Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

2720 ЭИ

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
09.04.2015
Размер:
949.39 Кб
Скачать

2720

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ» (СамГУПС)

Кафедра «Электротехника»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению контрольных работ № 1 и № 2 по дисциплине

«Электроника»

для студентов специальности 190402 «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте»

очной и заочной форм обучения

Составитель: Н.С. Шорохов

Самара

2010

1

УДК 621.37

Методические указания к выполнению контрольных работ № 1 и № 2 по дисциплине «Электроника» для студентов специальности 190402 «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» / составитель : Н.С. Шорохов. – Самара : СамГУПС, 2010. – 19 с.

Утверждены на заседании кафедры 11 ноября 2010 года, протокол № 3. Печатаются по решению редакционно-издательскогосовета университета.

Методические указания предназначены для выполнения контрольных работ № 1 и № 2, с целью закрепления навыков и умений самостоятельной работы и самоконтроля знаний по курсу «Электроника».

Составитель: Н.С. Шорохов

Рецензенты: д.т.н., проф., зав. кафедрой «Электротехника» А.Е. Дубинин (СамГУПС);

к.т.н., проф., зав. кафедрой «Автоматика, телемеханика и связь на ж.-д.транспорте» В.Б. Гуменников (СамГУПС)

Под редакцией составителей

Компьютерная верстка Е.А. Ковалева

Подписано в печать 28.12.2010. Формат 60×90 1/16. Усл. печ. л. 1,19. Заказ № 330.

♥ Самарский государственный университет путей сообщения, 2010

2

Введение

Новая высокоэффективная электронная техника все более широко применяется на железнодорожном транспорте, поэтому необходимо не только уметь находить неисправность и уметь проводить измерения различным тестирующим оборудованием, но и ориентироваться в справочной литературе по электронике.

В первой части (Задача №1) методических указаниях к выполнению контрольных работ №1 и №2 внимание уделено работе со статическими характеристиками полевых транзисторов, а также анализу простейших схем на полевом транзисторе графоаналитическим методом.

Во второй части (Задача №2) приводится перечень задач и схем, для самостоятельного решения, требующего применения справочной литературы, а также хорошее знание и понимание протекающих в них процессов.

Указания по оформлению

Вариант выбирается по последним трем цифрам студенческого билета. Выполнять контрольную работу необходимо аккуратно в ученической тетрадке в

клетку. Задание и данные для расчетов должны быть приведены полностью перед началом решения. Решение задач должно сопровождаться подробными пояснениями по каждому пункту. Графики статических характеристик полевого транзистора и рисунки схем перечерчиваются карандашом, отчетливо и аккуратно. Для замечаний необходимо оставить поля.

Во второй части контрольной работы все формулы необходимо сопровождать подробными объяснениями. Расчетные формулы должны содержать буквенные и численные значения.

Перед выполнением задач контрольных работ № 1 и №2, рекомендуется более подробно ознакомиться с соответствующими разделами «Электроники» в приведенной литературе.

ЗАДАЧА № 1

Выполнить графоаналитические расчеты по данным из таблиц 1, 2 и заданным стоковым характеристикам полевого транзистора (рисунок 1 – 10 приложения):

1)построить сток-затворнуюхарактеристику;

2)определить тип заданного полевого транзистора;

3)рассчитать малосигнальные параметры транзистора;

4)нарисовать эквивалентную схему полевого транзистора для заданного режима на низкой частоте и для области высоких частот;

5)рассчитать и построить характеристику полевого транзистора в режиме переменного

сопротивления.

3

Таблица 1

 

n→

0

 

9

 

8

 

7

6

 

 

5

 

4

 

 

3

 

2

 

1

 

N↓

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

Uзи

 

–0,5

 

0,5

 

1

 

1,5

2

 

 

0

 

2,5

 

 

1,5

 

0,5

 

–0,5

 

 

Uси

6

 

8

 

3

 

4

5

 

 

7

 

4

 

 

3

 

5

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

Uзи

5

 

10

 

30

 

3

15

10

 

15

 

 

5

 

5

 

5

 

 

Uси

10

 

30

 

15

 

20

25

10

 

20

 

 

15

 

25

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

Uзи

3

 

0

 

2

 

1

0

 

 

1

 

3

 

 

0

 

2

 

1

 

 

Uси

15

 

10

 

12,5

 

10

20

22,5

 

12,5

 

 

22,5

 

20

 

17,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

Uзи

0

 

– 0,5

 

– 0,75

 

– 0,25

0

 

 

– 0,5

 

– 0,25

– 0,5

 

– 0,25

 

– 0,75

 

 

Uси

3

 

8

 

4

 

6

5

 

 

7

 

3

 

 

5

 

4

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

Uзи

0

 

2

 

1

 

– 0,5

1

 

 

2

 

0,5

 

 

0,5

 

0

 

2

 

 

Uси

3

 

4

 

8

 

5

7

 

 

3

 

6

 

 

7

 

4

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

Uзи

10

 

15

 

5

 

10

15

3

 

30

 

 

10

 

15

 

30

 

 

Uси

25

 

10

 

20

 

15

30

25

 

10

 

 

20

 

15

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

Uзи

 

– 13

 

– 22

 

– 16

 

– 19

– 13

– 16

 

– 16

– 22

 

– 22

 

– 19

 

 

Uси

15

 

10

 

20

 

12,5

5

 

 

10

 

7,5

 

 

12,5

 

15

 

17,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

Uзи

 

– 0,75

 

– 0,25

 

– 0,75

 

– 0,5

– 0,5

– 0,25

 

– 0,75

0

 

– 0,75

 

– 0,25

 

 

Uси

7

 

5

 

3

 

6

4

 

 

8

 

5

 

 

4

 

6

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

Uзи

 

– 22

 

– 13

 

– 19

 

– 16

– 19

– 16

 

– 13

– 19

 

– 22

 

– 13

 

 

Uси

5

 

20

 

10

 

15

7,5

5

 

10

 

 

15

 

20

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

Uзи

3

 

2

 

1

 

0

3

 

 

2

 

0

 

 

1

 

0

 

1

 

 

Uси

7,5

 

10

 

12,5

 

15

10

15

 

12,5

 

 

15

 

17,5

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N – последняя цифра студенческого билета;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n – предпоследняя цифра студенческого билета.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

Тип транзистора

 

 

 

 

 

 

 

Параметр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сзи ,пФ

 

 

 

Сзс ,пФ

 

 

 

Uзи(отсечки), В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

КП103Л

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

2

 

КП201Ж

 

 

20

 

 

 

8

 

 

 

 

– 2,2

 

 

 

3

 

КП302А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

8

 

 

 

 

 

– 5

 

 

 

4

 

КП103К

 

 

20

 

 

 

8

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

КП103М

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

8

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

6

 

 

КП907

 

 

230

 

 

 

20

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

КП303Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

2

 

 

 

 

 

– 8

 

 

 

8

 

КП313А

 

 

7

 

 

 

1

 

 

 

 

 

– 6

 

 

 

9

 

КП201К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

8

 

 

 

 

 

– 4

 

 

 

0

 

КП301Б

 

 

10

 

 

 

8

 

 

 

 

 

– 4

 

Z – третья от конца цифра студенческого билета.

4

Методические указания к контрольной работе № 1

В таблице 1 приведены координаты рабочей точки, в которой следует определить малосигнальные параметры. Построение сток-затворнойхарактеристики следует проводить для напряжениясток-исток,соответствующего рабочей точке. Сведения, необходимые для выполнения контрольной работы, можно найти в рекомендованной литературе и приведенных ниже методических указаниях.

Прежде чем приступить к решению контрольной работы №1 (Задача №1) нужно изучить принцип действия и характеристики различных типов полевых транзисторов [1, 2].

Полевые транзисторы характеризуются проходной сток-затворнойи выходной стоковой характеристиками. Различный принцип действия полевых транзисторов ср-n переходом и МДП транзисторов со встроенным каналом (с обеднением) или с индуцированным каналом (с обогащением) определяет различный видсток-затворныххарактеристик. Следует обратить внимание на соответствие видасток-затворнойхарактеристики определенному типу полевого транзистора.

Пример решения задачи № 1

Дано: транзистор КП1ОЗМ. Координаты рабочей точки: Uзи= 2 В;

Uси =17,5 В.

Выходная (стоковая) характеристика приведена на рис. 5 (приложение). Для построения сток-затворнойхарактеристики проводим линиюUси = const = 17,5 В (на выходных ВАХ, см. приложение, рис. 5) и в точках пересечения ее с характеристиками транзистора определим ток стокаIc, соответствующий различным напряжениям на затворе (см. табл. 3).

 

 

 

 

 

Таблица 3

Ic , мА

8,2

6

4

2,3

0,8

 

Uзи, В

0

1

2

3

4

 

Из данных таблицы 2 напряжение отсечки Uо = 7 В. По полученным значениям строимсток-затворнуюхарактеристику (рис. 1). Положение рабочей точки отмечено точкой 0.

Максимальному значению тока стока соответствует Uзи= 0 В, следовательно, полевой транзистор представляет полевой транзистор ср-n переходом. Знак напряжения на затворе определяет тип канала. Положительному напряжению на затворе соответствует каналр -типадля полевого транзистора ср-n переходом.

5

Малосигнальные параметры определяются графически по статическим характеристикам в рабочей точке.

Рис. 1. Сток-затворнаяхарактеристика полевого транзистора при заданном напряжении на стоке

Крутизна определяется из проходной (сток-затворной)характеристики (см. рис. 1):

S =

IC

при Uси = const.

U ЗИ

 

 

Изменение напряжения должно быть выбрано таким, чтобы нелинейную стокзатворную характеристику на этом участке можно было заменить линейной с достаточной степенью точности. Такой сигнал называется малым.

Изменение напряжения должно соответствовать изменению напряжения по обе стороны рабочей точки. Это однозначно подаче сигнала с амплитудой U2C относительно

рабочей точки.

В данном примере можно выбрать Uзи = 1 В. При этомIC = 1,8 мА.

S = 1,8 103 = 1,8 мСм. 1

По выходным, или стоковым, характеристикам можно определить выходное сопротивление Ri (см. рис. 5 приложения):

R

i

=

U

при U = const.

 

 

 

 

зи

 

 

 

IC

 

 

 

6

 

Критерий выбора изменения напряжения

Uси такой же, как и для выбораUзи. В

данном примере можно выбрать Uси = 10 В. При этом ∆IC ≈ 0,1 мА:

10

=100 кОм.

Ri=

 

0,1 103

Коэффициент усиления по напряжению определяется как

μ =S Ri = 1,8 103 = 180.

Часто входным сопротивлением можно пренебречь, и тогда полевой транзистор представляется эквивалентной схемой только выходной цепи.

По рассчитанным параметрам составим низкочастотную эквивалентную схему транзистора для заданного режима работы (см. рис. 2):

З

С

∆Uзи

 

 

100 кОм S·∆Uзи

 

 

 

 

И

Рис. 2. Эквивалентная схема полевого транзистора на низкой частоте

З

 

 

 

 

Cзс

С

 

 

 

 

 

Cзи

 

 

 

 

 

 

 

U’зи

 

Uзи

 

 

 

 

 

 

Ri

S·∆Uзи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rK

 

 

 

 

 

 

 

И

Рис. 3. Высокочастотная эквивалентная схема полевого транзистора

Эквивалентная схема полевого транзистора на высокой частоте приведена на рис.3. Элементы схемы не зависят от частоты. Цепь затвора моделируется с помощью емкости Сзи и сопротивления каналаrк. Выходная цепь моделируется с помощью сопротивления канала переменному току Ri и эквивалентного генератора токаS∆·UЗИ Обратная связь между выходом и входом определяется емкостьюСзс. Значения емкостей

являются справочными параметрами. Величина rк находится по формуле:

rК= 1 ,

S0

7

где S0 – крутизна прибора в заданной рабочей точке на низкой частоте.

Важнейшей особенностью представленной схемы является зависимость эквивалентного генератора тока не от входного напряжения Uзи, а от напряжения собственно на затворе ∆U'ЗИ. Именно это обстоятельство и отражает реальную частотную зависимость крутизны прибора.

До частоты fs (предельной частоты крутизны) можно считать, что параметры транзистора практически не зависят от частоты сигнала, и в этой области частот можно использовать низкочастотную эквивалентную схему. Следует отметить, что для точного анализа работы транзистора в частотном диапазоне этот критерий не всегда применим. Предельную частоту крутизны можно определить соотношением:

f S = 2πrК1СЗИ.

Используя данные расчета и табл. 2, определим частоту сигнала, до которой справедлива низкочастотная эквивалентная схема:

Сзи =20 пФ;Сзс= 8 пФ;

rК=

1

=

 

1

= 0,55 кОм;

S

1,8 103

 

 

 

f S =

1

=14,5 МГц.

2 3,14 0,55 103 20 1012

По данным расчета и табл. 2 составлена высокочастотная эквивалентная схема транзистора для примера на рис. 4.

З

 

 

 

 

8 пФ

С

 

 

 

 

 

20 пФ

 

 

 

 

 

 

 

Uзи

 

Uзи

 

 

 

 

 

 

100 кОм

1,8 мСм·∆Uзи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

550 Ом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

Рис. 4. Высокочастотная эквивалентная схема полевого транзистора для заданного режима

Построим характеристику транзистора как переменного резистора. Характеристика транзистора линейна на начальных участках. Напряжение Uси,

при котором транзистор переходит из резистивного режима в режим насыщения, соответствует значению:

U СИ = UЗИ U0 .

8

Для заданного семейства характеристик минимальный диапазон напряжения Uси в резистивном режиме соответствуетUзи = 4 В и равен:

U СИ =4 7 =3 В.

Выбираем Uси =2,5 В. Из выходных характеристик определяем при различныхUзи и выбранной величинеUси :

1)

R =

2,5

 

 

 

 

= 0,59 кОм

при Uзи = 0 В;

4,2 103

2)

R =

2,5

 

= 0,83 кОм

при Uзи = 1 В;

3 103

 

3)

R =

2,5

 

 

 

 

= 1,38 кОм

при Uзи = 2 В;

1,8 103

 

 

 

4)

R =

2,5

 

 

 

 

= 2,27 кОм

при Uзи = 3В;

1,1 103

 

 

 

5)

R =

2,5

 

 

 

 

= 5 кОм

при Uзи = 4В.

0,5 103

 

Строим график характеристики транзистора как переменного резистора, в соответствии с полученными значениями, см. рис. 5.

Рис. 5. Характеристика полевого транзистора как переменного резистора

9

ЗАДАЧА № 2

В качестве задания контрольной работы № 2 (Задача №2) необходимо решить одну из задач согласно варианту из таблицы 4. По выбранному варианту из таблицы 5 выбирается соответствующая задача, для решения которой необходимо знание процессов, протекающих в схеме (если она есть) и описывающих эти процессы формул.

Для решения задачи № 2 предлагается использовать литературу [3, 4, 5, 6, 7].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4

N

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

1

2

3

4

5

 

6

7

8

9

0

 

 

четное

1

2

3

4

5

 

6

7

8

9

10

нечетное

11

12

13

14

15

 

16

17

18

19

20

Таблица 5

 

 

 

Задачи

Дано

Найти

Рисунок

по

 

 

 

варианту

 

 

 

 

 

 

 

 

Iнас=1 мкА(германий);

 

 

1

Iнас=10-8 А (кремний);

Uпр Si,Ge

 

Т=293 К,Iпр =100 мА

 

 

 

Iнас=25 мкА;

 

 

2

Uпр=0,1 В;

Rпр, rд

 

Т=300 К

 

 

 

 

 

 

 

Iнас1=10-14 А;

 

 

 

T=300 К(270С);

 

 

3

Iнас2=10-9 А;

Uпр1, Uпр2

 

Т=398 К(1250С);

 

 

 

Iпр =1 мА

 

 

 

Iнас=2 мкА;

 

 

4

Е=0,2 B;

R

UR=0,1 B;

 

 

 

 

T=300 К

 

 

 

 

 

 

5

Uвых

 

 

 

 

 

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Калькулятор

Сервис бесплатной оценки стоимости работы

  1. Заполните заявку. Специалисты рассчитают стоимость вашей работы
  2. Расчет стоимости придет на почту и по СМС

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности и на обработку персональных данных.

Номер вашей заявки

Прямо сейчас на почту придет автоматическое письмо-подтверждение с информацией о заявке.

Оформить еще одну заявку