Номер записи: 1199
Хочешь скидку? Узнай как получить
К этой записи 0 комментария (-ев)

ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Цена: Поинтересоваться ценой

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

Кафедра теоретической радиотехники

С.Г. Камзолова

ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

ПОСОБИЕ

по выполнению контрольных заданий

 

 

 

для студентов III курса

специальности 201300

заочного обучения

 

Москва — 2004

 

3

 

ББК6П2.1 К 18

Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Д. Рубцов
Камзолова С.Г.
К18               Общая электроника и электротехника: Пособие по выполнению

контрольных заданий. — М.: МГТУ ГА, 2004. — 28 с.

Данное пособие издается в соответствии с учебным планом для студентов III курса специальности 201300 заочного обучения.

Рассмотрено   и   одобрено   на  заседаниях   кафедры   31.03.04   г.   и методического совета 20.04.04 г.


Контрольное задание № 1

Работа состоит из дух частей: ответа на два вопроса по разделу курса «Общая электротехника» и выполнение задания по теме «Полупроводниковые диоды» раздела «Электроника».

Номер варианта соответствует последней цифре номера зачетной книжки (табл. 1).

Таблица 1

 

 

Вариант Вопросы

Тип диода

1 2

3

0 1.         Топологические понятия — с примерами2.         Принцип действия генератора постоянного 1    „Выпрямительный тока                                                                                          г
1 1.        Метод   эквивалентных   преобразований   —   с
примером.2.       Принцип действия двигателя постоянного тока

Импульсный

2 1.       Метод контурных токов — с примером.2.       Асинхронные          машины:          назначение,
устройство, принцип действия.

Стабилитрон

3 1.       Метод межузлового напряжения — с примером2.       Синхронные машины: назначение, устройство,
принцип действия

Стабистор

4 1.       Метод     эквивалентного     активного     двух­
полюсника — с примером2.   Дроссели: назначение, конструкция

Лавинно-пролетный

5 1.        Параметры   синусоидальных   электрических
величин2.         Трансформатор: применение, конструкция

Выпрямительный

6 1.       Комплексные сопротивления2.        Электромагнитные   реле   —   применение    и
конструкция

Импульсный

7 [/ 1.        Закон Кирхгофа для цепи переменного тока2.       Назначение     синхронных    и     асинхронных
машин

Стабилитроны

8 1.      Последовательное   соединение   элементов   в цепи      синусоидального     тока:      эквивалентное

 

ч


5

 

 

 

Продолжение табл. 1.

 

сопротивление,    треугольники   сопротивлений    и | напряжения,     фазовые     соотношения,     резонанс | напряжений. | 2.      Конструкция двигателя постоянного тока. Стабистор
о\ 1.       Параллельное  соединение элементов  в  цепи
синусоидального             тока:             эквивалентная
проводимость,     треугольники     проводимости     и
токов, фазовые соотношения, резонанс токов.2.       Трансформатор:    конструкция    и    основные
параметры.
Лавинно-пролетный

Всем вариантам:

1.   Дать определение следующих терминов: диффузия, дрейф, генерация
носителей заряда, рекомбинация, собственные полупроводники, примесные
полупроводники, акцептор, донор, р-п переход, переход Шотки.

2. Нарисовать структуру и описать принцип действия заданного диода.

3.   Дать определение основных параметров, специфичных для заданного
диода.

4.  Описать область применения заданного диода.

Для указанных ниже диодов выполнить дополнительно следующее:

выпрямительный диод — привести вольт-амперную характеристику любого германиевого диода, по ней рассчитать дифференциальное сопротивление диода в открытом и закрытом состояниях;

стабилитрон — привести вольт-амперную характеристику (любого диода), по ней определить напряжение стабилизации, минимальный и максимальный токи стабилизации и произвести расчет дифференциального сопротивления для середины рабочего участка;

стабистор — привести вольт-амперную характеристику (любого диода), по ней определить напряжение стабилизации, минимальный и максимальный токи стабилизации; нарисовать схему последовательного соединения со стабилитроном и пояснить принцип термокомпенсации;


имульсный диод — указать на эпюрах время восстановления обратного сопротивления и время установления прямого сопротивления, объяснить почему именно переходные процессы являются определяющими при выборе соответствующего диода;

лавинно-пролетный диод (ЛПД) — указать на вольт-амперной характеристике (с пояснением) положение точки покоя; показать с участием эпюр II и I , что ЛПД способен к генерации СВЧ-колебаний.

Контрольное задание № 2

Работа состоит из двух частей: расчета параметров биполярного транзистора (БТ) в режимах усиления и ключа (часть 1) и обеспечения требуемого усиления сигнала и согласования с источником сигнала и нагрузкой операционного усилителя (ОУ, часть 2).

Выбор типа БТ (приложение 1) и требований к ОУ производится по предпоследней цифре номера зачетной книжки по таблице 2.

Таблица 2

 

 

 

Предпоследняя цифра шифра

ТипБТ   ! (часть 1) Требование к ОУ (часть 2)

Г,

кГц

Ивх,

мВ

кОм

к„,          ккОм

0

№1

10

15

100

0,1

300

1

№2

100

2

0,1

0,05

500

\/   2

№3

1000

50

0,01

1

100

3

№4

20

30

150

2

-200

4

№5

15

100

15

5,1

100

5

№6

8

3

0,15           0,075

150

6

№7

6               50

0,05

0,05

-20

7

№8

_ ______

900

120

0,1

0,1

10

8                   №9            1500 100            0,02

0,15

-5

9                  № 10           1000!                1 120            0,075

1,5

50

 

6

 

Примечание:

Г — частота входного сигнала;

Цвх — амплитуда входного сигнала;

Кист — сопротивление источника сигнала;

К„ — сопротивление нагрузки;

К — коэффициент усиления; знак минус говорит об инверсии фазы.

Часть 1

Вольтамперные характеристики транзисторов и их предельные эксплуатационные характеристики приведены в Приложении I.

1) Запитать транзисторы по постоянному току с указанием полярности питающих напряжений и направления токов.

2)       На выходных характеристиках БТ (схема «общий эмиттер») построить зону безопасной работы, ограниченную линиями насыщения, допустимого тока и напряжения на электродах транзистора и мощностью рассеяния на коллекторе (рис.1).

Режим усиления.

Схема усилителя представлена на рис.2.

3)   Выбрать положение точки покоя внутри зоны -безопасной работы,
определить ее координаты в соответствующих системах координат. Выбор точки
покоя рекомендуется производить в следующей последовательности:

—      определить напряжение источника питания коллектора Ек=0,7 11,0 доп.;

—      провести нагрузочную прямую постоянного тока (К.) (рис.3 для схемы на рис.2 &== Як= Ек/ I к о) таким образом, чтобы максимально использовать возможности транзистора (она должна пересекать возможно большее число линий выходной вольтамперной характеристики), не забывая о предельно допустимом токе коллектора 1доп и мощности рассеяния коллектора Рк яоп; выбрать точку покоя А для режима минимальных искажений сигнала (режим «А» усилительного каскада)   примерно   в   середине   активного   режима   транзистора,   тем   самым


Лс-Звя-

-1″‘

И

■Ь
сг

а »* Чг-Г

яг

I—.___ Г


Рис. 1

*«

Рис. 2


Ъ»

 

9

 

 

0«3>0

 

вх*,

 

</>

минимизируя нелинейные искажения, ооусловленные выходной характеристикой; убедиться, что точка А на входной характеристике также находится на линейном участке, что обеспечит минимум искажений, вносимых входной характеристикой.

4)  Провести нагрузочную прямую переменного тока, при этом Ян взять

р р        р

равным Кк, а    Д, = ^      ^ = ^~     (рис.3).

Вспомогательная прямая (пунктир на рис.3) определяет наклон линии К_ .

5)      Определить графически амплитуду максимальных величин входного и выходного гармонических сигналов, при этом нелинейные искажения должны быть минимальны. Определение производить по области значений 1Б , при которых выходная характеристика эквидистантна, входная — линейна.

6)      Рассчитать КПД:

Р                    Т    Т!

КПД = ИШ.. 1 оо% = 1км ^ ^ ■ 100%

Р„            2Е,Ъи

где     р       — выходная мощность;

ромощность, потребляемая от источника питания; 11км ‘1ш   ‘   амплитУДные  значения   выходных  напряжений  и  тока (максимальные значения, полученные в п.5);

1М           ток коллектора в точке покоя.

7) Произвести расчет коэффициента нелинейных искажений по следующей методике:

на входной характеристике (рис.4) обозначить 5 точек («а» — «д») в диапазоне 11,хт, определенного в п.5;

нарисовать выходные характеристики только для значений тока базы, соответствующих точкам а! — д7 (рис.4, 5);

точки пересечения выходных характеристик с линией переменного тока а  — д’;   дадут значения \\~ \$   для построения сквозной характеристики;

значения \]лопределяются по формуле:


Рис.4

и

 

и
X?» \
-^К{ ——- «/^ч^ ~
2-^ ■л*
^*У ,<‘
-Ь, — г- —  ———— ч  Г 1б41
т ]/____________ _  —_ _г-    »■   ‘ -«■<г
~<г. ч«»
л« ч ~е*

Рис. 5


кэ


/

 

(С


Н

 

 

 

где выходное сопротивление источника сигнала Яист= 1 кОм; значения Иъэ и 1б для пяти точек определяются по рис.4;

построить сквозную характеристику.

Разбить участок оси абсцисс сквозной характеристики, соответствующий интервалу     \] истт~ II ист^     на    4    равных    участка    (рис.6).    Им    будут

соответствовать токи 1т1П, Ь , 10,1[ , 1тах

Рассчитать коэффициент нелинейных искажений:

Т2          Г2    л.   Г2

г.У/ь.-ьр/«,.100Н<


9. Определить численные значения п-параметров по характеристикам БТ в точке покоя, координаты которой определены в п.З. Расчеты производить по формулам:

ь,,=-~^!ш=<«

,    =АЦ«|1 ‘»   А\]кэм

Ь2Ь=дь’и°=СОП51;

 

 

 

где

1|*»»1м  »  1 «4 гармоники — определяются:

т                    1 таг      1 ЯД _ 1 I     

->

т           -I гах     ./ ш ~~ ^^ о

X 2т

4

/*.-/*.-

/   -/   -2(/,-7-,)

л гаах      х пип       \х |     -I //

__                         >

/ти^м,-4(/1+/2)+6/о 12

8. Оценить максимальную частоту усиления (граничную):

Л- 1Л», I/, .

где   ‘п21,    и    Г    — справочные данные (модуль коэффициента

усиления на частоте измерения (см. Приложение 1)


10. Ключевой режим.

Обеспечить режим насыщения ключа (БТ тот же, что и в усилительном режиме) со степенью 5=1, 2 (рис.7). Очевидно, что точка покоя должна соответствовать этому режиму.

Исходные данные: Ек и Кк соответствуют п.З.

Определить:

значение ИБ;

амплитуду и полярность входного импульса, переключающего ключ в режим отсечки (1б = 0, обратный ток не учитывать; длительность импульса произвольная);

амплитуду и полярность выходного импульса.

Нарисовать эпюры входного и выходного импульсов, указав на них все напряжения и режимы транзистора.

11) Сделать выводы по результатам расчетов.

Часть 2 1)   Выбрать  тип  включения  операционного  усилителя  (ОУ):   если  «К» положителен,    то    выбирается    схема    неинвентируюшего    усилителя,    если отрицателен, то инвентирующего (рис.8).

 

«,


/3

 

 

 

 


-(/,

^Г^г^х


2)       По таблице основных сведений на ОУ (приложение 2) выбрать те микросхемы, частота единичного усиления которых не менее, чем в 3 раза превышает частоту входного сигнала; при этом выбрать 2…3 самые низкочастотные.

3)       Определить сопротивление нагрузки Ян имс . на которое могут работать выбранные Вами микросхемы, по отношению максимального выходного напряжения к максимальному — выходному току:

мА\
К

г г.   1     Цзых мах                          \Р

 

 

 

</ -4



Рис.6


Если Ян< 3 Ян имс . то между усилителем, обеспечивающим заданное значение К, и сопротивлением Ян необходимо поставить повторитель (рис.8).

4) Определить амплитуду выходного сигнала по формуле:

\5аых ~ К X] ах ,

Цшх   ДОЛЖН0 быть меньше Ивыхтах

5) Если сопротивление источника сигнала Яист на порядок меньше входного
сопротивления схемы ЯВх , то повторитель на входе (между источником и
усилителем) не ставится.

Входное сопротивление микросхемы определяется как отношение максимального входного напряжения к входному току:

 

 

 

Рис. 7


п        \ п 1    ^тах                                       [В]

Д«-с [к0м]=~ьГ                     М

Для  неинвертирующего           усилителя  Явх =  ЯВх имс, ДЛЯ  инвентирующего
усилителя Явх = Я1.

 

 

 

{5

6)  Выбрать номиналы навесных элементов. Из соображений стабильной
работы схемы К.1 и К2 выбираются из ряда 100 Ом …100 кОм. Для обеспечения
инвентирующего усилителя (без дополнительного согласования)

К.1 > 10 Кист —

при этом проверить, чтобы К2 было не более 100 кОм.

7)  Если для решения поставленной задачи можно использовать несколько
типов микросхем из приложения 2, то предпочтение следует отдать микросхеме с
минимальными значениями специфических параметров (ООСС, напряжение
синфазной помехи, скорость нарастания).

Определить окончательно тип микросхемы. Нарисовать принципиальную электрическую схему.

8)   Нарисовать фрагмент разветвленной логической схемы, состоящей не
менее, чем из 5 элементов (И, ИЛИ, НЕ) и имеющей не менее 5 входных сигналов.
Эпюры входных сигналов задать произвольно.

Нарисовать эгаоры сигналов на входах всех элементов. Ориентироваться на систему потенциальных элементов «транзисторно-транзисторная логика» .    _„

 

16


/7

 

 

 

№ 1

Транзистор малой мощности, высокочастотный

р-п-р


Приложение 1

 

№2

Транзистор малой мощности высокочастотный

р-п-р

 

 

 

 

_1$~{оаОмк$

 

Те— 100 мК А

 

14» «в    2
*■       Ч        6        3        40


1еМ

и^о

&»»**

гоо ■

\     1

150 ‘

1     /

1   /
16 ■ УУ.

-(

.-___________ 1—

{Со

зго


2*,мА


-К,14 А


I    

 

 

 

Модуль коэффициента передачи тока базы
на частоте 20 МГц………………………………. 4

Предельные эксплуатационные данные

Ток коллектора, мА………………………………….. Ю

Напряжение коллектор-эмиттер, В…………….. 10

Мощность на коллекторе, мВт…………………… 40


Модуль коэффициента усиления тока базы
на частоте 20 МГц………………………………. 4,5

Предельные эксплуатационные данные

Ток коллектора, мА………………………………….. 55

Напряжение между коллектором и эмиттером, В……………. 15

Мощность на коллекторе, мВт……………………. 120

 

/8


49

 

 

 

№3

Транзистор малой мощности высокочастотный

р-п-р

 

№4

Транзистор малой мощности сверхвысокочастотный

п-р-п

 

 

 

м ^

 

Т$а 0,7пА

 

Л I

 

100

 

-У*э,в


мк/!

 

110 у»»о

|/«=^е

Юо ■
90
60
Уо
‘—    )———— г~    ■*-

4».

°л    о,г  <з,1 о,у

 

Модуль коэффициента усиления тока базы

на частоте 20 МГц………………………………. не менее 6

 

Предельные эксплуатационные данные

Ток коллектора, мА………………………………….. 100

Напряжение между коллектором и эмиттером, В…….. 10

Мощность на коллекторе, мВт…………………… 200


Модуль коэффициента усиления тока базы

на частоте 100 МГц………………………………. 10

Предельные эксплуатационные данные

Ток коллектора, мА………………………………….. 15

Напряжение между коллектором и эмиттером, В….. 10

Мощность на коллекторе, мВт…………………… 40

 

до


г(

 

 

 

№5

Транзистор средней мощности высокочастотный

п-р-п

 

№6

Транзистор средней мощности высокочастотный

п-р-п

 

 

 

?к,*А
___^-~ 16 — 50 м#
_______ • 10
-——- го
у^~-—»— _^_— О»
■ • г^-«»»»^» —-—&
~\^-~ 5″
У^~^^~ ^~-~~г,?
‘У^^

 

 

1с — 5*А

 

и«*   1/и»я

 

<0    го   ю   Чо   то


им

 

и^о **
Но 1 {ооо —
30   ‘ 1 <3оо  ■
го 1  у $00 4(00 ■
10 ^1У <4э,3 200 ■

О     0,5″    10    1,Г   20


±вмА

О      0,3     0,6    0,3     1,1


0     5    &    и1    го

 

 

 

Модуль коэффициента усиления тока базы

на частоте 100 МГц………………………. не менее 2

Предельные эксплуатационные данные

Ток коллектора, мА………………………………….. 1000

Напряжение коллектор-эмиттер, В…………….. 40

Мощность на коллекторе, Вт…………………… 10


Модуль коэффициента усиления тока базы
на частоте 100 МГц…………………… не менее 2

Предельные эксплуатационные данные

Ток коллектора, мА………………………………….. 200

Напряжение коллектор-эмиттер, В…………….. 25

Мощность на коллекторе,   Вт…………………… 1

 

22.


23

 

 

 

№7

Транзистор большой мощности низкочастотный

р-п-р

 

№ 8

Транзистор средней мощности высокочастотный

п-р-п

 

 

 

 

 

(/-=0     «/»»гЯ

 

го   ю


о    о,1    0,2.   огз   0,У    од


Ч-*

 

\

 

Модуль коэффициента усиления тока базы
на частоте 100 кГц……………………………….. 2

Предельные эксплуатационные данные

Ток коллектора, А…………………………………… 12

Напряжение коллектор-эмиттер, В……………. 15

Мощность на коллекторе, Вт……………………. 40


Модуль коэффициента усиления тока базы
на частоте 100 МГц………………… не менее 1,5

Предельные эксплуатационные данные

Ток коллектора, мА………………………………….. 700

Напряжение коллектор-эмиттер, В…………….. 40

Мощность на коллекторе, Вт…………………….. 4

 

2.Н

9

Транзистор большой мощности низкочастотный

р-п-р

 

№ 10

Транзистор большой мощности среднечастотныи

п-р-п

 

 

 

 

 

<Ук1-0        к,*-/в

 

Укэ-о     Укз-Н


Х*,щА


1КА

 

 

а —
10 __————— «»»-»
/^_________ — и
% ■ [/»——— «»»_____—- 60
с ■ 1^~^^-~-~-~ч°
у • Ь^~~~~~_________
/>———~^^~—~~~ *й
1  ■ С——— (——— 1——- ^——— ,———- ,———- ,

О        V       ?      1Л     К      20


^з,3


и. *


о    го   у«  бо   *»  и»

 

 

 

Модуль коэффициента усиления тока базы
на частоте 50 кГц………………………………. 2

Предельные эксплуатационные данные

Ток коллектора,   А………………………………… ;. 12

Напряжение коллектор-эмиттер, В……………. 20

Мощность на коллекторе,  Вт   ………………….. 50


Электрические параметры
Модуль коэффициента усиления тока базы
на частоте 10 МГц……………………. не менее 2

Предельные эксплуатационные данные

Ток коллектора, А…………………………………… 6

Напряжение коллектор-эмиттер, В…………….. 100

Мощность на коллекторе, Вт……………………. 100

 

 

%&

2^

Приложение 2

Литература

 

Параметр К140 УД1 К140 1 УД5 К140УД6 К140 УД7 К140 УД8 К514 УД1 К55Э | УД2 К140 УД14
Коэффициент      усиления Ко,В/мВ 2 1 70 50 50 50 20 50
Напряжение смещения Г^смо > мВ 7 5 5 4 20 15 7,5 2
Входные токи*вх,нА 103 104 30 200 0,2 0,1 10 2
Частота            единичного усиле^-ния   {\ ,   мГц 5 14 1 0,8 1 1 1 2,5
Скорость нарастания р, В/мкс 0,5 6 2,5 10 5 2 0,5 4
ООСС, дБ 60 60 80 70 64 70 70 85
Максимальный  выходной т°к 1вых шах, мА 3 3 25 20 20 20 15 20
Максимальное    выходное напряжение 11вых шах, В 6 6,5 11 11 11 10 10 13
Максимальное      входное напряжение 1ТВХ тах, В 1,5 3 15 12 10 10 10 10
Максимальное   синфазное входное           напряжение Есинф тах, В 3 6 11 11 12 10 10 13
Напряжение питания  р*, В ±12,6 ±12,6 +15 ±15 ±15 ±15 ±15 ±15
Ток  потребления   1ТОтр   . мА 8 12 2,81 2,8 5 3,5 3,5 0,6

 

 

 

 

 

  1. Н.А. Аваев, Г.Г.Шишкин. Электронные приборы.-М.: МАИ, 1996.
    1. Камзолова    С.Г.    Пособие    к    изучению    дициплины    «Электронные приборы», Ч.1.-М.: МГТУ ГА, 1999.
    2. Камзолова   С.Г.   Пособие   к   изучению    дисциплины   «Электронные приборы», 4.2,-М.: МГТУ ГА, 2000.