46

Задания

ЗАДАНИЕ 1

Задача 1.1. Рассчитать и сравнить дифференциальное сопротивление R_ДИФ выпрямительного диода в двух рабочих точках.

Задача 1.2. Рассчитать и сравнить дифференциальное сопротивление R_ДИФ выпрямительного диода и сопротивление прямому току R_ПР в заданной рабочей точке.

Задача 1.3. Рассчитать и сравнить сопротивление выпрямительного диода прямому R_ПР и обратному R_ОБР току.

Задача 1.4. Определить параметры стабилитрона: напряжение стабилизации Uст, минимальный Iстmin, максимальный Iстmax, номинальный Iстном токи стабилизации, дифференциальное сопротивление R_ДИФ, изменение напряжения стабилизации ΔUст на участке от Iстmin до Iстmax .

Таблица 1 – Данные варианта задания 1 на курсовую работу.

№	диод	IПР1,мА	IПР2,мА	UОБР, В	стабилитрон
13	Д237Б	75	25	150	КС456А

ЗАДАНИЕ 2

Рассчитать h-параметры h₁₁, h₁₂, h₂₁, h₂₂ биполярного транзистора в заданной исходной рабочей точке.

Таблица 2 – Данные варианта задания 2 на курсовую работу.

№	транзистор	Параметры h11, h12, ИРТ		Параметры h21, h22, ИРТ
		IБ, мА	UКЭ, В	IБ, мА	UКЭ, В
13	ГТ703	10	5	10	10

ЗАДАНИЕ 3

По заданным E_К, R_К на выходных вольтамперных характеристиках биполярного транзистора построить линию нагрузки, определить положение исходной рабочей точки, амплитуды выходных тока I_mК и напряжения U_mКЭ

Таблица 3 – Данные варианта задания 3 на курсовую работу.

№	транзистор	EК, В	RК, Ом	I0Б, мА	ImБ, мА
13	ГТ703	15	12	10	5

ЗАДАНИЕ 4

По выходным вольтамперным характеристикам полевого транзистора определить разновидность транзистора и тип канала, рассчитать параметры крутизну S, внутреннее дифференциальное сопротивление R_ДИФ, коэффициент усиления , сопротивление постоянному току R_О в заданной исходной рабочей точке.

Таблица 4 – Данные варианта задания 4 на курсовую работу.

№	транзистор	UСИ =const, В	Исходная рабочая точка
			UСИ =const, В	UСИ, В
13	КП312Б	5В	-0.5В	5В

1 Расчет параметров полупроводниковых диодов

Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления переменного тока низкой частоты (обычно менее 50 кГц). В качестве выпрямительных используют плоскостные диоды, допускающие благодаря значительной площади контакта большой выпрямленный ток. Вольтамперная характеристика диода выражает зависимость тока, протекающего через диод, от значения и полярности приложенного к нему напряжения рисунок 1.1. Ветвь, расположенная в первом квадранте, соответствует прямому (пропускному) направлению тока, а расположенная в третьем квадранте обратному направлению тока.

Чем круче и ближе к вертикальной оси прямая ветвь, и ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. При достаточно большом обратном напряжении у диода наступает пробой, т.е. резко возрастает обратный ток. Нормальная работа диода в качестве элемента с односторонней проводимостью возможна лишь в режимах, когда обратное напряжение не превышает пробивного.

Токи диодов зависят от температуры (рисунок 1.1). Если через диод протекает постоянный ток, то при изменении температуры падение напряжения на диоде изменяется приблизительно на 2 мВ/°С. При увеличении температуры обратный ток увеличивается в два раза у германиевых и в 2,5 раза у кремниевых диодов на каждые 10°С. Пробивное напряжение при повышении температуры понижается.

Высокочастотные диоды - приборы универсального назначения: для выпрямления токов в широком диапазоне частот (до нескольких сотен МГц), для модуляции, детектирования и других нелинейных преобразований. В качестве высокочастотных в основном используются точечные диоды. Высокочастотные диоды имеют те же свойства, что и выпрямительные, но диапазон их рабочих частот гораздо шире.

Основные параметры:

Unp - постоянное прямое напряжение при заданном постоянном прямом токе;

Uобр - постоянное обратное напряжение, приложенное к диоду в обратном направлении;

Iпp - постоянный прямой ток, протекающий через диод в прямом направлении;

Iобр - постоянный обратный ток, протекающий через диод в обратном направлении при заданном обратном напряжении;

Unp.oбр- значение обратного напряжения, вызывающего пробой перехода диода;

Inp.cp- средний прямой ток, среднее за период значение прямого тока диода;

Iвп.ср- средний выпрямительный ток, среднее за период значение выпрямленного тока, протекающего через диод (с учетом обратного тока);

Ioбр.cp- средний обратный ток, среднее за период значение обратного тока;

Рпр - прямая рассеиваемая мощность, значение мощности, рассеиваемой диодом при протекании прямого тока;

Pср - средняя рассеиваемая мощность диода, среднее за период значение мощности, рассеиваемой диодом при протекании прямого и обратного тока;

Rдиф - дифференциальное сопротивление диода, отношение малого приращения напряжения диода к малому приращению тока на нем при заданном режиме

(1.1)

Rnp.д. - прямое сопротивление диода по постоянному току, значение сопротивления диода, полученное как частное от деления постоянного прямого напряжения на диоде и соответствующего прямого тока

(1.2)

Rобр.д - обратное сопротивление диода; значение сопротивления диода, полученное как частное от деления постоянного обратного напряжения на диоде и соответствующего постоянного обратного тока

(1.3)

Максимально допустимые параметры определяют границы эксплуатационных режимов, при которых диод может работать с заданной вероятностью в течение установленного срока службы. К ним относятся: максимально допустимое постоянное обратное напряжение Uобр.max; максимально допустимый прямой ток Iпр.max, максимально допустимый средний прямой ток Iпр.ср.max, максимально допустимый средний выпрямленный ток Iвп.ср.max, максимально допустимая средняя рассеиваемая мощность диода Рср.max.

Указанные параметры приводятся в справочной литературе. Кроме того, их можно определить экспериментально и по вольтамперным характеристикам.

Задача 1.1 Рассчитать и сравнить Rдиф, Rпр.д для диода Д237Б при Iпр1= 75 мА.

Рисунок 1.2 – ВАХ диода Д237Б

Дифференциальное сопротивление находим как котангенс угла наклона касательной, проведенной к прямой ветви ВАХ в точке Iпр1= 75 мА (Rдиф ~ ctg Θ_~)

(1.4)

Задача 1.2 Прямое сопротивление диода находим как отношение постоянного напряжения на диоде Uпр=0,7В к соответствующему постоянному току Iпр1=75мА на прямой ветви ВАХ.

(1.5)

Видим, что Rдиф < Rпр.д . Кроме того, отметим, что значения данных параметров зависят от заданного режима. Например, для этого же диода при Iпp2=25мА

(1.6) , (1.7)

Задача 1.3 Рассчитать Rобр.д для диода Д237 при Uобр = 150 В и сравнить с рассчитанной величиной Rпр.д. На обратной ветви ВАХ Д237Б (рисунок 1.2) находим: Iобр = 25мкА при Uобр =150В. Следовательно,

(1.8)

Видим, что Rобр>>Rпр.д, что говорит об односторонней проводимости диода. Вывод об односторонней проводимости можно сделать и непосредственно из анализа ВАХ: прямой ток Iпp~мА при Uпр <1B, в то время как Iобp ~ десятки мкА при Uобр~десятки вольт, т.е. прямой ток превышает обратный в сотни- тысячи раз

(1.9)

Задача 1.4 Стабилитроны и стабисторы предназначены для стабилизации уровня напряжения при изменении протекающего через диод тока. У стабилитронов рабочим является участок электрического пробоя вольтамперной характеристики в области обратных напряжений рисунок 1.3.

На этом участке напряжение на диоде остается практически постоянным при значительном изменении тока протекающего через диод. Подобной характеристикой обладают сплавные диоды с базой, изготовленной из низкоомного (высоколегированного) материала. При этом образуется узкий p-n-переход, что создает, условия для возникновения электрического пробоя при относительно низких обратных напряжениях (единицы - десятки вольт). А именно такие напряжения нужны для питания многих транзисторных устройств. В германиевых диодах электрический пробой быстро переходит в тепловой, поэтому в качестве стабилитронов применяют кремниевые диоды, обладающие большей устойчивостью в отношении теплового пробоя. У стабисторов рабочим служит прямой участок вольтамперной характеристики рисунок 1.4. У двухсторонних (двуханодных) стабилитронов имеется два встречно включенных p-n перехода, каждый из которых является основным для противоположной полярности.

Рисунок. 1.4 – Основные параметры стабилитрона

Uст - напряжение стабилизации, напряжение на стабилитроне при протекании номинального тока;

∆Uст.ном - разброс номинального значения напряжения стабилизации, отклонение напряжения на стабилитроне от номинального значения;

Rдиф.ст - дифференциальное сопротивление стабилитрона, отношение приращения напряжения стабилизации на стабилитроне к вызвавшему его малому приращению тока в заданном диапазоне частот;

α_СТ - температурный коэффициент напряжения стабилизации, отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды при постоянном токе стабилизации.

Максимально допустимые параметры. К ним относятся: максимальный Iст.max, минимальный Iст.min токи стабилизации, максимально допустимый прямой ток Imax, максимально допустимая рассеиваемая мощность Pmax.

Принцип работы простейшего полупроводникового стабилизатора напряжения рисунок 1.5 основан на использовании нелинейности вольт-амперной характеристики стабилитронов (рисунок 1.3). Простейший полупроводниковый стабилизатор представляет собой делитель напряжения, состоящий из ограничительного резистора Rогр и кремниевого стабилитрона VD. Нагрузка Rн подключается к стабилитрону.

В этом случае напряжение на нагрузке равно напряжению на стабилитроне

U_RН = U_VD = U_СТ = 5,6 В (1.10)

а входное напряжение распределяется между Rогр и VD

U_ВХ = U_RОГР + U_СТ (1.11)

Ток через Rогр согласно первому закону Кирхгофа равен сумме токов нагрузки и стабилитрона

I_RОГР = I_СТ + I_Н (1.12)

Величина Rогр выбирается таким образом, чтобы ток через стабилитрон был равен номинальному, т.е. соответствовал середине рабочего участка.

I_СТ.НОМ = ( I_СТ.МИН + I_{СТ.МАКС} ) / 2 = (3+139)/2=71 mA (1.13)

Согласно условию задачи выберем стабилитрон типа КС456А. Стабилитроны КС456А кремневые, диффузионно-сплавные, средней мощности. Предназначены для стабилизации номинального напряжения 5,6 В в диапазоне токов стабилизации 3…139 мА. Выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Корпус стабилитрона в рабочем режиме служит положительным электродом (анодом). В таблице 5 приведены параметры стабилитрона.

Таблица 1.1 – Основные технические параметры стабилитрона:

Предельные значения параметров при Т=25^°С			Значения параметров при Т=25^°С						Тк.мах (Тп.) ^°С
Uст.ном. B	Iст.ном. mA	Рмакс. mBt	Uстмин В	Uстмакс В	rст. Oм	aст. 10^-2 %/^°С	Iстмин mA	Iстмакс mA
5,6	30,0	1000	5,04	6,16	12,0	5,0	3,0	139	125

— напряжение стабилизации U_СТ = 5.6 В;

— разброс напряжения стабилизации -4..6%;

— минимальный ток стабилизации I_СТ.МИН = 30 мА;

— максимальный ток стабилизации I_{СТ.МАКС} = 139 мА

— дифференциальное сопротивление R_Д = 12 Ом;

— максимально допустимая рассеиваемая мощность P_СТ = 0.15 Вт.