Характеристические сопротивления диода

Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электроники и компьютерных технологий

ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания к выполнению

расчетно-графических работ

для студентов всех форм обучения специальности

050702 - Автоматизация и управление

Алматы 2008

СОСТАВИТЕЛЬ: Т.М.Жолшараева. Электроника. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для студентов всех форм обучения специальности 050702 – Автоматизация и управление. – Алматы: АИЭС, 2008. – 22 с.

Методические указания содержат задания к расчетно-графическим работам и примеры решения задач на темы: проводимость полупроводников, полупроводниковые диоды, графо-аналитический расчет транзисторного усилителя, синтез комбинационных логических схем.

Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения специальности 050702 – «Автоматизация и управление» и могут быть использованы студентами всех специальностей факультета РТ и С.

1 Общие методические указания к выполнению РГР

Дисциплина «Электроника» изучается студентами всех форм обучения специальности 050702 – Автоматизация и управление.

По курсу читаются лекции, выполняются расчетно-графические и лабораторные работы. Расчетно-графические работы (РГР) являются одним из основных компонентов при изучении курса.

Целью дисциплины "Электроника" является изучение элементной базы, принципов работы и методов проектирования и расчёта электронных и микроэлектронных устройств.

В результате изучения дисциплины студенты должны знать основные характеристики и параметры диодов и транзисторов, интегральных микросхем. Освоить принципы функционирования основных аналоговых устройств, комбинационных и последовательностных логических схем.Выполнение РГР позволяет студентам применить теоретические знания при выборе элементной базы и выполнении расчетов электронных схем.

Дисциплина базируется на курсах физики, высшей математики, теории электрических цепей.

Данные методические указания содержат задания к трем расчетно-графическим работам и примеры решения задач на темы: проводимость полупроводников, полупроводниковые диоды, графо-аналитический расчет транзисторного усилителя, синтез комбинационных логических схем.

При выполнении РГР необходимо:

выбрать свой вариант в соответствии с двумя последними цифрами номера зачетной книжки;

номер варианта, группа, фамилия и инициалы студента должны быть указаны на титульном листе;

текст задания должен быть переписан без сокращений в пояснительную записку РГР;

в пояснительной записке необходимо приводить не только расчетные формулы, соответствующие единицы измерения и конечные результаты, но и пояснения и необходимые промежуточные вычисления;

все текстовые и графические материалы должны соответствовать фирменному стандарту [1], содержать титульный лист, задание, основную часть – решение задач и литературу.

Задания к расчетно-графическим работам

Задание к РГР №1

Задача №1

Концентрация донорной примеси составляет N_д атом/см³, акцепторной примеси – N_а атом/см³ (таблица 2.1), собственная концентрация носителей в полупроводнике - n_i. Найти контактную разность потенциалов для р-n перехода при заданной температуре Т (таблица 2.2).

Т а б л и ц а 2.1

Последняя цифра номера зачетной книжки
Вар
N_д	2∙10¹⁵	3∙10¹⁵	6∙10¹⁵	4∙10¹⁶	5∙10¹⁶	7∙10¹⁶	5∙10¹⁶	3∙10¹⁶	3∙10¹⁵	4∙10¹⁶ 4∙10¹⁶4∙10¹⁶
N_a	2∙10¹⁸	2∙10¹⁸	2∙10¹⁷	2∙10¹⁸	3∙10¹⁹	8∙10¹⁷	6∙10¹⁷	2∙10¹⁸	5∙10¹⁷	2∙10¹⁸

Т а б л и ц а 2.2

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки
Вар
Т, ^оС
n_i	2∙10¹⁴	2∙10¹³	3∙10¹⁴	5∙10¹³	4∙10¹⁴	3∙10¹⁴	4∙10¹³	5∙10¹⁵	3∙10¹³	4∙10¹³

Задача №2

Обратный ток диода при Т=300 К равен I₀ _.(таблица 2.3). Определить сопротивление полупроводникового диода постоянному току и его дифференциальное сопротивление при прямом напряжении U_пр (таблица 2.4).

Т а б л и ц а 2.3

Последняя цифра номера зачетной книжки
Вар
I₀, мкА	1,5	1,5	1,5	3,5	2,5	2,5	1,8

Т а б л и ц а 2.4

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки
Вар
U_пр,мВ

Задача №3

Полупроводниковый диод имеет прямой ток I_пр. при прямом напряжении U_пр_. и температуре Т. Определить обратный ток I₀, дифференциальное сопротивление r_диф _. при напряжении U = U₁ и при U = 0 (таблица 2.5, 2.6).

Т а б л и ц а 2.5

Последняя цифра номера зачетной книжки
Вар.
I_пр,А	0,07	0,08	0,5	0,8	0,8	0,09	0,6	0,7	0.09	0.4
U_пр,В	0.4	0.4	0,2	0,3	0,3	0,2	0,4	0,2	0,3	0,2

Т а б л и ц а 2.6

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки
Вар.
Т,^оС
U₁,В	0,2	0,2	0,1	0,4	0,2	0,1	0,2	0,1	0,2	0.4

Задача №4

В схеме параметрического стабилизатора напряжения сопротивление нагрузки R_н. Данные стабилитрона: U_ст ‑ напряжение стабилизации, I_ст_._макс _.‑ максимальный ток стабилизации, I_стмин _.‑ минимальный ток стабилизации (таблица 2.7). Входное напряжение изменяется от U_вхмин _. до U_вхмакс _. (таблица 2.8). Привести схему стабилизатора, вольтамперную характеристику стабилитрона и линию нагрузки на ней. Найти балластное сопротивление R_б _.Определить будет ли обеспечена стабилизация во всем диапазоне изменения U_вх. _.

Т а б л и ц а 2.7

Последняя цифра номера зачетной книжки
Вариант
R_н,кОм	0,6			0,8	1,5	1,5				2,5
U_ст,В				6,5			6,8
I_стмин,мА	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,5	0,5	0,6	0,8	0.5
I_стмакс,мА	2,5	1,5		3,2	3,1	2,5		2,8	2,9	3.2

Т а б л и ц а 2.8

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки
Вариант
U_вх_._мин,В
U_вх_._мах,В

Задача №5

Температурный коэффициент напряжения стабилизации стабилитрона α _н, %/ ^оС, напряжение стабилизации при 20⁰С – U_ст,В (таблица 2.9). Определить каким будет его напряжение стабилизации при температуре Т,⁰С (таблица 2.10).

Т а б л и ц а 2.9

Последняя цифра номера зачетной книжки
вариант
α _н, %/ ^оС	0,02	0,03	0,01	0,05	0,04	0,04	0,05	0,03	0,02	0,03
U_ст,В					6,2	5,6				5,6

Т а б л и ц а 2.10

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки
Вариант
Т,⁰С

Задание к РГР №2

Задача №1

Транзистор VT включен в усилительный каскад по схеме с ОЭ (рисунок 2.1) со смещением током базы покоя. Для подачи смещения в цепь базы используется резистор R_б. Каскад питается от одного источника с напряжением минус Е_к. Заданы постоянная составляющая тока базы I_б0, амплитуда переменной составляющей тока базы I_m_б, сопротивление резистора нагрузки R_к, максимально допустимая мощность, рассеиваемая коллектором, Р_К_max (таблица 2.11). Диапазон частот усиливаемых колебаний f_н ¸ f_в (таблица 2.12).

Произвести графоаналитический расчет усилителя.

Для этого требуется:

а) построить линию Р_К_max;

б) по выходным характеристикам найти:

1) постоянную составляющую тока коллектора I_к₀;

2) постоянную составляющую напряжения коллектор-эмиттер U_кэ₀;

3) амплитуду переменной составляющей тока коллектора I_m_к;

4) выходную мощность Р_вых;

5) амплитуду выходного напряжения U_mR = U_m_кэ;

6) коэффициент усиления по току К_I;

7) полную потребляемую мощность в коллекторной цепи Р₀;

8) кпд коллекторной цепи h.

Проверить, не превышает ли мощность Р_к0, выделяемая на коллекторе в режиме покоя, максимально допустимую мощность Р_К_max;

в) с помощью входных характеристик определить:

1) напряжение смещения U_бэ₀;

2) амплитуду входного сигнала U_m_бэ;

3) входную мощность Р_вх;

4) коэффициент усиления по напряжению К_U и по мощности К_P,

5) входное сопротивление каскада R_вх;

6) сопротивление резистора R_б;

7) емкость разделительного конденсатора С_Р;

г) для рабочей точки усилителя найти параметры h_21э, h_22э, R_вых = 1/ h_22э, h_11э, и аналитически рассчитать величины К_I, К_U, К_Р, R_вх.

Т а б л и ц а 2.11

Последняя цифра номера зачетной книжки
№ вар.
VT	КТ317А	КТ313А	КТ361Б	КТ120А	ГТ402Д
Е_к, В
I_б0, мА	0,006	0,5	0,2	0,4
I_m_б,мА	0,002	0,2	0,1	0,2
R_к, кОм		0,1	0,5	0,05	0,02
P_kmax, Вт	0.01	0.3	0,9	0,012	2,5

Продолжение таблицы 2.11

Последняя цифра номера зачетной книжки
№ вар.
VT	КТ501А	КТ601А	КТ803А	ГТ703А	КТ902А
Е_к, В
I_б0, мА	0,05	0,15
I_m_б,мА	0,075	0,075
R_к, кОм	2,5	1,5	0,0125	0,002	0,012
P_kmax, Вт	0,42	3,5

Т а б л и ц а 2.12

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки
№ вар.
f_н, Гц
f_в, кГц

Продолжение таблицы 2.12

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки
№ вар.
f_н, Гц
f_в, кГц

Задача №2

В схеме, показанной на рисунке 2.2,а, используется делитель в цепи базы транзистора, имеющего коэффи-циент передачи по току (таблица 2.13). Найти напря-жение , если даны (таблица 2.14).

Т а б л и ц а 2.13

Последняя цифра номера зачетной книжки
вариант

E_K_,В

Т а б л и ц а 2.14

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки
вариант
R₁,кОм
R₂,кОм
R_K,кОм		1,5
R_Э,кОм	0.51	0,2	0,33	0,1	0,2	0,1	0,33	0,2	0,1	0,33	0,33

Задание к РГР №3

Произвести синтез комбинационной логической схемы:

а) по заданной таблице истинности (таблица 2.15, 2.16) написать логическое выражение в дизъюнктивной нормальной форме (ДНФ);

б) произвести минимизацию логического выражения, используя карты Карно;

в) привести выражение к базису И-НЕ;

г) составить схему на логических элементах И-НЕ;

д) построить временные диаграммы сигналов на входах и на выходе схемы.

Т а б л и ц а 2.15

Общие данные для всех вариантов

Варианты (по последней цифре номера зачетной книжки)

На-бор

Входные сигналы

Выходные сигналы

X₁

X₂

X₃

X₄

Y₁

Y₂

Y₃

Y₄

Y₅

Y₆

Y₇

Y₈

Y₉

Y₀

Т а б л и ц а 2.16

Общие данные для всех вариантов

Варианты (по предпоследней цифре номера зачетной книжки)

на-бор

Входные сигналы

Выходные сигналы

X₁

X₂

X₃

X₄

Y₁

Y₂

Y₃

Y₄

Y₅

Y₆

Y₇

Y₈

Y₉

Y₀

3 Примеры решения задач расчетно-графических работ

3.1 Контактная разность потенциалов p-n перехода

Найти контактную разность потенциалов для p-n перехода при температуре Т = 300 K, если концентрация донорной примеси составляет N_д =атом/см³, акцепторной примеси – N_a = атом/см³, собственная концентрация носителей в полупроводнике – n_i = .