Методические указания к выполнению контрольной работы
Контрольная работа состоит из расчетно-пояснительной записки с приложением графического материала (схемы, характеристики).
В расчетно-пояснительной записке следует привести задание, решение задач с кратким объяснением существа и цели выполняемых действий, описания схем, перечень использованной литературы. В расчетной части необходима запись всего хода решения задачи, используемых формул с подстановкой числовых значений и указаниями размерности в единицах СИ. Графическую часть рекомендуется выполнять на отдельных листах миллиметровой бумаги. Все элементы схем должны изображаться в виде стандартных условных обозначений в соответствии с действующим ГОСТом и стандартом предприятия [8]. Контрольная работа должна быть подписана исполнителем. Если контрольная работа окажется не зачтенной из-за ошибок в решении задач, их нужно исправить в соответствии с замечаниями рецензента. Старые записи нельзя стирать, вырывать или заклеивать.
При решении задачи 1 следует, прежде всего, ознакомиться с разделами курса, посвященными физике твердого тела, теории «р-n»-перехода и полупроводниковым диодам. Для определения вероятности нахождения электронов и дырок на заданном уровне энергии следует использовать статистику Ферми.
При этом принимается постоянная Больцмана К = 1,38∙1023 Дж/К = 8,62∙105 эВ/К, заряд электрона e = 1,6∙1019 Кл.
Понятие идеального «р-n» – перехода или идеального диода предполагает, что сопротивления «р»- и «n»-областей, а также сопротивление контактов достаточно малы, явление пробоя отсутствует. При этих условиях вольт-амперная характеристика (ВАХ) перехода выражается формулой
,
где I0 – обратный ток;
U – напряжение на переходе;
T – абсолютная температура, К.
Нагрузочная
прямая в варианте 2 строится следующим
образом. Зависимость между током и
напряжением в предлагаемой схеме
подчиняется закону Кирхгофа. Поэтому
.
Построенная зависимость Iд = f(Uд) и есть нагрузочная прямая. ЕЕ точка пересечения с ВАХ диода определяет распределение входной ЭДС Е между диодом и сопротивлением R.
При решении задачи 2 следует обратиться к справочнику [6] или к другой справочной литературе, в которых приводятся вольт-амперные характеристики исследуемых биполярных транзисторов (БТ).
Начертите на миллиметровой бумаге эти ВАХ в масштабе, необходимом для графического определения h-параметров по ним с достаточной точностью. Определите тип БТ «n-р-n» или «р-n-р» по справочным данным. Начертите его схему включения (см. условие задачи) в активном (усиленном) режиме. Постройте энергетическую и потенциальную диаграммы с изображением уровней Ферми и примесей. Построение надо начинать с энергетической диаграммы для несмещенного БТ, а затем уже внести изменения положения уровней при подаче необходимых внешних смещений для создания заданного режима работы БТ.
В заданной рабочей точке по исходным данным табл. 2.1 определите h-параметры в схеме включения с ОЭ по расчетным формулам, приведенным в [1, 2, 3]. Если входные характеристики слились при различных значениях выходного напряжения UКЭ, то это означает, что в транзисторе отсутствует обратная связь по напряжению (база БТ достаточно широкая). При этом h12Э = 0. Сравните результаты расчетов h-параметров со справочными данными, объясните возможные расхождения.
Пересчетные расчетные формулы h-параметров для других схем включения БТ имеют вид
с
ОБ:
с
ОК:
При расчетах h-параметров учитываются фазовые соотношения между токами и напряжениями БТ в различных схемах их включения.
Постройте эквивалентную схему замещения БТ через h-параметры для заданной по условию задачи схемы включения БТ.
Рассчитайте физические параметры БТ с заданной схемой включения через h-параметры по формулам:
ОБ
|
ОЭ
|
ОК
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приведите физический смысл рассчитанных параметров и эквивалентную схему замещения БТ с заданной схемой включения через физические параметры.
При решении задачи 3 следует по литературе ознакомиться с принципом действия полевых транзисторов (ПТ), их достоинствами и недостатками по сравнению с БТ, разновидностями ПТ и их параметрами.
ПТ типа КП103 по справочным данным – это кремневые, планарные с управляющим «р-n»-переходом и каналом р-типа.
ПТ марки КП302 – такие же, как и КП103, но с каналом n-типа.
ПТ марки КП301Б – кремниевые, МОП-транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом р-типа.
При выборе местоположения рабочей точки для определения параметров ПТ с управляющим «р-n»-переходом необходимо учитывать, что входное сопротивление ПТ должно быть большим, что обеспечивает их использование во входных усилительных каскадах приемника и более высокую чувствительность приемника к малым сигналам. Чтобы выполнить это условие, необходимо на затвор ПТ подавать обратное смещение по отношению к общему электроду схемы включения. Схему включения ПТ приведите с общим истоком для положения разомкнутого ключа.