Адачи для самостоятельной работы. Задача 9.Используя ВАХ диода [1,2], определите сопротивление диода постоянному току при температуре +25°С

Задача 9.Используя ВАХ диода [1,2], определите сопротивление диода постоянному току при температуре +25°С. Варианты заданий приведены в табл.1.1.

Таблица 1.1 – Варианты заданий к задаче 9

Номер варианта	Тип диода	Uпр , В	Uобр, В
	Д2Г	0,8
	КД104А
	Д211	0,4
	Д223
	КД102А	1,2
	Д305	0,2
	Д226	0,6
	КД417А	0,8
	Д302	0,1
	КД221А	1,1
	КД221В	1,1
	КД105	0,6
	Д104	0,8
	КДС627А
	МД217	0,9
	Д9В	0,4
	КД212А	1,2
	Д229Б	0,4
	КД208Б	0,8
	КД103Б	0,9
	КДС111А	0,8
	Д226А	0,5
	Д9Ж	0,8
	КД213Б
	Д223А	0,8
	ГД107Б	0,6
	Д229А	0,6
	КД209А	0,7
	КД102Б	1,2
	КД106А	0,9
	Д303	0,1

Примечание. Если тип диода в табл.1.1 указан без буквы, разрешается применить диод с любой буквой. Параметры диода можно определять и при температуре +20°С. В решении задачи обязательно должны быть включены вольт-амперные характеристики выбранного диода с обозначением точек, которые соответствуют заданным значениям напряжений и соответствующих им значением токов.

Задача 10.В схеме на рис.1.5 входное напряжение изменяется в диапазоне от U_{вх min} к U_{вх max}. Определите сопротивление и минимально допустимую мощность рассеяния ограничительного резистора R для обеспечения стабильности выходного напряжения в всем диапазоне изменения входного напряжения. Варианты задач приведены в табл.1.2.

Таблица 1.2 – Варианты заданий для задачи 10

Номер варианта	Тип стабилитрона	Uвх min В	Uвх max В	Rн Ом
	Д809
	Д814А
	КС133А
	КС162А
	Д816Б
	КС447А
	Д811
	КС213Б
	КС168А
	Д814Д
	Д814Б
	КС175Ж
	КС680А
	КС156А
	Д814Г
	КС147А
	КС210Б
	КС139А
	КС191Ж
	КС170А
	КС168В
	Д815А
	КС215Ж
	КС222Ж
	КС630А
	КС218Ж
	КС224Ж
	КС182Ж
	Д817Б
	КС439А
	КС531В

Примечание. В расчетном задании необходимо привести параметры выбранного стабилитрона [1,2].

Задача 11.На вход схемы (рис.1.8) подается синусоидальное напряжение. Определите амплитуду напряжения на выходе во время действия положительной и отрицательной полуволн входного напряжения. Значения сопротивлений открытого диода R_пр, закрытого диода R_обр, R_н, R_бал, амплитуда входного напряжения U_вх приведены в табл.1.3.

Таблица 1.3 – Варианты заданий к задаче 11

Номер варианта	Uвх В	Rпр Ом	Rобр кОм	Rн Ом	Rбал Ом

2 ТРАНЗИСТОРЫ В РЕЖИМЕ ПОСТОЯННЫХ

НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ

ель занятия

Освоить методику расчета параметров и режимов работы транзисторов.

2.2 Методические указания для самостоятельной подготовки к занятию.

Выучить разделы дисциплины, связанные с принципом работы транзисторов, их основными параметрами и характеристиками, схемами включения [3,4,5,9].

Биполярные транзисторы. Переходы биполярного транзистора могут быть смещены или в прямом или в обратном направлениях. В зависимости от этого различают четыре режима работы биполярных транзисторов:

1) активный режим (на эмиттерный переход подается прямое напряжение, на коллекторный – обратное);

2) инверсный режим (на эмиттерный переход подается обратное напряжение, на коллекторный – прямое);

3) режим насыщения (на эмиттерный и коллекторный переходы подано прямое напряжение);

4) режим отсечки (на оба переходова подано обратное напряжение).

Во время работы в активном режиме входные и выходные токи связаны соотношениями:

для схемы с общей базой (ОБ)

(2.1)

для схемы с общим эмиттером (ОЭ)

, (2.2)

где a, b – коэффициенты передачи токов эмиттера и базы соответственно;

І_К0 – обратный ток через коллекторный переход при разомкнутом выводе эмиттера.

Полевые транзисторы. Полевой транзистор характеризуется следующими параметрами.

Основной параметр – крутизна S:

S = ∆I_C/∆U_З-И при U_С-И = const (2.3)

и может быть до нескольких миллиампер на вольт.

Крутизна характеризует управляющее действие затвора. Например, S = 3 мА/В означает, что изменение напряжения затвора на 1 В создает изменение тока стока на 3 мА.

Управляющее действие затвора наглядно иллюстрируют характеристики, которыевыражают зависимость I_C = f (U_зи) при U_си = const (рис. 2.1).

Внутреннее сопротивление R_i аналогично величине 1/Y₂₂ для биполярного транзистора. Этот параметр представляет собой сопротивление транзистора между стоком и истоком (сопротивление канала) для переменного тока и выражается формулой

R_i= 1/В₂₂ = ∆U_с-и /∆I_спри U_з-и = const. (2.4)

Значение R_iдостигает сотен килоом и оказывается в много раз больше сопротивления транзистора постоянному току R_o на пологих участках выходных (стоковых) характеристик I_C =f (U_СИ) при U_ЗИ = const (рис.2.2):

Рисунок 2.2 – Выходные (стоковые) характеристикиполевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом n-типа

Входное сопротивление полевого транзистора определяется формулой

R_ВХ = ∆U_З-И/∆I_З при U_С-И = const. (2.5)

Поскольку ток I_З – обратный ток n-р перехода, а потому очень маленький, то R_вх достигает единиц и десятков мегаом.

Начальный ток стока I_Снач – ток стока при нулевом напряжении U_ЗИ.

Постоянный ток стока I_Cmax.

2.3 Контрольные вопросы и задания

1. Приведите статические входные и выходные ВАХ биполярного транзистора.

2. Какие токи и напряжения являются входными (выходными) во время включения транзистора по схеме со общей базой, общим эмиттером, общим коллектором?

3. Приведите основные параметры биполярных транзисторов.

4. Почему h-параметры транзистора называются гибридными ?

5. Чем определяются частотные свойства биполярных транзисторов ?

6. Дайте сравнительную характеристику коэффициентов усиления для схем с ОБ,ОК, ОЭ.

7. Дайте сравнительную характеристику входного и выходного сопротивлений для схем с ОБ,ОК, ОЭ.

8. Назовите основные виды полевых транзисторов и опишите особенности их структуры, приведите их основные параметры и условные графические обозначения.

9. Приведите выходные характеристики основных видов полевых транзисторов и сравните их.

римеры аудиторных задач

Задача 1. Рассчитайте статические коэффициенты усиления по току биполярного транзистора, включенного в схемах с ОБ, ОЭ, ОК, если при изменении тока эмиттера на 1,6 мА ток коллектора увеличился на 1,57 мА.

Решение. Для схемы с ОБ входным током является ток эмиттера, а выходным – ток коллектора, поэтому коэффициент усиления по току a = DI_к /DI_э = 1,57/1,6 = 0,98. В схеме с ОЭ входным током является ток базы, а выходным – ток коллектора, поэтому коэффициент усиления по току

b = DI_к /DI_б = DI_к /(DI_э – DI_к) = 1,57 / (1,6-1,57) = 52,3 .

В схеме с ОК входным током является ток базы, а выходным – ток эмиттера, поэтому коэффициент усиления по току равен

g = DI_э /DI_б = DI_э /(DI_э–DI_к) = 1,6 / (1,6-1,57) = 53,3 .

Задача 2. Определите h-параметры для схемы включения с ОЭ, коэффициенты передачи по току a и b, внутренние физические параметры r_б, r_э, r_к, если h_11б = 40 Ом, h_12б = 6×10^-4, h_21б = 0,97, h_22б = 2×10^-6 См.

Решение. Воспользуемся формулами перехода от h-параметров схемы с ОБ к h-параметрам схемы с ОЭ:

h_11б » h_11э / (1+h_21э);

h_12б » h_11еh_22э / (1+h_21э);

h_21б » – h_21э / (1 + h_21э) (при расчетах знак «–» не учитывать);

h_22б » h_22э / (1+h_21э).

Расчет рекомендуется выполнять в такой последовательности: h_21э, h_11э, h_22э. Для расчета коэффициентов a и b воспользуемся соотношениями:

;

b = h_21э .

Значения внутренних физических параметров можно определить по таким соотношениям:

h11э = rб + rэ/(1– a);	h11б = rэ + rб(1– a);
h12э = rэ /((1– a)×rк);	h12б = rб / (rк + rб);
h22э = 1/((1– a)×rк);	h22б = 1 / (rк + rб).

Задача 3. В схеме на рис.2.3 используется транзистор с параметрами b = 50, І_к0 = 10^-6 А. Рассчитайте сопротивление резистора R₁ и напряжение U_КЭ, если Е_К = 10 В, R₂ = 2 кОм, R_К = 3,3 кОм, U_БЭ = 0,62 В; І_Б = 0,1×І₂.

Решение. Поскольку напряжение на R₂ равняется U_БЭ, находим токи І₂, І_Б, а потом, с использованием первого закона Кирхгофа, ток І₁:

мА;

I_Б = 0,1×I₂ = 0,1×0,31 = 0,031 мА;

I₁ = I₂ + I_Б = 0,31 + 0,031 = 0,341 мА.

В соответствии с вторым законом Кирхгофа, находим напряжение на R₁:

= E_К – U_БЭ = 10-0,62 = 9,38 В,

после чего рассчитываем сопротивление R₁:

кОм.

Напряжение U_КЭ находим таким образом:

I_К = b ×I_Б + (1+b)×I_К0 = 50×0,031 + 51×10^-3 » 1,6 мА;

U_КЭ = E_К – R_К×I_К = 10-3,3×1,6 = 4,72 В.

Задача 4. Транзистор типа p-n-p включен по схеме с ОЭ (рис.2.4). Определить, в каком режиме он работает, если:

а) U_БЭ = -0.3B; U_КЭ = -0.2 B;

б) U_БЭ = -0.5B; U_КЭ = -10 B;

в) U_БЭ = 0.4B; U_КЭ = -10 B.

Решение. В p-n-p транзисторе эмиттерный переход открыт при положительном напряжении U_ЭБ, коллекторный переход – при положительном напряжении U_КБ. В соответствии с рис.2.4 U_ЭБ = –U_БЕ, U_КБ = U_КЭ – U_БЭ, то есть:

а) U_ЭБ = –U_БЭ =0.3 B > 0,

U_КБ = –0.2 – (–0.3) = 0.1 В > 0, оба перехода смещены в прямом направлении – транзистор в режиме насыщения;

б) U_ЭБ = –(–0.5) = 0.5B > 0,

U_КБ = –10 – (–0.5) = –9.5 В < 0, эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном – транзистор в активном режиме;

в) U_ЭБ = –0.4B < 0 , U_КБ = –10-0.4 = –10.4В < 0, оба перехода смещены в обратном направлении – транзистор в режиме отсечки.

Задача 5. Расчет h-параметров для схемы с ОЭ по входным и выходным характеристикам транзистора. Из выходных характеристик (рис.2.5а) можно найти для заданной точки Т параметры h_21эи h_22э.

Рисунок 2.5 – Примеры характеристик транзистора

По приращениям Di_К и Di_Б между точками А і Б при постоянном напряжении U_КЭ получим h_21Э = b= Di_К/Di_Б = 22 мА / 1мА = 22.

Отношения приращений Di_К и DU_КЭмежду точками В и Г при постоянном токе i_Б дает возможность определить h_22Э = Di_К/DU_КЭ = 4мА/1 В = 4 мСм.

Из входной характеристики транзистора (рис.2.5б) по приращениям DU_БЭ и Di_Б между точками Д и Е при постоянном напряжении U_КЭ можно найти h_11Э = DU_БЭ / Di_Б = = 0,6 В/0,55 мА = 1090 Ом.

Задача6.Для полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом n-типа, передаточная характеристика которого приведена на рис.2.6, определите крутизну S передаточной характеристики в точке О.

Рисунок 2.6 – Передаточная характеристика полевого транзистора

Решение. Используя формулу (2.3), по приращениям напряжения и тока между точками А и Б (рис.2.6), находим:

S= ∆I_C/∆U_З-И = (0,25-0,1)/(0,6-0,2) = 0,375 мА/В.