КР N2 вар 10
.docМинистерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
Кафедра электроники
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2
«Электронные ключи на БТ»
по дисциплине «Электронные приборы»
Вариант №10
Проверил: ст. преподаватель
В.Н. Русакович
Минск
2011
ЗАДАНИЕ
1. Провести инженерный расчет элементов принципиальной схемы насыщенного ключа на БТ и его параметров. Исходные данные для расчета приведены в таблице 1. Для всех вариантов задания одинаковы следующие исходные данные: длительность импульса , период повторения , минимальный уровень входного импульса . Амплитуда напряжения входного импульса определяется величиной порогового напряжения единицы .
1.1 Согласно описанному алгоритму провести расчет сопротивления резисторов , и принципиальной схемы ключа (рисунок 1).
1.2 Пользуясь семействами входных и выходных ВАХ БТ, построить передаточную характеристику ключа . Определить значения параметров , , , .
1.3 Рассчитать параметры быстродействия ключа , , , .
1.4 Результаты расчета свести в таблицу.
Таблица 1 - Исходные данные для расчета
№вар. |
Тип БТ |
, В |
, В |
, кОм |
S |
, В |
,В |
, В |
, нФ |
10 |
КТ3117А |
15 |
5 |
4,0 |
5 |
10 |
1 |
5 |
0,25 |
РЕШЕНИЕ
-
1 Произведём расчет сопротивлений резисторов R1, R2 и Rк и принципиальной схемы ключа.
При расчётах обычно принципиальную схему ключа (рисунок 1,а) приводят к эквивалентной (рисунок 1, б), где:
Uип экв = Uип х Rн / (Rк + Rн), (1)
Rк экв =Rк х Rн / (Rк + Rн) (2)
а б
Рисунок 1 –
Схема электронного ключа на БТ с ОЭ
По заданным значениям Uип и Uвых m рассчитываем сопротивление резистора Rк и величину Rк экв.
Эквивалентное напряжение источника питания:
Uип экв = Uип х Rн / (Rк + Rн)
Максимальное выходное напряжение ключа:
Uвых max = Uип экв – Iкбо х Rк экв (3)
где Rк экв:
Rк экв = Rк х Rн / (Rк + Rн)
Отсюда:
Uип х Rн / (Rн + Rк) = Uвых max + Iкбо х Rк экв (4)
После преобразования получаем:
Принимаем по справочным данным Iкбо =10мкА.
Рассчитываем значение тока базы , соответствующее режиму насыщения, по формуле:
(5)
Эквивалентное напряжение источника питания:
Uип экв = Uип х Rн / (Rн + Rк) =15∙ 4000 / (4000+1999) = 10 В.
Согласно справочным данным для заданного транзистора Uкэ нас= 0,8 В, а среднее значение коэффициента передачи тока эмиттера h21Э = 110.
Iбн = (Uип экв – Uкэ нас) / (Rк экв х h21Э) = (10 - 0,8) (1333 х 110) = 63мкА
Коллекторный ток БТ в этой точке достигает максимального значения, которое определяется выражением:
(6)
Находим:
Iк м = (Uип экв - Uкэ нас) / Rк экв = (10 - 0,8) / 1333 = 6,9 мА
Значение тока базы при максимальном значении входного напряжения Uвх m:
Iбm = S х Iбн = 5 х 63∙10-6 =315 мкА
Сопротивление резистора R1:
Значение сопротивления резистора R2 определим из выражения для порогового напряжения нуля.
Пороговое напряжение нуля — значение входного напряжения, при котором БТ переходит из режима отсечки в активный режим работы, и рассчитывается по формуле:
(7)
где — пороговое напряжение база-эмиттер БТ.
Для кремниевых транзисторов можно принять .
Тогда:
Выбираем стандартные значения сопротивлений:
Rk = 1,3 кОм; R1 = 13 кОм; R2 = 180 кОм.
1.2 Пользуясь семействами входных и выходных ВАХ БТ, построим передаточную характеристику ключа .
Копируем из справочника входные и выходные характеристики заданного транзистора (рисунок 2).
На семействе выходных ВАХ БТ строим нагрузочную прямую в соответствии с уравнением:
. (8)
Нагрузочная прямая пересекает ось абсцисс в точке Uкэ = Uип экв =10В,
а ось ординат – в точке, где:
Iк = Uип экв / Rк экв =10 / 1333 = 7,5мА.
По координатам точек пересечения нагрузочной прямой с выходными характеристиками, соответствующими различным значениям тока базы , определяем значения напряжения коллектор — эмиттер, которое является выходным .
Далее по входной характеристике БТ , при для тех же значений тока базы находим соответствующие напряжения база-эмиттер ,.
Входное напряжение рассчитываем согласно выражению:
. (9)
Результаты расчётов сводим в таблицу 2.
По известным парам значений напряжения (Uвх , Uвых) строим передаточную характеристику ключа (рисунок 4).
Таблица 2 – Данные для построения передаточной характеристики ключа
Iб, мкА |
Uбэ, В |
Uвх, В |
Uвых, В |
14 |
0,63 |
1,22 |
8,8 |
28 |
0,65 |
1,42 |
7,4 |
42 |
0,66 |
1,61 |
6,2 |
56 |
0,67 |
1,81 |
4,8 |
70 |
0,68 |
1,99 |
3,4 |
84 |
0,69 |
2,2 |
2,3 |
108 |
0,7 |
2,51 |
1,1 |
Рисунок 4 – Передаточная характеристика ключа
Определим значения параметров , .
Форма характеристики зависит от параметров элементов электронного ключа. На передаточной характеристике можно выделить три характерных участка, которые разграничены точками, соответствующими входному пороговому напряжению нуля и единицы .
По передаточной характеристике определяем:
= 1,2 В; = 8,8 В; = 2,5 В ; = 1,1 В.
Полученные значения соответствуют исходным данным и промежуточным результатам, полученным при расчёте элементов принципиальной схемы. Незначительные различия обусловлены погрешностями графоаналитического метода расчёта.
-
Рассчитаем параметры быстродействия ключа , , , .
Постоянная времени включения определяется выражением:
, (10)
где:
(11)
Для заданного транзистора согласно справочным данным:
=200 МГц, Сk = 10 пФ.
Находим:
Тогда:
= 0,8 + 346,6 =347,4 нс
Время включения:
Определим время задержки выключения .
По условию . Следовательно, запирающий ток базы:
Тогда время задержки выключения:
Время спада рассчитываем по формуле:
Время нарастания коллекторного напряжения:
Результаты расчётов представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Результаты расчётов
R1, кОм |
R2, кОм |
Rк, кОм |
, В |
, В |
, нс |
, нс |
, нс |
, нс |
13 |
180 |
1,3 |
8,8 |
1,1 |
77,5 |
0,53 |
0,94 |
797,2 |
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Аваев, Н.А. Электронные приборы / Н.А. Аваев, Г.Г. Шишкин / Под ред. Г.Г. Шишкина. – Москва: Издательство МАИ, 1996.
2. Батушев, В.А. Электронные приборы / В.А. Батушев. – Москва: Высшая школа, 1980.
3. Булычев, А.Л. Электронные приборы / А.Л. Булычев, П.М. Лямин, Е.С. Тулинов. – Минск: Высшая школа, 1999.
4. Быстров, Ю.А. Электронные приборы для отображения информации / Ю.А. Быстров, И.И. Литвак, Г.М. Першанов. – Москва: Высшая школа, 1998.
5. Валенко, В.С. Электроника и микросхемотехника: Учебное пособие / В.С. Валенко, М.С. Хандогин. – Минск: Беларусь, 2000.
6. Дробот, С.В. Практикум по курсу «Электронные приборы» для студентов всех специальностей БГУИР дневной и вечерней форм обучения / С.В. Дробот, В.А. Мельников, В.Н. Путилин. – Минск: БГУИР, 2003.
7. Дулин, В.Н. Электронные приборы / В.Н. Дулин, Н.А. Аваев, В.П. Демин. – Москва: Высшая школа, 1989.
8. Изъюрова, Г.И. Расчет электронных схем / Г.И. Изьюрова. – Москва: Высшая школа, 1987.
9. Ткаченко, Ф.А. Техническая электроника / Ф.А. Ткаченко. – Минск: Дизайн ПРО, 2002.
10. Хандогин, М.С. Электронные приборы: Учебное пособие / М.С. Хандогин. – Минск: БГУИР, 2005.
11. Электронные приборы и устройства: Лабораторный практикум для студентов всех специальностей БГУИР. В 2 Ч. – Минск: БГУИР, 2005, 2007.
12. Электронные приборы и устройства: Методическое пособие для студентов всех специальностей БГУИР заочной формы обучения/ А.Я. Бельский, С.В. Дробот, В.Б. Рожанский и др. – Минск: БГУИР, 2006. – 59 с.