ОДЗ 2 семестр ТТЕ (Холод Т.С.)

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КОНОТОПСЬКИЙ ІНСТИТУТ

Кафедра електронних

приладів і автоматики

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання контрольної роботи

з дисципліни «Твердотіла електроніка»

Конотоп 2015

Затверджено на засіданні кафедри електронних приладів і автоматики

протокол № від 2015 р.

Укладач Т.С. Холод

Загальні методичні вказівки

Виконання контрольної роботи потрібно проводити після вивчення теоретичного курсу даної дисципліни. Контрольна робота з навчальної дисципліни «Твердотіла електроніка» передбачена навчальним планом у 5-му семестрі.

Контрольна робота складається з письмової відповіді на шість теоретичних питань відповідних тем і розрахункової частини, що містить чотири завдання. Приклади вирішення завдань наведені нижче.

Варіанти контрольної роботи вибираються з додатків 1-5 за номером списку групи. Роботу виконати на листах формату А4 або в шкільному зошиті з дотриманням ДСТу.

Вольт-амперні характеристики і всі побудови на них виконати олівцем. Робота повинна бути виконана акуратно з дотриманням ДСТів.

Відповіді на питання повинні бути лаконічними з вказівкою посилань на літературу. В кінці роботи приводиться список використаних джерел із зазначенням року їх видання.

При незарахованій контрольній роботі вона повертається студентові для доопрацювання. Консультації з виконання контрольної роботи проводяться на кафедрі відповідно до навчального графіка.

Після виконання контрольна робота здається на кафедру для реєстрації і перевірки. Роботу необхідно представити на кафедру за двадцять днів до початку екзаменаційної сесії.

При зарахованій роботі і виконанні студентом – заочником лабораторного практикуму він отримує допуск до семестрового екзамену з дисципліни.

Приклади розв’язання задач

Задача 1

Визначити число діодів для випрямлення в однофазній двонапівперіодній схемі синусоїдальної напруги U2, використовуючи діоди, вказані у відповідному варіанті, при напрузі живлення U1.

Визначити:

 середнє значення струму діодів, що діє, при заданому навантаженні Rн;

 величину шунтуючих і додаткових опорів діодів;

 напругу U_d і струм I_d на навантаженні;

 коефіцієнт трансформації трансформатора.

Привести принципову електричну схему випрямляча відповідно до варіанта і параметри діодів.

Як зміняться величина струму діодів і їх зворотна напруга, якщо напругу ланцюга живлення U1 збільшити на 10 % ?

Розв’язання

1. Напруга на навантаженні випрямляча

.

2. Струм навантаження (А). .

3. Середнє значення струму вентилів випрямляча, що діє (А),

.

4. Амплітудне значення синусоїдальної напруги

U _m = 2 * U₂ (В).

Ця напруга буде зворотною для діодів. Оскільки U_зв.max у діодів при максимальній робочій температурі становить 2 *U₂ В, то для випрямлення необхідно застосувати ланцюг послідовно сполучених діодів.

Але внаслідок великих розкидів зворотних опорів діодів їх необхідно шунтувати резисторами.

5. Необхідне число діодів n визначаємо за формулою

n = U_m / (К_н  U_зв.max), де

Кн  коефіцієнт навантаження да напругою (Кн=0,5-0,8).

6. Значення опорів шунтуючих резисторів визначимо за формулою

,де

 коефіціент 1,1 враховує 10 % розкид опорів резисторів;

 I_зв,max  зворотній струм при максимально допустимій температурі, визначається за довідником.

7. Оскільки необхідний випрямлений струм перевищує максимально допустиме значення струму одного діода, то необхідно декілька діодів з'єднати паралельно.

Зважаючи на можливий розкид прямих опорів діодів для вирівнювання струмів, що проходят через діоди, необхідно послідовно з діодами увімкнути додаткові резистори.

Необхідне число діодів визначається за формулою

n = I_m / (K_m  I_випр.max), де

K_m  коефіцієнт навантаження за струмом (K_m=0,5-0,8).

8. Значення опорів додаткових резисторів знайдемо за формулою

, де

U_пр.сер  середнє прямий спад напруги на діоді;

 коефіцієнт 1,1 враховує 10% розкид опорів резисторів.

9. Коефіцієнт трансформації трансформатора

К_тр.= U₂ / U₁.

10. При збільшенні напруги живлення на 10% величина напруги вторинної обмотки

U₂ = К_тр  U₁ (В).

Задача 2

Вибрати необхідний тип діодів для випрямляння змінної напруги U2 у двонапівперіодній схемі випрямляча при заданих значеннях напруги живлення U1, напрузі на навантаженні Ud і опорі навантаження Rн.

Визначити коефіцієнт трансформації трансформатора, привести принципову електричну схему випрямляча.

Як зміняться параметри діодів (U_зв, I_пр, U_пр), якщо струм навантаження зросте?

Розв’язання

1. Для заданих значень навантаження Rн і напруги Ud, визначимо струм навантаження

Id =Ud/ Rн.

2. Визначимо напругу вторинної обмотки трансформатора U2 , що живить випрямляч. Напруга на навантаженні Ud для двонапівперіодного випрямляча визначається з виразу

U_d = 1/Т U₂sin t dt==0.9U, звідси

.

3. Максимальна зворотна напруга на діодах випрямляча:

– для нульової схеми випрямляча - U_{зв max}=2 U;

– для мостової схеми випрямляча – U_{зв max}=U .

Середній струм діодів I_{a сер}. = Id / 2 .

4. З довідника вибираємо необхідний тип діодів виконуючи вимогу

Uобр.max VD U_зв.max розрахункового;

I_прI_{а сер.}

Відповідно до розрахунків, приведених вище, вибираємо тип діодів з параметрами:

I_пр.max (А); U_зв.max (В); U_пр. (В); I_зв. (мА).

5. Коефіцієнт трансформації

Ктр =U/U.

6. Відповідно до варіанта приведемо принципову електричну схему випрямляча.

Задача 3

Для стабілізації заданих параметрів на навантаженні (Uн, Рн) використовується параметричний стабілізатор.

Привести електричну принципову схему параметричного стабілізатора. Вибрати необхідний тип стабілітрона і привести його параметри. Напруга живлення на затискачах стабілізатора Ud = 2 Ucт.

Визначити струм і опір навантаження. Розрахувати опір і потужність обмежувального резистора Rб і коефіцієнт стабілізації.

Визначити допустимі межі зміни напруги живлення Ud, якщо максимальний струм стабілітрона Iст.max, а мінімальний - Iст.min.

Побудувати вольт-амперну характеристику стабілітрона.

Які елементи можна використовувати в даному стабілізаторі для розширення меж стабілізації? Привести електричні схеми їх увімкнення і дати коментарі щодо кожної з них.

Розв’язання

1.Принципова електрична схема параметричного стабілізатора приведена на (рис. 1).

Rб

+

Id

VD1 Rн

Ud

Iст

-

Рис.1

2. Струм навантаження I_н = Р_н/U_н (А).

3. Опір навантаження R_н = U_н/I_н (Ом).

4. Для заданої напруги на навантаженні за довідником вибираємо стабілітрон з параметрами:

- напругою стабілізації U_ст (В);

- мінімальний струм стабілізації I_ст.min (мА);

- максимальний струм стабілізації I_ст.max (мА);

- диференціальний опір R_диф (Ом).

5. Для визначення величини баластного опору скористаємося першим і другим законами Кірхгофа:

 струм у нерозгалуженій ділянці ланцюга (рис. 1):

I_d = I_н + I_стн ,

де I_стн  номінальний середній струм стабілітрона

I_{ст н} = (I_{ст min} + I_{ст max}) / 2;

 згідно з другим законом Кірхгофа

звідси

де

тоді R_б = (U_d - U_н) / (I_н + I_стн) .

6. Потужність обмежувального резистора

.

7 Коефіцієнт стабілізації стабілізатора

К_ст = (U_н  R_б) / (U_d  R_диф) .

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Батушев В.А. Электронные приборы. – М:. Высш. школа, 1980.- 384с.

2. Дулин В.Н. Электронные приборы. – М.: Енергія, 1977.- 422с.

3. Электронные приборы. Под ред. Г.Г.Шинкина – М.: Энергоатомиздат, 1989.-495с.

4. Терехов В.А. Задачник по електронным приборам. – М.: Энергоатомиздат, 1983.- 276с.

5. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. – М.: Энергия, 1977.- 608с.

6. Пасинков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. – М.: Висш. школа, 1987.- 480с.

7. Вишневский А.И. и др. Силовые ионные и полупроводниковые приборы. – М.: Высш. школа, 1975.- 344с.

8. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. – К.: Техника, 1984.- 424с.

Додаток 1

Варіанти до задачі 2

№ вар.	Ud В	Rн Ом	Сх. ввімк.	№ вар.	Ud В	Rн Ом	Сх. Ввімк.
1	20	250	М	16	56	175	О
2	75	35	О	17	290	98	О
3	50	150	М	18	85	250	М
4	200	50	О	19	210	25	О
5	145	100	М	20	175	40	О
6	120	15	М	21	280	65	М
7	40	60	О	22	100	150	О
8	34	20	М	23	55	140	О
9	300	65	О	24	175	200	М
10	250	120	О	25	150	150	О
11	60	200	М	26	110	180	О
12	280	145	О	27	97	25	М
13	95	140	М	28	190	57	О
14	165	125	О	29	320	160	О
15	174	240	М	30	400	240	М

Додаток 2

Варіанти до задачі 3

№.вар.	Uн, В	Рн, Вт	№ вар.	Uн, В	Рн, Вт
1	10	12	16	5	1.5
2	12	6	17	9	9
3	14	21	18	25	22.5
4	15	4.5	19	60	24
5	18	4.5	20	15	22.5
6	22	3.75	21	12	8
7	27	18.9	22	17	6.5
8	33	8.25	23	23	4.8
9	47	9.4	24	10	4.5
10	56	67.2	25	7	2.8
11	68	23.8	26	13.6	10.8
12	82	19.6	27	18	18
13	3.5	1.4	28	50	44
14	4.5	3.15	29	24	16
15	6.8	5.44	30	34	21

Додаток 4

Перелік теоретичних питань

№ вар.	Тема1	Тема / №№ питань	Задачі№
1	1, 8, 30	2/1, 2/20, 3/1	2
2	2, 16, 28	2/2, 2/21, 3/2	3
3	3, 10, 33	2/3, 2/22, 3/3	3
4	6, 18, 25	2/4, 2/23, 3/4	2
5	7, 17, 27	2/5, 2/24, 3/5	3
6	9, 20, 27	2/8, 2/25, 3/6	2
7	12, 21, 26	2/9, 2/26, 3/7	3
8	14, 22, 34	2/10, 2/29, 3/8	2
9	5, 19, 29	2/11, 2/30, 3/9	3
10	4, 24, 31	2/12, 2/31, 3/10	2
11	6, 17, 31	2/15, 2/32, 3/1	3
12	7, 18, 29	2/16, 2/33, 3/2	2
13	8, 19, 27	2/17, 2/34, 3/3	3
14	9, 22, 34	2/18, 2/35, 3/4	2
15	10, 20, 28	2/19, 2/38, 3/5	3
16	2, 12, 25	2/2, 4/1, 5/7	2
17	3, 13, 26	2/3, 4/2, 5/6	3
18	4, 14, 27	2/4, 4/3, 5/3	2
19	5, 15, 28	2/5, 4/4, 5/4	3
20	6, 16, 20	2/6, 4/5, 5/3	2
21	7, 17, 21	2/7, 4/6, 5/2	3
22	8, 18, 22	2/8, 4/7, 5/1	2
23	10, 21, 24	2/9, 4/8, 3/8	3
24	11, 22, 25	2/10, 4/9, 3/9	2
25	12, 23, 26	2/11, 2/22, 4/2	3
26	3, 12, 20	2/17, 4/7, 5/6	2
27	2, 25, 34	2/9, 4/2, 5/2	3
28	9, 19, 29	2/4, 3/5, 4/7	2
29	4, 14, 24	2/11, 3/3, 5/3	3
30	13, 23, 28	2/19, 3/10, 5/1	2

Додаток 5

Тема 1

1. Пояснити механізм власної провідності напівпровідників.

2. Пояснити механізм електронної провідності напівпровідників.

3. Пояснити механізм діркової провідності напівпровідників.

4. Чому електропровідність домішкових напівпровідників, як правило вище, ніж у чистих напівпровідників?

5. Чому зі збільшенням температури рухливість носіїв у напівпровіднику зменшується ?

6. Охарактеризувати існуючі способи виготовлення р - n переходів.

7. Записати і пояснити формули для щільності повного дрейфового струму і щільності дифузійного струму в напівпровіднику.

8. Пояснити, яким чином у р-п- переході за відсутності зовнішньої напруги створюється дифузійне електричне поле і як воно діє на основні і неосновні носії заряду?

9. Записати вираз для контактної різниці потенціалів і пояснити, за рахунок чого в переході при виникає потенційний бар'єр.

10. Записати вирази, що ілюструють зв'язок рівноважних концентрацій неосновних носіїв в р-п - областях з рівноважними концентраціями основних носіїв через контактну різницю потенціалів.

11. Охарактеризувати явище екстракції в системі двох напівпровідників з р-n-переходом.

12. Чому при прямому ввімкненні р-n-переходу відбувається збільшення концентрації неосновних носіїв у переході в порівнянні з рівноважною концентрацією?

13. Чому струм через р-n- перехід при U= 0 не проходить, хоча спостерігається і дифузійне, і дрейфове переміщення носіїв?

14. Чому при зворотному ввімкненні р-n- переходу зменшується концентрація неосновних носіїв у переході в порівнянні з рівноважною концентрацією?

15. Чому зі зростанням зворотної напруги на р-n-переході потенційний бар'єр збільшується?

16. Вивести формулу для теоретичної ВАХ р-n-переходу. На чому заснована діодна властивість р-n-переходу?

17. Пояснити, як і чому товщина р-n-переходу залежить від прикладеної напруги.

18. Показати аналітично і пояснити фізично, яким чином концентрація домішок впливає на товщину р-n- переходу.

19. Дати визначення різкому і плавному, симетричному і асиметричному р-n-переходам.

20. Пояснити залежність бар'єрної ємності р-n - переходу від прикладеної зворотної напруги.

21. Дати визначення і пояснити природу дифузійної ємності р-n- переходу.