Общие замечания к выполнению

КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Учебным планом для заочного отдаления предусмотрено выполнение контрольной работы по первой части курса.

При выполнении контрольной работы необходимо соблюдать следующие правила:

1. В контрольной работе обязательно должен быть указан год издания методического пособия, которым пользовался студент, и должны быть записаны условия задач.

2. Решение задач должно сопровождаться подробными пояснениями по каждому пункту задания.

3. Все графические построения надо выполнять карандашом, отчетливо и аккуратно.

4. Все величины, определяемые из графика, должны быть указаны на графике.

5. Если по заданию требуется построить какую-либо характеристику прибора, то данные для построения должны быть сведены в таблицу.

6. Обозначения определяемых величин должны быть одинаковыми с обозначениями, принятыми в задании.

7. Если работа не допущена к зачету, то исправление решения задач или их новое решение производятся на чистых листах не зачтенной работы и посылается на повторное рецензирование.

8. В конце работы студент должен указать литературу, которой он пользовался при выполнении контрольной работы, поставить свою подпись и число.

Цель выполнения контрольной работы

Контрольная работа призвана закрепить теоретический материал курса, посвященный свойствам биполярных и полевых транзисторов. Большое внимание уделено работе со статическими характеристиками приборов и справочным материалом. При анализе усилительного прибора, работающего с относительно большими сигналами, прибегают к графоаналитическим расчетам. Анализ малосигнальных режимов проводится с помощью эквивалентных схем и электрических параметров. Рассматривается также зависимость параметров от частоты. Большая часть контрольной работы посвящена изучению именно этих вопросов.

У полевых транзисторов важным для применения считается усилительный режим, который рассчитывается с помощью дифференциальных параметров, определяемых по статическим характеристикам.

Выбор варианта задания

Исходные данные к решаемым задачам определяются из таблиц приложения А для задач 1, 2, 3 по последней цифре студенческого билета, для задачи 4 по предпоследней цифре студенческого билета. Необходимые характеристики следует брать из приложения Б.

Содержание задач контрольной работы

Задача 1:Исходные данные для задачи берем из таблицы П.1.1 приложения 1.По статическим характеристикам заданного биполярного транзистора (приложение 2), включенного по схеме с общим эмиттером, рассчитать параметры усилителя графоаналитическим методом. Для этого:

а) построить линию нагрузки;

б) построить на характеристиках временные диаграммы токов и напряжений и выявить наличие или отсутствие искажений формы сигнала, определить величины амплитуд напряжений на коллекторе и базе, тока коллектора;

в) рассчитать для линейного (мало искажающего) режима коэффициенты усиления по току K_I , напряжению K_U и мощности K_P и входное сопротивление усилителя R_ВХ. Найти полезную мощность в нагрузке P_{~ ,} мощность , рассеиваемую в коллекторе P_K, потребляемую мощность Р_ПОТР и коэффициент полезного действия h.

Задача 2:Используя характеристики заданного биполярного транзистора определить h-параметры в рабочей точке, полученной в задаче 1.

Задача 3: Используя h-параметры (задача 2), определить частотные параметры транзистора и построить зависимости относительного коэффициента передачи тока от частоты½Н₂₁½/ h₂₁=F(f) для различных схем включения транзисторов.

Задача 4:Исходные данные для задачи берем из таблицы П.1.2 приложения 1. По выходным характеристикам полевого транзистора (приложение 2) построить передаточную характеристику при указанном напряжении стока.Определить дифференциальные параметры полевого транзистора и построить их зависимость от напряжения на затворе.

Пример решения задачи 1

Дано: транзистор КТ315А, напряжение питания Е_К = 15 В, сопротивление нагрузки R_Н = 500 Ом, постоянный ток смещения в цепи базы I _Б0 = 350 мкА, амплитуда переменной составляющей тока базы I _БМ= 150 мкА .

Выходные статические характеристики транзистора с необходимыми построениями показаны на рисунке 1.1. Нагрузочная линия соответствует графику уравнения . На семействе выходных характеристик ордината этой прямой при U_КЭ=0 соответствует точке I_К=E_К/R_Н. Абсцисса при I_К=0 соответствует точке U_КЭ=Е_К. Соединение этих координат и является построением нагрузочной линии.

В нашем случае координаты нагрузочной линии: I_К = 15/500 = 30 мА и U_КЭ = 15 В. Соединяя эти точки, получаем линию нагрузки.

Рисунок 1.1

Пересечение нагрузочной линии с заданным значением тока базы I_Б0 определяет рабочую точку (РТ) транзисторного каскада, нагруженного на резистор. В нашем случае рабочий точка соответствует пересечению нагрузочной прямой с характеристикой при I_Б= 350 мкА .

Если в семействе выходных характеристик отсутствует требуемая характеристика (в нашем случае I_Б= 350 мкА), её следует самостоятельно построить между характеристиками с ближайшими значениями тока базы (на рисунке пунктирная линия).

Координаты рабочей точки дают значение рабочего режима выходной цепи U _КЭ0 и I _К0. Определяем параметры режима по постоянному току

I_К0=19,2 мА и U_КЭ0=5,45 В.

На входных характеристиках (рисунок 1.2) рабочую точку определяем как точку пересечения ординаты, соответствующей току I_Б0=350 мкА, и характеристики при U_КЭ=10 В (РТ). Хотя в рабочей точке на выходных характеристиках U_КЭ0¹10 В, входные характеристики в активном режиме практически совпадают и можно воспользоваться характеристикой для

U_КЭ =10 В. Определяем: U_БЭ0= 0,745 В.

Рисунок 1.2

По заданному изменению синусоидального тока базы с амплитудой I _БM, определяем графически амплитуды токов и напряжений на электродах транзистора. Строим временные диаграммы переменного тока коллектора, напряжения коллектора и базы для случая синусоидального входного тока с амплитудой I_БМ = 150 мкА. Временные диаграммы строятся с учетом того, что напряжения на базе и коллекторе противофазные, и с соблюдением одинакового масштаба по оси времени. После построения временных диаграмм необходимо оценить, имеются ли заметные искажения в выходной цепи транзистора или нет.

Из временных диаграмм видно, что под действием переменного входного тока рабочая точка на выходных характеристиках двигается вдоль линии нагрузки. Если рабочая точка какую-либо часть периода входного тока попадает в область насыщения или отсечки сигнала, необходимо уменьшить амплитуду входного сигнала до величины, при которой рабочая точка не будет выходить за пределы активной области работы прибора.

Дальнейшие расчеты производятся только для активного режима работы прибора, называемого иногда линейным или неискажающим.

При нахождении из графиков величин I_КМ , U_КМ , U_БМ следует обратить внимание, что амплитудные значения для положительных и отрицательных полуволн сигнала могут быть неодинаковыми, а значит усиление большого сигнала и в активном режиме сопровождается некоторыми искажениями.

Для дальнейших расчетов значения амплитуд определяется как средние за период.

По выходным статическим характеристикам (рисунок 1.1) находим положительные и отрицательные амплитуды токов и напряжений =8мА и =8мА, а также =3,85 В и =4,15 В. Затем определяем среднее значение амплитуд

мА , В

По входным характеристикам находим В и В.

B

Затем определяем , и .

Находим .

Определяем полезную мощность, мощность рассеиваемую на коллекторе и потребляемую мощность

; ;

.

коэффициент полезного действия каскада

.

Пример решения задачи 2

Находим h- параметры в рабочей точке, которая определена в задаче 1. Параметр h_11Э определяем следующим образом. На входных характеристиках (рисунок 2.1) задаемся приращением тока базы DI_Б= ±50=100 мкА относительно рабочей точки I_Б0=350 мкА.

Рисунок 2.1

Соответствующее приращение напряжения база-эмиттер составит

DU_БЭ=0,018 В. Тогда входное сопротивление

.

По выходным характеристикам находим параметры h_21Э и h_22Э. Определение параметра h_21Э показано на рисунке 2.2.

Задаемся приращением тока базы относительно рабочей точки также DI_Б= ±50=100 мкА и соответствующее приращение тока коллектора составляет DI_К= 5,6 мА. Коэффициент передачи тока базы составит

.

На рисунке 2.3 показано определение выходной проводимости h_22Э. Около рабочей точки задаемся приращением напряжения коллектор-эмиттер

Рисунок 2.2

Рисунок 2.3

DU_КЭ=4 В. Соответствующее приращение тока коллектора составляет DI_К=1 мА и выходная проводимость равна

.

Параметр h_12Э по характеристикам обычно не определяется, так как входные характеристики для рабочего режима практически сливаются и определение параметра даёт очень большую погрешность.

Пример решения задачи 3

Для данного транзистора на частоте f =100 МГц модуль коэффициента передачи тока½Н_21Э½=2,5 и постоянная времени цепи коллектора t_К= 500 пс. Коэффициент передачи тока базы½Н_21Э½в зависимости от частоты определяется формулой:

(1). Преобразуя её, получим: (2).

Если ½Н_21Э½<<h_21Э (3), то (4).

Поскольку условие (3) выполняется, то подставляя в полученную формулу (4) выше приведенные данные ½Н_21Э½, f и значение h_21Э=56, полученный в задаче 2, определяем предельную частоту для схемы с общим эмиттером :

f_Н21Э » 4,46 МГц .

Предельная частота для схемы с общей базой определяется как

f_Н21Б= f_Н21Э×( h_21Э+1) »254,5 МГц.

Граничная частота f_ГР » f_Н21Э× h_21Э=250 МГц.

Максимальная частота генерации определяется формулой

(5), где h_21Б= h_21Э/( h_21Э+1) (6).

Подставляя в выше приведенную формулу (5) полученные результаты h_21Б, f_Н21Б и справочное значение t_К получим f_МАКС = » 141,06 МГц.

Построить зависимости и . Для этого проделать вычисления используя формулу (1), а для второго случая формулу (7).

(7).

Вычисления проводить до тех пор, пока коэффициенты передачи снизится более, чем в 10 раз. Результаты вычислений занести в таблицы 3.1 и 3.2.

Таблица 3.1.

f, МГц
½Н21Э½	54,65	51,1	37,3	22,8	12,2		2,5
	0,976	0,91	0,67	0,41	0,22	0,09	0,045

Таблица 3.2.

f, МГц
½Н21Б½	0,964	0,915	0,77	0,45	0,24	0,12	0,06
	0,981	0,93	0,79	0,46	0,25	0,12	0,06

Строим графики, откладывая частоту в логарифмическом масштабе, а коэффициенты передачи тока в относительных единицах в линейном масштабе. (Рисунок 3.1).

Рисунок 3.1

Пример решения задачи 4

Пусть дан полевой транзистор типа КП103, напряжение сток-исток

U_СИ0= 6 В, U_ЗИ0=4 В. Приводим выходные характеристики (приложение 2). Для построения характеристики прямой передачи определяем ток стока при U_ЗИ=0 В, 0,5 В и т.д. (рисунок 4.1). Результаты заносим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1.

UЗИ, В		0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0
IC, мА	4,08	3,13	2,31	1,6	1,05	0,61	0,3

По полученным результатам строим характеристику прямой передачи (рисунок 4.2).

Определяем крутизну и строим её зависимость от напряжении на затворе. Для этого сначала находим крутизну при напряжении на затворе U_ЗИ=0,25В.

Рисунок 4.1

Определяем токи I¢_С=4,08 мА и I²_С=3,13 мА при напряжениях U¢_ЗИ=0 В и U²_ЗИ=0,5 В соответственно (рисунок 4.1). Затем вычисляем крутизну

=1,96 мА/В.

Аналогично проделываем эту операцию для U_ЗИ=0,75В; 1,25 В и т.д. Результаты вычислений заносим в таблицу 4.2 и строим график (рисунок 4.3).

Рисунок 4.2

Таблица 4.2.

UЗИ, В	0,25	0,75	1,25	1,75	2,25	2,75
S, мА/В	1,9	1,64	1,42	1,1	0,88	0,62

Для определения выходного сопротивления R_i задаемся приращением DU_СИ=±2 В относительно напряжения U_СИ=6 В (рисунок 4.4). Определяем приращение тока стока при напряжении на затворе 0 В, вычисляем значение . Результат заносим в таблицу 4.3. Аналогично проделываем для U_ЗИ=0,5 В; 1,0 В и т.д. На рисунке 4.3 cтроим зависимость R_i=F(U_ЗИ).

Рисунок 4.3

Таблица 4.3.

UЗИ, В		0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0
DIС, мА	0,14	0,1	0,07	0,06	0,05	0,045	0,04
Ri, кОм		39,2	54,8	65,6		88,9
S,мА/В		1,75	1,5	1,25	1,0	0,75	0,5
m		68,6	82,2			66,6

Из рисунка 4.3 определяем значение крутизны для тех же величин, что и R_i. Результат так же заносим в таблицу 4.3.

В заключении определяем коэффициент усиления транзистора m= S× R_i.

Результат так же заносим в таблицу 4.3 и строим зависимость (рисунок 4.3).

Рисунок 4.4

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Варианты заданий для последней цифры студенческого билета.

Таблица П.А.1

№ вар.	Тип БТ	ЕК, В	RН, Ом	IБ0, мкА	IБМ, мкА	f, МГц	|H|	tК, пс
	КТ603А						2,0
	КТ605А						2,0
	КТ603А						2,25
	КТ605А						2,25
	КТ603А						2,5
	КТ605А						2,5
	КТ603А						2,75
	КТ605А						2,75
	КТ603А						3,0
	КТ605А						3,0

Варианты заданий для предпоследней цифры студенческого билета.

Таблица П.А.2

Вариант	Тип ПТ	UСИ0, В	UЗИ0, В
	КП 103 К
	КП 903 А
	КП 103 К
	КП 903 А
	КП 103 К
	КП 903 А
	КП 103 К
	КП 903 А
	КП 103 К
	КП 903 А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Рисунок П.Б.1

Рисунок П.Б.2

Рисунок П.Б.3 Рисунок П.Б.4

Рисунок П.Б.5

Рисунок П.Б.6

Валерий Леонидович Савиных

Физические основы электроники.

Методические указания и

контрольные задания

Редактор проф. Игнатов А.Н.

Корректор

Лицензия №020475, январь 1998 г. Подписано в печать

Формат бумаги 62´84/16

Бумага писчая № 1. Уч. изд. л. Тираж 500 экз.

Заказ №

СибГУТИ, 630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86.