МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

Приведені методичні вказівки і рекомендації щодо виконання контрольних завдань слід розглядати як доповнення до самостійної роботи студента з навчальною і довідковою літературою та конспектами.

ЗАДАЧА 2.1

При дослідженні ВАХ напівпровідникового приладу осцилографічним методом на вхід "X" подають сигнал, пропорційний напрузі на приладі (при відключеному генераторі розгортки осцилографа), а на вхід "Y" — сигнал, пропорційний струму. Для вимірювання струму у коло приладу вмикають резистор із відомим опором R₀, причому R₀ доцільно брати значно менше опору приладу. Схему слід скласти так, щоб вхідні затиски, з’єднані з корпусом осцилографа, були підключенi до однієї точки схеми, а осі ВАХ на екрані мали направлення, що відповідає прийнятому направленню при графічному зображенні ВАХ у навчальній та довідковій літературі. Джерелом живлення схеми звичайно використовується генератор низької частоти ГНЧ.

При дослідженні ВАХ діода необхідно скласти відокремлені схеми для прямої і зворотної віток характеристики, тому що масштаби струмів і напруг для ціх віток значно відрізняються.

Значення живлячої напруги і елементів схеми вибирають такими, щоб не перевищувались граничні експлуaтаційні характеристики приладів (у розв'язанні задачі їх потрібно навести).

ЗАДАЧА 2.2

Для побудови графіка вихідної напруги слід проаналізувати роботу схеми при позитивному та негативному півперіодах вхідної напруги.

ЗАДАЧА 2.3

Вихідна напруга діодного ключа залежить від стану діодів — відкритого чи закритого. Для постійного струму джерело змінного сигнала опору не становить. Тому постійна напруга від джерела Е на виході буде тільки у тому разі, коли обидва діоди закрити. У протилежному випадку напруга на виході схеми визначається тим джерелом змінної напруги, у колі якого діод буде відкрито. Задачу доцільно розв’язати графічно, здійснюючи всі побудови у масштабі.

ЗАДАЧА 2.4

Для розв’язання задачі необхідно виділити моменти часу, коли діоди схеми будуть переходити з відкритого стану в закритий або навпаки, визначаючи початок або кінець обмеження вихідної напруги. Умова перемикання діода — зміна знаку напруги на ньому.

ЗАДАЧА 2.5

Задачу слід розв’язати як при прямому вмиканні діода, так і при зворотньому вмиканні. На відповідну вітку ВАХ наноситься лінія навантаження, що задовольняє рівнянню

I= ( E – U_Д ) / R_Н

Ця лінія проходить через точки [ I=0; U_Д =E ] і [U_Д =0; I=E / R_Н ]. Точка перетину лінії навантаження з ВАХ визначає робочий режим діода (струм через діод І і напругу на діоді U_Д).

Із рівнення ВАХ діода

I =I₀ [ exp ( U_Д / m ) – 1],

де I₀ – зворотний струм насичення (тепловий струм), при визначенних значеннях І та U_Д можна знайти коефіцієнт неідеальності m, причому тепловий потенціал необхідно обчислити для температури, яка відповідає ВАХ.

ЗАДАЧА 2.6

Для заданої схеми

U_КЕ = Е_К – ( I_К + I_Б ) R_Н

Враховуючи, що I_Б U_КЕ / R_Б маємо рівнення лінії навантаження:

Лінія навантаження наноситься на сім’ю вихідних ВАХ транзистора. Вона проходить через точки [ I_К =0, U_КЕ = Е_К / ( 1+ R_Н/ R_Б) ] і [ U_КЕ =0, I_К=Е_К/ R_Н ]. Щоб знайти робочу точку, необхідно збудувати лінію зміщення, користуючись співвідношенням U_КЕ I_Б R_Б .Точка перетину лінії навантаження з лінією зміщення визначає робочий режим транзистора ( U_КЕ , I_К ).

ЗАДАЧА 2.7

Розрахунок каскаду проводиться для області середніх частот. Спочатку вибирають значення основних елементів каскаду Е_К і R_К з урахуванням граничних параметрів транзистора:

Відтак на вихідних ВАХ транзистора будують лінію навантаження за постійним струмом, що визначається рівнянням

U_КЕ = Е_К – I_К ( R_К+R_E )

На цій лінії вибирають точку спокою, координатами якої є , , , a також на вхідній ВАХ. Через точку спокою і точку з координатами [ R_Н' ] проводять лінію навантаження за змінним струмом. Тут і далі R_Н' . Якщо точка спокою знаходиться приблизно посередені відрізка лінії навантаження за змінним струмом, що відповідає активному режиму роботи транзистора, і при цьому колекторний струм насичення , то вибір точки

спокою вважається викінченим. У протилежному випадку положення точки спокою слід уточнити. При значній нелінійності початкової ділянки вхідної ВАХ (поблизу точки відсички) використовувати цю ділянку для роботи транзистора недоцільно.

Задання точки спокою частіше за все здійснюється за допомогою базового

подільника напруги R₁–R₂, значення резисторів якого вибирають із таких співвідношень:

; ;

;

; .

Резистор R_E у колі зворотнього зв’язку для температурної стабілізації точки

cпокою

Вибір ємностей розділових конденсаторів C_P1 , і C_P2 та конденсатора кола

зворотного зв’язку C_E проводиться так, щоб їх опорами в області середніх частот можна було знехтувати, а коефіцієнт частотних спотворень на ніжній межі частотного діапозону не перевищував задане значення М_Н.

Із співвідношень:

;

;

;

визначають мінімальні значення C_p1, C_p2, C_E . Для цього значальний коефіцієнт частотних спотворень M_H потрібно розподілити на співмножники M_HC1, M_HC2 і M_HCE таким чином, щоб значення ємностей були якомога однаковими.

Ємність C_E повинна також задовільняти умові:

.

Опором R_Г джерела вхідного сигналу потрібно задатися. Джерелом вхідного сигналу часто є попередній каскад підсилення, вихідний опір якого визначається колекторним навантаженням. Тому можна прйняти, наприклад, R_Г R_K .

Аналітичний розрахунок проводиться у такій послідовності.

Визначаються: коефіцієнти підсилення каскаду за струмом і за напругою

k_{i ;} k_U = k_{i ;}

вхідний і вихідний опори каскаду

R_ВХ=R₁ || R₂ || h₁₁ ; R_вих =R_К || ( 1/ h₂₂) ;

параметри вихідного сигналу

I_{m вх} = U_m / R_BX ; I_{m вих} = k_i I_{m вх} ;

U_{m вих} = I_{m вих} R_H ; P_вих = 0,5I_{m вих} U_{m вих} ;

коефіцієнт корисної дії

= P_вих /( E_K I_K0 ).

Графо-аналітичний розрахунок підсилювача проводиться за вхідними і вихідними ВАХ транзистора шляхом послідовної побудови часових залежностей

U_ВХ , I_Б , I_К , U_ВИХ . Усі побудови виконуються у масштабі. За часовими діаграмами визначаються коефіцієнти підсилення за струмом і за напругою. Із графо­-аналітичного розрахунку можна знайти найбільшу амплітуду вихідного сигналу, при якому транзистор не виходить за межи активного режиму, і відповідну амплітуду вхідного сигналу.

Смуга пропускання підсилювача визначається знизу і зверху межовою частотою. Верхня межова частота знаходиться із співвідношень:

;

де C_K і параметри транзистора.

Фазові спотворення на нижній межі смуги пропускання визначаються фазовими зсувами, зумовленними кондесаторами схеми:

а на верхній межі — частотними параметрами транзистора:

Задача 2.8

Розрахунок підсилювального каскаду на польовому транзисторі схожий на розрахунок каскаду на біполярному транзисторі (див. пояснення до задачі 2.7).

Лінія навантаження за постіним струмом визначається рівнянням

U_CB=E_C – I_C( R_C + R_B)

а за змінним струмом –

U_CB=E_C – I_C( R_C || R_H)

Вибір точки спокою проводиться аналогічно. Координатами точки спокою є I_C0, U_{CB 0}, U_{ЗВ 0} .

Елементи каскаду вибираються таким чином:

R_З =1…2 МОм; R_C=(0,05…0,15) r_i;

R_B=U_B0 / I_C0; U_B0=(0,1…0,3) E_C;

де U_ЗВО береться зі своїм знаком.

При виборі типу транзистора ураховують максимальний струм стоку I_{C ДОП} ,

максимальну напругу U_CДОП і максимальну розсіювану потужність P_CДОП. Важливими параметрами польового транзистора є внутрішній опір r_i та крутість S .

В аналітичному розрахунку коефіцієнт підсилення за напругою визначається як

де R_Н' = R_C || R_H

Вхідний опір каскаду

R_BX = R₁ || R₃ ,

вихідний опір

R_ВИХ = R_C || r_i .

ЗАДАЧА 2.9

Характеристикою режиму роботи транзисторного ключа може бути коефіцієнт насичення  = I_Б / I_БН. При 0 <  < 1 режим роботи транзистора активний, при   1 — режим насичення. Щоб збудувати графік вихідної напруги ключа, необхідно визначити, при якому значенні вхідного сигналу транзистор буде відкрито і коли він досягає режиму насичення.

При розв’язанні задачі потрібно чітко усвідомити, який сигнал буде на виході, коли транзисторний ключ закрито, повністю відкрито і коли транзистор працює в активному режимі.

ЗАДАЧА 2.10

Для запирання ключа на польовому транзисторі з керуючим р-n-переходом до затвору підводять напругу U_З, що перевищує напругу відсикання U₀ . У закритому стані на виході ключа існує високий потенціал (логічної одиниці). При меншій напрузі на затворі ключ буде видкрито. У режимі насичення струм стоку I_{C HAC} =E / R_C, а на виході ключа — низький потенціал (логічного нуля).

Ключ на МДН-транзисторі з наведеним каналом, навпаки, закрито, доки напруга на затворі менше порогової напруги U₀ . При U_З > U₀ ключ відкривається і при I_{C HAC} =E / R_C досягає стану насичення.

Идеалізовану стокзатворну ВАХ польового транзистора можна зобразити рівнянням:

I_C = S | U_З – U₀ |

при U_З  U₀ для транзистора з керуючим переходом і при U_З  U₀ для МДН-транзистора з наведеним каналом.

Звідси напруга відсичення для транзистора з керуючим переходом (U_З = 0):

U₀= I_{C HAC} / S

Напруга на затворі транзистора з наведеним каналом у стані насичення

U_З = I_{C HAC} / S + | U₀ |.

Графік вихідної напруги ключа потрібно будувати з урахуванням значень вхідного сигналу, при яких транзистор переходить у закритий стан та у стан насичення.