Перед выполнением домашних контрольных работ необходимо ознакомиться с программой курса.
В каждой контрольной работе студент выполняет варианты задач, соответствующие последней цифре своего шифра-вариант ‘а’ если цифра нечётная или вариант ‘б’ если цифра чётная и номер варианта должен соответствовать предпоследней цифре своего шифра.
Каждая контрольная работа оформляется отдельно в соответствии с требованиями ГОСТа 2.105-68 и общими требованиями к текстовым документам.
Контрольная работа 1 включает в себя следующие разделы курса:
-раздел 1. Элементы электронной техники;
-раздел 2. Полупроводниковые приборы;
-раздел 3. Маломощные источники вторичного электропитания;
-раздел 4. Усилители.
Контрольная работа 2 включает в себя следующие разделы курса:
-раздел 5. Генераторы синусоидальных колебаний;
-раздел 6. Импульсные устройства;
-раздел 7. Цифровая техника.
Контрольная работа 1
Задача 1. По материалу раздела 1 курса ответить на “Вопросы для самопроверки” и рассчитать полное эквивалентное сопротивление:
а) цепочки из R, L, C элементов для своего варианта задания из табл.12, схема цепочки приведена в вопросе 4 первого раздела на рис.1а.
Таблица 12.
| Параметры | Варианты | |||||||||
| r, Ом L, мГн С, мкФ R, Ом |
б) цепочки R,C элементов для своего варианта задания из табл.13 схема цепочки приведена в вопросе 7 на рис.1б.
Таблица 13.
| Параметры | Варианты | |||||||||
| С1, мкФ R, кОм С2, пФ | 0,25 | 0,5 | 0,1 | 0,5 | 0,25 | 0,1 | 0,05 | 0,25 | 0,5 | 0,5 |
Задача 2.
а). Рассчитать внутренние физические параметры Т-образной эквивалентной схемы биполярного транзистора rб, rэ, rк и коэффициенты передачи тока 
и 
, а также пересчитать hб-параметры в hэ-параметры, определить входное сопротивление rвх. транз. и выходное сопротивление rвых. транз. транзистора, в схеме с общей базой и общим эмиттером. Тип транзистора, схема включения его и hб-параметры заданы в табл.14.
Таблица 14.
| № варианта | Тип транзистора | hб-параметры | Схема | Предельные значения | |||||
| h11б, Ом | h12б, Ом | h21б, Ом | h22б, Ом | Uкэ, В | Iк, мА | Рдоп, мВт | |||
| МП42А МП39 МП41 МП113 МП111 МП39Б МП36А П401 МП41А МП25 | 2*10-3 1*10-3 1*10-3 1*10-3 0,5*10-3 1*10-3 5*10-3 2*10-3 2*10-3 3*10-3 | -0,96 -0,93 -0,97 -0,96 -0,93 -0,96 -0,96 -0,98 -0,98 -0,93 | 1*10-6 1*10-6 1*10-6 1*10-6 1*10-6 1*10-6 2*10-6 2*10-6 1*10-6 2*10-6 | ОЭ ОБ ОЭ ОЭ ОБ ОЭ ОЭ ОЭ ОЭ ОБ |
Примечание. ОБ – схема включения транзистора с общей базой; ОЭ – схема включения транзистора с общим эмиттером.
б). Взять методические указания к разделу 2 курса и из “Вопросы для самопроверки” вопросы 15, 16 и выполнить необходимые расчёты по исходным данным своего варианта.
Задача 3.
а). Взять методические указания к разделу 3 курса и из “Вопросы для самопроверки” выполнить необходимые расчёты, для своего варианта, по вопросу 7.
б). Взять методические указания к разделу 3 курса и из “Вопросы для самопроверки” выполнить необходимые расчёты, для своего варианта, по вопросу 8.
Задача 4.
а). Взять методические указания к разделу 3 курса и из “Вопросы для самопроверки” выполнить необходимые расчёты, для своего варианта, по вопросу 9.
б). Взять методические указания к разделу 3 курса и из “Вопросы для самопроверки” выполнить необходимые расчёты, для своего варианта, по вопросу 10.
Задача 5.
а). Взять методические указания к разделу 4 “Усилители” и из “Вопросы для самоподготовки” вопрос 16 и выполнить его задание своего варианта.
б). Взять методические указания к разделу 4 “Усилители” и из “Вопросы для самоподготовки” вопрос 17 и выполнить его задание своего варианта.
Задача 6.
а). Взять методические указания к разделу 4 “Усилители” и из “Вопросы для самоподготовки” вопрос 23 и выполнить его задание своего варианта.
б). Задана схема резисторного усилительного каскада на полевом транзисторе VT 1 (рис. 5). Значения параметров отдельных её элементов определяются вариантом. Параметры используемого в схеме транзистора, необходимые для анализа и расчёта, приведены в табл.15. Усилитель предназначен для усиления слабых сигналов. R н - внешняя нагрузка.
Рис.5
Таблица 15. Параметры полевого транзистора VT1.
| Параметры тран-ра | Варианты | |||||||||
| Uотс, В | -1 | -2 | -3 | -4 | -5 | -6 | -7 | -8 | -9 | -10 |
| I(0), mA | ||||||||||
| G22, мкСм | ||||||||||
| С22, пФ |
Требуется:
1. Нарисовать примерный вид характеристик полевого транзистора в системах координат iст (u3) и iст(Uст).
2. Указать на характеристиках (п.1) положение рабочей точки, соответствующей исходному режиму: Uст = 5 В, iст = 0,5 * iст (0).
Определить соответствующее напряжение смещения U3 = U3 р.т. и крутизну стокозатворной характеристики S = g21 в рабочей точке.
Пояснения к: пп. 1 и 2.
Для построения характеристик полевых транзисторов можно воспользоваться учебной и справочной литературой, а также теоретическим уравнением, описывающим стокозатворную характеристику.
,
где 
- ток стока при напряжении на затворе uз = 0,
Uотс напряжение отсечки, соответствующее току стока iст = 0.
Определить крутизну стокозатворной характеристики транзистора 
в рабочей точке можно графически или аналитически. В первом случае следует провести касательную к стокозатворной характеристике в рабочей точке и определить её наклон, построив треугольник с катетами dU3 и diСТ. Во втором случае достаточно продифференцировать уравнение стокозатворной характеристики
и подставить в полученное выражение значения параметров характеристики и напряжения u3 в рабочей точке (u3 = U3 Р.Т. ).
3. Указать назначение всех элементов схемы усилительного каскада (рис. 5).
4. Рассчитать основные параметры каскада и элементов его схемы:
а) сопротивление автоматического смещения R3,
б) необходимое напряжение питания Е0,
в) коэффициент усиления в области средних частот К0,
г) верхнюю граничную частоту FB
д) ёмкости разделительных конденсаторов С1, С2 и блокировочного конденсатора С3.
Пояснения к п. 4
При расчёте сопротивления автоматического смещения R3 следует исходить из требования обеспечения исходного режима
Для определения необходимого напряжения питания E0 следует учесть величины падений напряжения на резисторах R2 и R3 и заданный исходный режим транзистора
(UСТ = 5 В и IСТ = 0,5*IСТ (0)):
Для анализа усилительного каскада и расчёта отдельных его параметров следует пользоваться эквивалентными схемами, на которых транзистор замещается эквивалентным линейным четырёхполюсником. На рис 6. приведена эквивалентная схема усилительного каскада для области средних частот.
Рис.6
Из этой схемы следует, что коэффициент усиления каскада в области средних частот определяется выражением
, где 
Для расчёта верхней граничной частоты необходимо пользоваться эквивалентной схемой каскада для области верхних частот (рис.7.)
Рис. 7
В этой схеме учитывается влияние паразитной ёмкости С0 , в которую входят выходная ёмкость транзистора (С22), ёмкость нагрузки СН и монтажа СМОН (обычно 5-15 пФ)
Со = С 22 + СН + СМОН
Если верхнюю граничную частоту определить по уровню спада АЧХ на 3 дБ (около 30%), то
При расчете ёмкостей С1, С2 и С3 следует учитыватьих влияние на АЧХ каскада в области нижних частот. Соответствующая эквивалентная схема приведена на рис.8.
Рис.8
В ней не учитывается влияние блокировочной ёмкости С3, служащей для устранения отрицательной обратной связи по переменному току. Это возможно, если выбрать ёмкость С3 из условия
Задаваясь спадом АЧХ в области нижних частот на указанной частоте FH не превышающем 3 дБ (0,707 от Ко) и распределяя этот спад поровну на входную (с С1) и выходную (с С2) цепи каскада, получим следующие расчетные формулы:
Контрольная работа 2
Задача 7
Для диапазона низких частот применяют RC- генераторы. Они основаны на использовании частотно-зависимых цепей, составляемых из резисторов и конденсаторов, и аналогично LC- генераторам выполняются по структурной схеме.
В усилителях, предназначенных для построения генераторов, выходной сигнал, как известно, может находиться в противофазе с входным сигналом 
или же совпадать с ним по фазе 
. В первом случае частотно-зависимая RC- цепь обратной связи на частоте генерации должна осуществлять поворот фазы передаваемого сигнала на 1800 
, во втором случае фазовый сдвиг передаваемого сигнала должен отсутствовать 
. Решение обеих задач характеризуется большими схемными возможностями RC- цепей.
Схема цепи, осуществляющей изменение фазы передаваемого сигнала на 1800, приведена на рис.9,а. Выбор для рассмотрения этой схемы обусловлен наименьшими значениями в ней емкостей конденсаторов, требуемых для построения низкочастотных генераторов.
В схеме рис.9,а (схема лестничного типа «R-параллель») используется зависимость от частоты коэффициента передачи и фазы передаваемого сигнала элементарного Г-образного RC-звена. Поскольку максимальный фазовый сдвиг, вносимый одним звеном на частоте, близкой к нулю, составляет 900, для получения требуемого фазового сдвига в 1800 цепь должна содержать не менее трех последовательно включенных звеньев. Обычно применяют трехзвенные или (реже) четырехзвенные цепи.
Зависимости |х| и 
от частоты для трехзвенной цепи при С1= С2 = С и R1 = R2 = R3 = R приведены на рис.9,б. Частоту f0, при которой угол = 180°, называют квазирезонансной. С параметрами С и R она связана соотношением
(1)
Рис. 9. Схема трехзвенного RC-четырехполюсника (а), зависимости его коэффициента передачи и угла фазового сдвига от частоты (б).
На частоте f0 коэффициент передачи цепи при указанных соотношениях между параметрами 
Следовательно самовозбуждение генератора возможно, если коэффициент усиления усилителя 
.
Рис.10
В качестве усилительного звена обычно используют усилители постоянного тока в интегральном исполнении, в частности операционные усилители. Схема генератора на ОУ приведена на рис.10. Цепь частотно-зависимой обратной связи включена между выходом и инвертирующим входом усилителя. Требуемый коэффициент усиления усилительного звена () достигается выбором отношения ROC / RO 
29. Входное сопротивление инвертирующего усилителя, равное RO совместно с R3, определяет активную составляющую сопротивления оконечного звена частотно-зависимой цепи обратной связи. В связи с этим для расчета частоты f0 по формуле (1) нужно, чтобы R1 = R2 = R3 || Rо= R. Требуемая на практике установка необходимой амплитуды колебаний достигается некоторой подстройкой сопротивления ROC.
Из RC-цепей, не осуществляющих сдвига по фазе передаваемого сигнала на квазирезонансной частоте, наибольшее распространение получила схема моста Вина (рис. 11 ,а), амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики которой показаны на рис. 11, б.
При построении такого генератора на операционном усилителе (рис.12 А) звено частотно-зависимой обратной связи (см. рис. 11, а) включают между выходом и не инвертирующим входом ОУ. Элементы ROC и RO предназначены для получения требуемого коэффициента усиления усилительного звена.
Рис.11 Схема моста Вина (а), зависимости его коэффициента передачи и угла фазового сдвига от частоты (б).
Поскольку на частоте генерации f0 коэффициент передачи звена частотно-зависимой обратной связи типа моста Вина х = 1/3 (см. рис. 11, б), самовозбуждение генератора возможно при Ку> 3. Это будет соответствовать выбору отношения ROC / RO > 2.
Частота генерации в схеме равна квазирезонансной частоте частотно-зависимой цепи, определяемой из соотношения
,
где R1 = R2 = R и С1 = С2 = С.
Rос
Рис.12а. Схема генератора синусоидальных колебаний на ОУ с мостом Вина.
Необходимая амплитуда колебаний достигается корректировкой сопротивления ROC и RO в процессе настройки схемы.
Задание на расчёт.
а) Рассчитать генератор синусоидальных колебаний на ОУ с трехзвенным RC- четырехполюсником для своего варианта на частоту заданную в табл.16.
Таблица 16.
| № Варианта | ||||||||||
| Частота, кГц |
б) Рассчитать генератор синусоидальных колебаний на ОУ с мостом Вина для своего варианта на частоту, заданную в табл. 16.
Задача 8
Задана логическая функция четырёх аргументов таблицей истинности в соответствии с вариантом. (Конкретные указания по выбору варианта приведены ниже в примере решения данной задачи).
Требуется:
1.Составить карту Карно для заданной логической функции.
2.Записать аналитическое выражение функции Y=f(A,B,C,D) в базисе И, ИЛИ, НЕ в минимальной форме, указав на карте Карно все ‘склейки’.
3.Привести логическую схему реализации заданной функции на элементах И, ИЛИ, НЕ.
4.Указать логические уровни сигналов на выходах всех логических элементов схемы, считая, что на входах действует комбинация сигналов в виде двоичного кода числа из двух последних цифр номера студенческого билета (входные переменные A,B,C,D считать двоичными разрядами этого кода, причём A-младшим, а D-старшим соответственно).
Пример решения задачи 2
Для определения логической функции в соответствии с вариантом, необходимо номер студенческого билета перевести из десятичной формы в двоичную, после чего 16 разрядов полученного двоичного номера записать поразрядно, начиная с младшего разряда в колонке значений логической функции =Y:таблицы истинности (табл. 16).
Например, номер студенческого билета 777777.
Для определения двоичного эквивалента этого десятичного числа можно воспользоваться процедурой его последовательного деления на 2 с записью остатков от деления на каждом шаге. В результате получим 777777D=1011.1101.1110.0011.0001B. 16 младших разрядов этого двоичного числа занесено в табл.16 в качестве значений логической функции Y=f(A,B,C,D).
Следующий шаг заключается в составлении карты Карно для этой логической функции () и выявления на ней всех возможных ‘склеек ’ для минимализации аналитического выражения в базисе И, ИЛИ, НЕ.
Из карты Карно следует, что минимализация возможна, так как все её клетки с 1 ‘склеиваются ’ одной четвёркой и четырьмя двойками. С учётом этих склеек получаем минимальную форму заданной функции
_ _ _ _ _ _ _
Y=A*C V A*B*C V A*C*D V A*B*D V A*B*D.
Рассматривая полученное аналитическое выражение как алгоритм обработки входных сигналов, нетрудно нарисовать логическую схему на логических элементах И, ИЛИ, НЕ, реализующую данную функцию (Рис12-б).
Таблица 17.
| 777777:2=388888 | с остатком 1 | A | B | C | D | Y | |
| 388888:2=194444 | *********0 | ||||||
| 194444:2=97222 | *********0 | ||||||
| 94444:2=48611 | *********0 | ||||||
| 48611:2=24305 | *********1 | ||||||
| 24035:2=12152 | *********1 | ||||||
| 12152:2=6076 | *********0 | ||||||
| 6076:2=3038 | *********0 | ||||||
| 3038:2=1519 | *********0 | ||||||
| 1519:2=759 | *********1 | ||||||
| 759:2=379 | *********1 | ||||||
| 189:2=94 | *********1 | ||||||
| 94:2=47 | *********0 | ||||||
| 47:2=23 | *********1 | ||||||
| 23:2=11 | *********1 | ||||||
| 11:2=5 | *********1 | ||||||
| 5:2=2 | *********1 | ||||||
| 2:2=1 | *********0 | ||||||
| 1:2=0 | *********1 |
Рис. 12-б
Для выполнения п.4 задачи две последних цифры номера студенческого билета переведём в двоичное число:
| 77:2=38 | с остатком 1=A |
| 38:2=19 | ********* 0=B |
| 19:2=9 | ********* 1=C |
| 9:2=2 | ********* 1=D |
| 4:2=2 | ********* 0 |
| 2:2=1 | ********* 0 |
| 1:2=0 | ********* 1 |
Логические уровни входных сигналов A,B,C,D выходного сигнала Y и сигналов в промежуточных точках укажем непосредственно на логической схеме (Рис.13)
Рис. 13. Логическая схема реализации заданной функции.