1.2 Контрольные задания № 1 /Транзисторы и диоды

(в каждом задании содержится две задачи)

1. Определите минимально необходимое значение уровня входного напряжения логической единицы U^l_BX для обеспечения открытого состояния ключа рисунок 1.1, б, если Е_К = 8 В, R_K = 400 Ом, R_H =∞, R_Б = 5 кОм, β = 20, U_ПОР = 0,6 В, U⁰_BX = 0.

Как изменятся временные параметры тока коллектора транзисторного ключа (рисунок 1.1,б – тр-р типа п-р-п) t_Ф⁺, t_Ф^-, t_РАС, если уменьшить сопротивление резистора R_Б?

2. Определите значение выходного напряжения в схеме транзисторного ключа рисунок 1.1, б при Е_К = 10 В, R_K = 1 кОм, R_H = 9 кОм, u_ВХ = -2 В.

Как изменятся временные параметры тока коллектора транзисторного ключа (рисунок 1.1,б- тр-р типа п-р-п) t_Ф⁺, t_Ф^-, t_РАС, если увеличить напряжение E_CM? Как изменяется время рассасывания t_РАС в схеме транзи­сторного ключа с форсирующей емкостью (рисунок 1.2,а, тр-р типа п-р-п ), если увели­чить напряжение E_K при неизменном входном напряжении?

3. Определите минимальное сопротивление нагрузки R_H, подключаемое в схеме рисунок 1.1, б, если E_K = 10 В, R_K = 2 кОм, u_ВХ<0, а минимально допустимое значение выходного напряжения u_ВЫХ = 8 В.

Как изменятся временные параметры тока коллектора транзисторного ключа (рисунок 1.1,б – тр-р типа п-р-п) t_Ф^-, t_РАС, если уменьшить сопротивление резистора R ?

4. Изменяются ли условия работоспособности схемы тран­зисторного ключа рисунок 1.1, б, если на его выходе включается сопротивление нагрузки?

Нарисуйте форму выходного напряжения для схемы рисунок 1.1, а при синусоидальном входном напряжении u_ВХ = U_m sin ωt при условии, что U_m/R_Б = I_БН, U_ПОР= 0.

5. Изменится ли режим работы транзисторного ключа рисунок 1.1, а, если на его выходе включается сопротивление нагрузки R_H?

Какой из источников Е_K или Е_Ф в схеме транзисторного ключа с фиксирующим диодом (рисунок 1.2, б– тр-р типа п-р-п) должен иметь большее напряжение?

6. Определите значение сопротивления R_Б в схеме рисунок 1.1, а при условии I_КН =150 мА, u_ВХ = 5 В, β = 30, γ=1. Влияния температуры окружающей среды не учитывать.

Как изменяется время рассасывания t_РАС в схеме транзис­торного ключа с форсирующей емкостью (рисунок 1.2, а– тр-р типа п-р-п), если увеличить сопротивление резистора R_K?

7. Определите значение сопротивления R_K в схеме рисунок 1.1,б при Ек = 20 В, β = 40, γ = 3, I_Б = 3 ∙ 10^-3 А.

Транзистор VT в схеме ключа с нелинейной обратной связью (рисунок 1.2, в - тр-р типа р-п-р) входит в режим насыщения при коллекторно-базовом напряжении U_КБ = 0,6 В. В каком режиме будет рабо­тать транзистор, если прямое падение напряжения на открытом диоде равно: а) 0,5 В; б) 0,8 В.

8. Определите напряжение u_{ВХ Н}, обеспечивающее насыщен­ное состояние транзистора в схеме рисунок 1.1, а, и нарисуйте форму выходного напряжения при синусоидальном входном сигнале u_ВХ = U_m sin ωt, U_m = 2 В, R_K = 1 кОм, Е_K = 10 В, R_Б = 10 кОм, β = 20.

При каком напряжении U_ВХ = U_ЗИ режим полевого тран­зистора с управляющим р-n переходом и каналом p-типа (рисунок 1.3,б) будет соответствовать режиму открытого ключа, а при каком — закрытого?

9. Как изменится режим работы ключа на транзисторе (рисунок 1.1, а), если при γ = 3 напряжение Е_K увеличить в два раза, не изменяя тока базы?

Объясните особенности применения транзисторов в ключе­вом режиме. В чем заключается условие открытого и закрытого состояния транзис­торного ключа, и какие токи протекают при этом в транзисторе? Покажите их направление. Какое напряжение устанавливается на выходе транзисторного ключа (рисунок 1.1а) в открытом и закрытом состоянии?

10. Транзистор в схеме рисунок 1.1,а находятся в режиме на­сыщения (γ = 1,5). Как изменяются режимы их работы, если на­пряжение питания E_K увеличить в четыре раза, сопротивление R_K в 2 раза, а ток базы не изменять.

Транзисторный ключ рисунок 1.1,а находится в режиме насыщения. Как зависит степень насыщения транзисторов от тем­пературы окружающей среды, если считать, что температуро-зависимым параметром является только коэффициент β транзистора?

11. В базе транзистора схемы рисунок 1.1,а протекают линейно нарастающие импульсы тока c максимальной амплитудой I_MAX = 2I_бн и скважностью Q=l. Нарисуйте форму выходного на­пряжения при R_K = R_H.

Определите мощность, расходуемую в транзисторном ключе (рисунок 1.1, б) с параметрами E_K = 15 В, R_K = 5 кОм, U_KH = 0,3 В, I_K0 = 15 мкА, в состояниях: а) закрытом; б) открытом.

12. Какие преимущества имеют аналоговые ключи на до­полняющих МДП-транзисторах (КМОП-транзисторах) перед р-канальными или n-канальными ключами с управляющим р-n пере­ходом?

Определите амплитуду выходного напряжения в схеме ключа (рисунок 1.1, а) при Е_К = 18 В, β = 30, R = 2 кОм, R_Б = 3,2 кОм, E_СМ = 2 В, R_K = 2.7 кОм, u_ВХ = 5 В, I_K0 = 120 мкА (при температуре окружающей среды t = 25 °С) для двух значений температур: а) t = 20 °С; б) t = 50 °С.

13. Определите базовый ток транзистора в схеме рисунок 1.1, а при I_KH= 10 ^-2А, γ=1,5, β=20.

Транзисторный ключ (рисунок 1.1, б) открыт. Определите его базовый ток при токе насыщения коллектора I_KH=30 мА, коэф­фициенте усиления транзистора β = 30 и степени насыщения γ = 2.

14. Определите, в каком режиме работает транзистор в схеме рисунок 1.1, а при I_KH = 80 мА, I_Б = 1 мА, β = 50.

Ключ на биполярном транзисторе находится в режиме насыщения. Определите его коллекторный и эмиттерный токи при напряжении источника питания Е_К= 20 В и коллекторном сопро­тивлении R_K = 2.5 кОм.

14. Рассчитайте коэффициент усиления β транзистора в схеме рисунок 1.1, а, если R_K = 2 кОм, R_H =∞, Е_К = 12 В, I_Б = 2 мА, γ = 3.

Транзисторный ключ рисунок 1.1,б находится в режиме насыщения. Как зависит степень насыщения транзисторов от тем­пературы окружающей среды, если считать, что температуро-зависимым параметром является только коэффициент β транзистора? Как изменится напряжение на выходе закрытого тран­зисторного ключа (рисунок 1.1, б) при увеличении температуры окру­жающей среды?

14. Определите степень насыщения транзистора в схеме рисунок 1.1, а при и_ВХ = 5 В, Е_К= 15 В, R_K = 1,5 кОм, β = 30, R_Б= 10 кОм, R_H=∞.

С какой целью в схеме ключа (рисунок 1.4, г) резистор R_С заменяют транзистором VT2 (рисунок 1.4, б)?

14. Определите, в каком режиме работает транзистор в схеме рисунок 1.1, б, если E_K = -10 В, Е_CM = 2 В, и_ВХ = -3 В, R_K = 1 кОм, R_Б = R = 10 кОм, R_Н = ∞. Параметры транзистора β = 50, I_K0= 10 мкА.

С какой целью в схеме ключа (рисунок 1.4, в) применяют МДП-транзисторы с разным типом проводимости каналов?

14. Транзисторный ключ рисунок 1.1, б управляется потенциаль­ным сигналом отрицательной полярности, характеризуемым низким U¹_ВХ = -5В и высоким U⁰_ВХ = 0 уровнями напряжения. Выполня­ются ли условия работоспособности ключа при E_K = -10 В, E_CM = 2 В, R_K = 1 кОм, R_Б = R= 10 кОм, R_H = ∞, если пара­метры транзистора в рабочем диапазоне температур изменяются в пределах β = 50 ± 20; I_K0 = (2 ... 50) мкА?

В каком состоянии и в какой области стоковой характери­стики находятся транзисторы VT1 и VT2 в схеме транзисторного ключа рисунок 1.4, б, если входное напряжение: а) u_ВХ = 0; б) u_ВХ < U_ПОР1; в) u_ВХ = E_C?

14. Потребуется ли для обеспечения нормальной работы клю­ча в схеме рисунок 1.1, б изменить амплитуду управляющего сигнала, если на выходе ключа подключено сопротивление нагрузки R_H=1 кОм, E_K= -10 В, E_CM = 2В, U_ВХ = З В, R_К=1 кОм, R_Б = R = 10 кОм, β = 50.

Определите степень насыщения транзистора в схеме рисунок 1.1, б при и_ВХ =2,5 В, Е_К= 18 В, R_K = 1,8 кОм, β = 30, R_Б= 12 кОм, R_H=∞.

14. На вход схемы рисунок 1.1, а поступает периодическая после­довательность прямоугольных положительных импульсов напря­жения с амплитудой U_m = 3 В. Параметры схемы Е_K = 6 В, R_Б==1,2 кОм. Падение напряжения на открытых переходах транзистора U_БЭ = U_БК = 0,8 В. Температура окружающей среды t = 20°C. Выйдет ли из строя транзистор типа КТ306А, если замкнуть накоротко резистор R_K?

Как изменятся временные параметры тока коллектора транзисторного ключа (рисунок 1.1,а) t_Ф^-, t_РАС, если уменьшить сопротивление резистора R?

21. Определите амплитуду выходных импульсов в схеме рисунок 1.1, б при поступлении на ее вход последовательности прямо­угольных импульсов с максимальной U_ВХmax = 2 В и минимальной U_{BX min} = -1В амплитудами, если

E_K = 8 В, R_K = 2 кОм, тип транзистора КТ312Б, падение напряжения на открытых переходах транзистора U_БЭ ≈ U_БК = 0,6 В, на насыщенном транзисторе U_КН = 0,2 В, температура окружающей среды t = 20°С. Расчеты вести для двух значений R_Б: a) R_Б = 10 кОм б) R_Б= 100 кОм.

При каком напряжении U_ВХ = U_ЗИ режим полевого тран­зистора с управляющим р-n переходом и каналом p-типа (рисунок 1.3, а) будет соответствовать режиму открытого ключа, а при каком — закрытого?

22. Определите мощность, расходуемую в транзисторном ключе (рисунок 1.1, а) с параметрами E_K = 5 В, R_K = 1,2 кОм, U_KH = 0,2 В, I_K0 = 10 мкА, в состояниях: а) открытом; б) закрытом.

Зачем в схеме ключа (рисунок 1.4, а) резистор R_С заменяют транзистором VT2 (рисунок 1.4, б)? Зачем в схеме ключа (рисунок 1.4, в) применяют МДП-структуры с разным типом проводимости каналов?

23. От каких элементов схемы ключа (рисунок 1.1, б) зависят длительности положительного t_Ф⁺ и отрицательного t_Ф^- фронтов и время рассасывания t_РАС. Объясните, как изменяются основные временные параметры коллекторного тока транзисторного ключа t_Ф⁺, t_Ф^-, t_РАС при стати­ческой форсировке (увеличение базового тока отпирания транзистора).

Определите значение сопротивления R_Б в схеме рисунок 1.1, а при условии I_КН =200 мА, u_ВХ = 2,5 В, β = 40, γ=1. Влияния температуры окружающей среды не учитывать.

24. Объясните, как изменяются основные временные параметры коллекторного тока транзисторного ключа t_Ф⁺, t_Ф, t_РАС при ди­намической форсировке: а) применение ускоряющего конденсатора; б) применение нелинейной обратной связи.

Нарисуйте форму выходного напряжения для схемы рисунок 1.1, а при синусоидальном входном напряжении u_ВХ = U_m sin ωt при условии, что U_m/R_Б = 2 I_БН, U_ПОР= 0.

25. Как изменятся временные параметры тока коллектора транзисторного ключа (рисунок 1.1,б) t_Ф⁺, t_Ф^-, t_РАС, если уменьшить сопротивление резистора R_Б?

Как изменятся временные параметры тока коллектора транзисторного ключа (рисунок 1.1,б) t_Ф^-, t_РАС, если уменьшить сопротивление резистора R?

Определите степень насыщения транзистора в схеме рисунок 1.1, а при и_ВХ = 6 В, Е_К= 16,5 В, R_K = 1,8 кОм, β = 35, R_Б= 12 кОм, R_H=∞.

26. Как изменятся временные параметры тока коллектора транзисторного ключа (рисунок 1.1, б) t_Ф⁺, t_Ф^-, t_РАС, если увеличить напряжение E_CM? Как изменяется время рассасывания t_РАС в схеме транзи­сторного ключа с форсирующей емкостью (рисунок 1.2, а), если увели­чить напряжение E_K при неизменном входном напряжении?

Определите остаточное напряжение на выходе транзистор­ного ключа (рисунок 1.4, а), если Е_C = 25В, u_ВХ = 15В, a R_С = 4,7 кОм. Выходная характеристика транзистора показана на рисунок 1.5.

27. Определите значение сопротивления R_K в схеме рисунок 1.1,а при Ек = 30 В, β =35, γ = 2, I_Б = 2,5 ∙ 10^-3 А.

Принцип работы транзисторной ключе­вой схемы. В чем заключается условие открытого и закрытого состояния транзис­торного ключа, и какие токи протекают при этом в транзисторе (рисунок 1.1а)? Покажите их направление. Какое напряжение устанавливается на выходе транзисторного ключа в открытом и закрытом состоянии?

28. Как изменяется время рассасывания t_РАС в схеме транзис­торного ключа с форсирующей емкостью (рисунок 1.2, а), если увеличить сопротивление резистора R_K? Какой из источников Е_K или Е_Ф в схеме транзисторного ключа с фиксирующим диодом (рисунок 1.2, б) должен иметь большее напряжение?

29. Определите амплитуду выходных импульсов и длительность фронта t_Ф^- транзисторного ключа с фиксирующим диодом (рисунок 1.2, б) при поступлении на его вход однополярных положительных прямо­ угольных импульсов с амплитудой U_m = 5 В, если Е_K= 10 В, R_K = 1 кОм,

E_Ф =6 В, R_Б = 10 кОм. Параметры транзистора β = 20, f_α = 1 МГц, С_Э=60 пФ, С_К = 30 пФ, I_K0 ≈ 0, U_ПОР ≈0.

30. Транзистор VT в схеме ключа с нелинейной обратной связью (рисунок 1.2, в) входит в режим насыщения при коллекторно-базовом напряжении U_КБ = 0,5 В. В каком режиме будет рабо­тать транзистор, если прямое падение напряжения на открытом диоде равно: а) 0,7 В; б) 0,4 В.

31. Определите мощность, расходуемую в транзисторном ключе (рисунок 1.1, б) с параметрами E_K = 10 В, R_K = 3 кОм, U_KH = 0,3 В, I_K0 = 12 мкА, в состояниях: а) открытом; б) закрытом.

32. При каком напряжении U_ВХ = U_ЗИ режим полевого тран­зистора с управляющим р-n переходом и каналом p-типа (рисунок 1.3, а) будет соответствовать режиму открытого ключа, а при каком — закрытого?

33. При каком напряжении U_ВХ = U_ЗИ режим полевого тран­зистора с управляющим р-n переходом и каналом р-типа (рисунок 1.3, б) будет соответствовать режиму открытого ключа, а при каком — режиму закрытого?

34. Определите амплитуду выходного напряжения в схеме ключа (рисунок 1.1, б) при Е_К = 16 В, β = 25, R = 2 кОм, R_Б = 3 кОм, E_СМ = 2 В, R_K = 2 кОм, u_ВХ = 4 В, I_K0 = 120 мкА (при температуре окружающей среды t = 20 °С) для двух значений температур: а) t = 20 °С; б) t = 50 °С.

35. Объясните особенности применения транзисторов в ключе­вом режиме. В чем заключается условие открытого и закрытого состояния транзис­торного ключа, и какие токи протекают при этом в транзисторе? Покажите их направление. Какое напряжение устанавливается на выходе транзисторных ключей (рисунок 1.1) в открытом и закрытом состоянии?

36. Какой ток устанавливается в эмиттерной цепи ключа на биполярном транзисторе при обратносмещенном эмиттерном пере­ходе?

Ключ на биполярном транзисторе находится в режиме насыщения. Определите его коллекторный и эмиттерный токи при напряжении источника питания Е_К= 10 В и коллекторном сопро­тивлении R_K = 1 кОм.

37. Транзисторный ключ (рисунок 1.1, а) открыт. Определите его базовый ток при токе насыщения коллектора I_KH=25 мА, коэф­фициенте усиления транзистора β = 25 и степени насыщения γ = 2.

38. Транзисторный ключ рисунок 1.1, а имеет следующие пара­метры: R_K = 2 кОм, β = 40, E_K = 10 В, I_Б - 1 мА. Определите режим работы транзистора и его степень насыщения.

39. Может ли базовый ток транзистора быть больше тока на­сыщения базы I_БН? Транзисторные ключи рисунок 1.1 находятся в режиме насыщения. Как зависит степень насыщения транзисторов от тем­пературы окружающей среды, если считать, что температуро-зависимым параметром является только коэффициент β транзистора? Как изменится напряжение на выходе закрытого тран­зисторного ключа (рисунок 1.1, а) при увеличении температуры окру­жающей среды?

40. Определите амплитуду выходного напряжения в схеме ключа (рисунок 1.1, б) при Е_К = 10 В, R_K = 2 кОм, β = 20, R = 2 кОм, R_Б = 4 кОм, E_СМ = 2 В, u_ВХ = 6 В, I_K0 = 100 мкА (при температуре окружающей среды t = 20 °С) для двух значений температур: а) t = 20 °С; б) t = 50 °С.

41. С какой целью в схеме ключа (рисунок 1.4, а) резистор R_С заменяют транзистором VT2 (рисунок 1.4, б)? С какой целью в схеме ключа (рисунок 1.4, в) применяют МДП-транзисторы с разным типом проводимости каналов?

42. Определите сопротивление R_С для схемы клю­ча (рисунок 1.3, б), при которой длительность переключения t_ПЕР < 600нс. Выходная емкость ключа равна 40 пФ, кру­тизна характеристики МДП-транзистора S = 5 мА/В.

43. Как изменится остаточное напряжение U_OCT в схеме рисунок 1.4, б, если: а) увеличить амплитуду входного напряжения u_ВХ; б) увеличить напряжение питания E_C? В каком состоянии и в какой области стоковой характери­стики находятся транзисторы VT1 и VT2 транзисторного ключа рисунок 1.4, б, если входное напряжение: а) u_ВХ меньше порогового U_ПОР; б) и_ВХ больше порогового U_ПОР?

44. В каком состоянии и в какой области стоковой характери­стики находятся транзисторы VT1 и VT2 в схеме транзисторного ключа рисунок 1.4, в, если входное напряжение: а) u_ВХ = 0; б) u_ВХ < U_ПОР1; в) u_ВХ = E_C?

Как изменяется время передне­го t_Ф⁺ и заднего t_Ф^- фронтов выходных им­пульсов в схеме рисунок 1.4, а при поступ­лении на вход прямоугольных импуль­сов, если: а) увеличить амплитуду вход­ных импульсов; б) увеличить сопротив­ление резистора R_C? К

Рисунок 1.4

акой из фронтов напряженияu_ВЫХ (рис 1.4, б) будет иметь большую длительность — при запирании (t_Ф⁺) или отпирании (t_Ф^-) транзистора VT1.

О

Рисунок 1.5

пределите напряжение на вы­ходе ключа на МДП-транзисторе (рисунок 1.4,г) при следующих его параметрах: U_ПОР =-5 В, крутизна характеристики S = 10 мкА/В, ток стока закрытого транзистора I_C0 = 1 мкА, Е_C = 20 В, R_C = 1 мОм. Входное напряжение равно: а) u_ВХ = -3 В; б) u_ВХ = -6В; в) u_ВХ = -10 В. В каком режиме работает транзистор в каждом из трех случаев?

46. Ключ на МДП-транзисторе КП301Б выполнен по схеме рисунок 1.4, а. Определите по его выходной характеристике (рисунок 1.5) его выходное напряжение, если входное напряжение равно: а) u_ВХ = 3 В; б) u_ВХ = 10 В; в) u_ВХ =19 В. Пороговое напряжение транзистора U_ПОР = 5 В, Е_С = 20 В,R_C = 1 кОм.

47. Определите напряжение u_ВЫХ в схеме ключа рисунок 1.4, д, если Е₁ = Е_С = -25 В и u_ВХ = -З В. Пороговое напряжение транзисторов VT1 и VT2 равно U_ПОР = -6 В.

48. В схеме транзисторного ключа (рисунок 1.1, а) E_K=10 В, R_K = 2 кОм,R_Б = 20 кОм, параметры транзистора β = 30, I_K0 = 2 мкА при температуре t = 20 °С, пороговое напряжение отпира­ния транзистора U_ПОР = 0. В каком режиме находится транзистор при температуре t = +60°С и напряжении управляющего сигнала, если: а) u_ВХ = 0; б) u_ВХ =-1 В; в) u_ВХ = 2В.

49. Определите напряжение на выходе ключа рисунок 1.4, д, если транзистор VT1 открыт, u_ВХ = Е_С = 9 В, U_ПОР1= U_ПОР2 = 5 В, S₁ = 0,1 мА/В², S₂ = 0,005 мА/В².

50. Определите остаточное напряжение на выходе транзистор­ного ключа (рисунок 1.4, а), если Е_C = 20 В, u_ВХ = 19 В, a R_С = 4 кОм. Выходная характеристика транзистора показана на рисунок 1.5.