1996.

2. Батушев, В.А. Электронные приборы / В.А. Батушев. – Москва: Высшая школа, 1980.

3. Булычев, А.Л. Электронные приборы / А.Л. Булычев, П.М. Лямин, Е.С. Тулинов. – Минск: Высшая школа, 1999.

4. Быстров, Ю.А. Электронные приборы для отображения информации / Ю.А. Быстров, И.И. Литвак, Г.М. Першанов. – Москва: Высшая школа, 1998.

5. Валенко, В.С. Электроника и микросхемотехника: Учебное пособие / В.С. Валенко, М.С. Хандогин. – Минск: Беларусь, 2000.

6. Дробот, С.В. Практикум по курсу «Электронные приборы» для студентов всех специальностей БГУИР дневной и вечерней форм обучения / С.В. Дробот, В.А. Мельников, В.Н. Путилин. – Минск: БГУИР, 2003.

7. Дулин, В.Н. Электронные приборы / В.Н. Дулин, Н.А. Аваев, В.П. Демин. – Москва: Высшая школа, 1989.

8. Изъюрова, Г.И. Расчет электронных схем / Г.И. Изьюрова. – Москва: Высшая школа, 1987.

9. Ткаченко, Ф.А. Техническая электроника / Ф.А. Ткаченко. – Минск: Дизайн ПРО, 2002.

 10. Хандогин, М.С. Электронные приборы: Учебное пособие / М.С. Хандогин. – Минск: БГУИР, 2005. 

11.  Электронные приборы и устройства: Лабораторный практикум для студентов всех специальностей БГУИР. В 2 Ч. – Минск: БГУИР, 2005, 2007.

12. Электронные приборы и устройства: Методическое пособие для студентов всех специальностей БГУИР заочной формы обучения/ А.Я. Бельский, С.В. Дробот, В.Б. Рожанский и др. – Минск: БГУИР, 2006. – 59 с.