Физические процессы в диодах, стабилитронах и транзисторах

Размещено на http://www.allbest.ru/

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра: «Телекоммуникации»

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Физические процессы в диодах, стабилитронах и транзисторах»

Хабаровск 2007

Содержание

Введение

Задача 1

Задача 2

Задача 3

Задача 4

Задача 5

Задача 6

Вывод

Список литературы

Введение

Изучение курса «Физические основы электроники» является важным при подготовке специалистов в области автоматики, телемеханики, связи на железнодорожном транспорте.

Цель курсовой работы - связать изучение физических процессов в полупроводниковых приборах с практическими расчётами простейших электронных схем.

Объём курсовой работы представляет набор задач, в которых охвачены физические процессы в наиболее широко распространенных приборах - диодах и транзисторах.

Задача 1

Диод имеет обратный ток насыщения Io =10 мкА, напряжение, приложенное к диоду, равно 0,5 В. Пользуясь упрощенным уравнением вольтамперной характеристики диода, найти отношение прямого тока к обратному при Т = 300 k.

Решение:

Ответ:

Задача 2

По исходным данным определить ток в цепи, состоящей из источника напряжения E, резистора R и диода. Рабочая точка находится на прямой ветви диода. Привести схему.

Таблица 1

Исходные данные	Вариант
	5
Обратный ток насыщения диода I0, мкА	10
Температура T,К	200

Таблица 2

Исходные данные	Вариант
	0
Напряжение источника питания Е, В	5
Сопротивление резистора R, Ом	8

Схема:

Решение: Задача решается графо-аналитическим методом.

1. Используя значение I0 и задаваясь напряжением диода (U = 0,05В; 0,1В; 0,15В, 0,2В, 0,25В, 0,3В) построить вольтамперную характеристику в соответствии с уравнением:

(1)

где е = 1,6*10-19 Кл - заряд электрона;

k = 1,38*10-23 Дж/К- постоянная Больцмана.

2. На том же графике построить нагрузочную прямую, используя уравнение:

Точка пересечения нагрузочной прямой с вольтамперной характеристикой и есть решение задачи. Нагрузочная прямая строится по двум точкам: если I=0, то U=E, если U=0, то I=E/R.

Подставляя исходные значения в (1), получим прямую ветвь ВАХ диода:

U, В	0	0,024	0,048	0,072	0,096	0,12	0,144	0,168	0,192
I, А	0	0,00003	0,00015	0,00062	0,00251	0,01001	0,03989	0,15888	0,63279

Ответ: I = 0,6 [А]

Задача 3

Транзистор включен в усилительный каскад по схеме с общим эмиттером. Каскад питается от одного источника напряжения Е. Для подачи смещения в цепи базы используется гасящий резистор. Генератор входного сигнала подключен к базе транзистора через разделительный конденсатор. По исходным данным требуется: а) построить линию Рктах;

б) по выходным характеристикам найти: постоянную составляющую тока коллектора /ко; постоянную составляющую напряжения коллектор-эмиттер Uкэ0, амплитуду переменной составляющей тока коллектора Imк; амплитуду выходного напряжения UтК=Uткэ ; коэффициент усиления по току Ki; выходную мощность РВЫХ ; мощность, рассеиваемую на нагрузке постоянной составляющей тока коллектора Рк0, полную потребляемую мощность в коллекторной цепи Ро; КПД коллекторной цепи . Проверить, не превышает ли мощность, выделяемая на коллекторе в режиме покоя Рк0, максимально допустимую мощность РKmax ;

в) с помощью входной характеристики определить: напряжение смещения UБЭ0 ; амплитуду входного сигнала UтБЭ, входную мощность РВХ, коэффициент усиления по напряжению КU и по мощности КP , входное сопротивление каскада RВХ; сопротивление резистора RБ и ёмкость разделительного конденсатора СР . Диапазон усиливаемых колебаний 100 Гц - 100 кГц. Начертить схему усилительного каскада.

Таблица 1

Исходные данные	Вариант
	0
Напряжение источника питания ЕК, В	9
Сопротивление резистора R, кОм	0,3

Таблица 2

Исходные данные	Вариант
	5
Ток базы в рабочей точке Iбо, мА	0,4
Мощность, рассеиваемая коллектором Рктах, мВт	130
Амплитуда тока базы IтБ, мА	0,2

Решение.

На семействе выходных характеристик строим линию максимально допустимой мощности, используя уравнение:

ток вольтамперный диод резистор

Затем, используя уравнение линии нагрузки Iк=(Е+UКЭ)/Rн, на семействе выходных характеристик наносим линию нагрузки: при Iк=0 UКЭ=-E=-9 B - первая точка линии нагрузки; при UКЭ=0 Iк=E/Rн=5/300=30мА - вторая точка линии нагрузки.

Точка пересечения линии нагрузки с характеристикой, соответствующей постоянной составляющей тока базы IБ0 = 400 мкА, определит рабочую точку. Ей будет соответствовать постоянная составляющая тока коллектора IK0 = 7,5мА и постоянная составляющая напряжения UКЭ0 = -6,5 В .

Амплитуду переменной составляющей тока коллектора определим как среднюю:

[мА]

Амплитуду переменного напряжения на нагрузке:

[В]

Коэффициент усиления по току:

Выходная мощность:

[мВт]

Полная потребляемая мощность в коллекторной цепи:

[мВт]

КПД коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе постоянной составляющей коллекторного тока:

[мВт]

т.е. режим работы допустим.

Далее расчет ведем по семейству входных характеристик. Поскольку у транзисторов входные характеристики расположены близко друг к другу, то в качестве рабочей входной характеристики можно принять одну из статических характеристик, соответствующую активному режиму, например характеристику, снятую при UKЭ=5B.



Из графика находим:

|UБЭ0| = 260 [мВ] 0,26 [В]

Амплитуда входного напряжения:

[мВ]

Модуль коэффициента усиления по напряжению:

Коэффициент усиления по мощности:

KP = |KIKU| = 17,5 . 33 = 577,5

Входная мощность:

PВХ = 0,5. ImБ . UmБ = 0,5 . 0,2. 10-3. 31,5. 10-3 = 3,15 [мкВт]

Входное сопротивление:

[Ом]

Сопротивление резистора:

[кОм]

Ёмкость конденсатора CP определяется из условия:

,

где - низшая рабочая частота.

И тогда:

[мкФ]

Задача 4

В рабочей точке усилителя, рассмотренного в предыдущей задаче, найти параметры h11Э, h21Э, h22Э, RВЫХ=1/h22Э, и аналитически рассчитать КI, КU, КP, RВХ .

Решение. Рассчитаем параметры в рабочей точке при UКЭ= -7,2 В и IK0= 6 мА:

[мСм]

[Ом]

[Ом]

С помощью найденных параметров определим искомые значения по приближённым формулам.

Коэффициент усиления по току , точнее:

(сходится с графо-аналитическим расчётом).

Входное сопротивление:

[Ом]

Коэффициент усиления по напряжению:

Коэффициент усиления по мощности:

KP = |KI KU| = 33,3 . 8,75= 291,4

Задача 5

Рассчитать, при каких напряжениях UВХ транзистор в схеме, приведенной на рис. 2.9, будет находиться:

а) в режиме насыщения;

б) в режиме отсечки;

в) в активном режим

Таблица 1

Исходные данные	Вариант
	0
Сопротивление R1, кОм	20
Сопротивление R2, кОм	10
Сопротивление R3, кОм	1
Коэффициент передачи тока в	60

Таблица 2

Исходные данные	Вариант
	5
Напряжение источника Ек, В	+9
Напряжение источника Е, В	+9
Напряжение порога Unop, В	+0,6
Обратный ток IК0, мкА	1

Решение.

Из исходных данных имеем, что транзистор является германиевым и обладает n-p-n переходом, так как и Ек > 0 соответственно.

А) Для получения режима насыщения необходимо на вход ключа подать такое напряжение UВХ, при котором будет протекать ток:

Выражая UВХ , получим:

[В]

Т.к >0 следовательно в данной схеме n-p-n транзистор и условии отсечки примет вид UБ<UПОР

Б) Условие отсечки транзистора запишем в виде:

откуда следует:

[В]

[В]

В) Условие активного режима:

.

Ответ:

в режиме насыщения: [В]

в режиме отсечки: [В]

в активном режим:

Задача 6

Полевой транзистор с управляющим р-n переходом и каналом n-типа используется в цепи усилительного каскада. По исходным данным определить: напряжение смещения затвор-исток UЗИ , крутизну транзистора в рабочей точке S, сопротивление резистора в цепи истока R1, сопротивление нагрузки в цепи стока R2, напряжение сток-исток UСИ.

Таблица 1

Исходные данные	Вариант
	5
Напряжение отсечки UОТС, В	2
Ток стока max IСmax, мА	6
Ток стока в рабочей точке IС, мА	3
Коэффициент усиления |КU|	10
Напряжение Eс, В	15

Решение.

Для решения задачи необходимо использовать основные соотношения для полевого транзистора с встроенным затвором:

То есть:

[В]

[Ом-1]

[кОм]

[кОм]

[В]

Ответ:

[В] [кОм] [Ом-1]

[В] [кОм]

Вывод

Итак, в ходе работы, были изучены физические процессы в наиболее широко распространенных приборах - диодах и транзисторах, а также были рассмотрены вопросы и задачи, связывающие изучение физических процессов в твердотельных приборах с расчётами простейших электронных схем.

Список литературы

1. Бодиловский, В. Г. Полупроводниковые и электровакуумные приборы / В. Г. Бодиловский. - М. ; Транспорт,1986. - 433 с.

2. Гусев, В. Г. Электроника и микропроцессорная техника / В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев. - М. : Высшая школа, 2006. - 788 с.

Размещено на Allbest.ru

...