ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

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

ч

5

Продолжение табл. 1.

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

6

Примечание:

Г — частота входного сигнала;

Ц_вх — 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 Е_к=0,7 11,0 доп.;

—      провести нагрузочную прямую постоянного тока (К.) (рис.3 для схемы на рис.2 &== Я_к= Е_к/ 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 1_доп и мощности рассеяния коллектора Р_{к 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

а »* Чг-Г

яг

I—.___ Г

Рис. 1

*«

Рис. 2

Ъ»

9

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 Я_н взять

р р        р

равным К_к, 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 1_Б , 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;

р_о — мощность, потребляемая от источника питания; 11км ‘1ш   ‘   ^амплитУД^ные  значения   выходных  напряжений  и  тока (максимальные значения, полученные в п.5);

1_М           — 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 \]_л„ определяются по формуле:

Рис.4

и

Рис. 5

кэ

/

(С

Н

где выходное сопротивление источника сигнала Я_ист= 1 кОм; значения И_ъэ и 1_б 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 1_т1П, Ь , 1₀,1[ , 1_тах •

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\]_кэ^м

^Ь2Ь=дь’^и°^=СОП51;

где

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

т                    1 таг      1 ЯД _ 1 I      1г

->

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: Е_к и Кк соответствуют п.З.

Определить:

значение И_Б;

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 Я_н имс . на которое могут работать выбранные Вами микросхемы, по отношению максимального выходного напряжения к максимальному — выходному току:

г г.   1     Цзых мах                          \Р

</„ -4

0ь

Рис.6

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

4) Определить амплитуду выходного сигнала по формуле:

\5аых ~ К X] ах ,

Цшх   ДО^{ЛЖН0 быть меньше} Ивых_тах ■

5) Если сопротивление источника сигнала Яист на порядок меньше входного
сопротивления схемы Я_Вх , 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  Я_вх =  Я_Вх имс, ДЛЯ  инвентирующего
усилителя Я_вх = 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

1еМ

зго

2*,мА

-К,14 А

I     {о

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

~е мк/!

°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

им

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

о    о,1    0,2.   о_гз   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

Х*,щА

1_КА

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