Основные компоненты электронной техники

В задачах этого раздела на простых практических схемах рассматриваются условия выбора, параметры и режимы работы полупроводниковых приборов – выпрямительных диодов, стабилитронов, фотодиодов и светодиодов, транзисторов и тиристоров. Для резисторов и конденсаторов рассчитанные параметры округляются до ближайшего номинального значения из ряда Е6, Е12, Е24.

Задача 2.1.1. Представить схему мостового выпрямителя с конденсатором фильтра на выходе, выбрать тип диодов, определить выходное напряжение и емкость конденсатора фильтра при заданных значениях коэффициента пульсаций p = 0,02 , входного напряжения и тока нагрузки (табл. 2.1.1). Представить условия выбора диодов при наличии конденсатора фильтра и без него.

Таблица 2.1.1

Вариант
		6,3		12,6
	0,41	0,52	0,35	0,45	0,26	0,34	0,2	0,1	0,045	0,076

Методические указания

Диоды выбираются по двум максимально допустимым параметрам и , которые должны превышать соответствующие фактические значения и на 20 – 30%. В свою очередь величины и связаны с напряжениями , и током нагрузки определенными соотношениями в зависимости от схемы выпрямителя и наличия сглаживающего фильтра. Эти соотношения приводятся в литературе и должны использоваться как условия выбора диодов.

Емкость конденсатора фильтра определяется по заданному коэффициенту пульсации p, сопротивлению нагрузки с учетом частоты пульсации , равной удвоенной частоте питающей сети из выражения:

.

Задача 2.1.2. Представить схему и произвести расчет параметрического стабилизатора напряжения с заданными значениями коэффициента стабилизации , выходного напряжения и сопротивления нагрузки (табл. 2.1.2). Выбрать тип полупроводникового стабилитрона, определить необходимое напряжение питания , сопротивление балластного резистора и его мощность . Рассчитать фактическое изменение выходного напряжения при подключении нагрузки и при изменении напряжения питания на 20 % в условиях холостого хода.

Вариант

Таблица 2.1.2

Методические указания

Тип стабилитрона выбирается по величине с учетом тока нагрузки из условий: , . При этом должно выполняться соотношение .

Напряжение питания и сопротивление можно определить из системы уравнений:

где – дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Параметр берется из справочника для тока стабилизации, являющегося средним значением между и .

Тип резистора выбирается по рассеиваемой на нем мощности .

После расчета сопротивление балластного резистора необходимо округлить до ближайшего номинального значения в соответствии с типовым рядом сопротивлений. В зависимости от точности изготовления резисторов предусматривается: ряд Е12 (допуст. погрешность 10 %); ряд Е24 (погрешность 5 %); ряд Е48 (доп. погрешность 2 %) и др. (см. табл. 2.1.3.)

Таблица 2.1.3

		1,2	1,5	1,8	2,2	2,7
3,3	3,9	4,7	5,6	6,8	8,2
		1,1	1,2	1,3	1,5	1,6	1,8		2,2	2,4	2,7	3,0
3,3	3,6	3,9	4,3	4,7	5,1	5,6	6,2	6,8	7,5	8,2	9,1

Фактическое сопротивление резистора R определяется выражением:

,

где n = 0, 1, 2, 3…– порядок числа.

Наиболее широко применяются резисторы типов МЛТ (маломощные) и ПЭВ, С5 – 35В (мощные).

МЛТ – металлопленочный, лакированный, теплостойкий. Они выпускаются пяти видов по номинальной мощности от 0,125 Вт до 2 Вт и имеют соответствующее обозначение: МЛТ-0,125; МЛТ-0,25; МЛТ-0,5; МЛТ-1; МЛТ-2.

Сопротивление этих резисторов соответствуют рядам: Е12; Е24; Е48 и находится в пределах: 1 – 910 Ом; 1 – 910 кОм; 1 – 10 МоМ.

ПЭВ – проволочные, эмалированные, радиальные выводы. Выпускаются 11 видов по номинальной мощности: 3; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 75; 100 Вт.

Сопротивление этих резисторов соответствуют ряду Е24 и находится в пределах 1 – 56000 Ом в зависимости от мощности.

Изменения выходного напряжения при изменении напряжения питания и подключении нагрузки определяются из выражений:

,

.

Задача 2.1.3. Представить схему оптоэлектронного позиционного датчика с управляемым оптическим каналом, содержащую светодиод и фотодиод с соответствующими резисторами и . Выбрать типы светодиода и фотодиода, задать режимы их работы и определить сопротивление резисторов в схеме при напряжении питания датчика . Рассчитать напряжение на выходе датчика при световом потоке через оптический канал и нагрузке (табл. 2.1.4).

Таблица 2.1.4

Вариант
	2,1	2,2	2,3	2,4	2,5	2,6	2,7	2,8	2,9	3,0

Методические указания

Целесообразно выбрать светодиод с инфракрасным спектром излучения, при котором фотодиод может использоваться с защитным

ИК-фильтром. Номинальный ток светодиода в позиционном датчике выбирается в пределах до 20 % от максимального тока для повышения срока службы излучателя.

Фотодиод выбирается на основе кремния, что уменьшает темновой ток и повышает термостабильность датчика.

Сопротивление ограничительного резистора светодиода равно

,

где - прямое падение напряжения на светодиоде (из справочника).

Сопротивление выходного резистора в цепи фотодиода выбирается в пределах 10 – 100 кОм в зависимости от сопротивления внешней нагрузки из условия .

Выходной сигнал датчика можно определить, используя выражение

,

где – интегральная чувствительность светодиода (из справочника).

Рекомендуемые типы светодиода и фотодиода:

светодиод – ;

фотодиод – .

Задача 2.1.4.Определить фактические параметры транзистора в рабочей точке , (табл. 2.1.5), используя его входные и выходные вольтамперные характеристики:

– статическое входное сопротивление

(по постоянному току);

– дифференциальное входное

сопротивление (по переменному току);

– статическое выходное сопротивление

(по постоянному току);

– дифференциальное выходное

сопротивление (по переменному току);

– статический коэффициент передачи тока;

– дифференциальный коэффициент

передачи тока.

Таблица 2.1.5

Вариант
	0,3	0,35	0,4	0,45	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75

Сравнить полученные значения статических и дифференциальных параметров транзистора и показать их отличие в виде неравенств.

Методические указания

Для определения дифференциальных сопротивлений транзистора на графике входных или выходных характеристик откладывают приращения функции как катеты треугольника с вершиной в рабочей точке. Для определения статических сопротивлений используют координаты этой точки.

При определении коэффициента передачи необходимо взять приращение токов базы и коллектора между соседними выходными характеристиками для заданного напряжения в рабочей точке.

Задача 2.1.5. Представить схему тиристорного выключателя для управления силовым электромагнитом при его питании от мостового выпрямителя. Выбрать тип тиристора, определить параметры сигнала управления и мощность, рассеиваемую тиристором, при заданных значениях напряжения питания и сопротивления электромагнита (табл. 2.1.6). Определить максимальную мощность в нагрузке, которую может коммутировать выбранный тиристор.

Таблица 2.1.6

Вариант

Методические указания

Тиристор выбирается по максимально допустимым параметрам и , которые должны превышать соответствующие фактические максимальные значения и на 20 – 30 % .

Фактическое значение определяется амплитудой напряжения питания (при использовании защитного диода). Ток соответствует току нагрузки тиристора .

Мощность, рассеиваемая тиристором, определяется падением напряжения на открытом тиристоре и током .

Максимальная мощность в нагрузке, коммутируемая тиристором,

определяется по предельным параметрам и .