Электроника (стр. 3 )

жениях UЗИ2 и UСИ2, а UЗИ2 = UЗИ1 - ЕС и UСИ2 = UСИ1 - ЕС, его выходные характеристики будет начинаться при UСИ1 = ЕС, и ток стока будет расти

с уменьшением UСИ1 и UЗИ1. Иными словами характеристики р-ка-нального транзистора будут идти как бы навстречу характеристикам n-канального транзистора. При этом (для удобства последующего построения передаточной характеристики) на каждой из построенных

выходных характеристик транзистора VT2 следует указать не значение напряжения UЗИ2, которому она соответствует, а соответствующее значение входного напряжения UВХ = UЗИ1.

5. Поскольку в рассматриваемом ключе входное напряжение управляет состоянием не только активного, но и нагрузочного тран-зистора, положение нагрузочной линии не является фиксированным, как в других типах ключей [5, п.7.2], а изменяется с изменением входного напряжения. При каждом значении входного напряжения роль нагрузочной линии играет выходная характеристика нагрузочного транзистора, соответствующая данному входному напряжению. Поэтому для построения передаточной характеристики ключа необхо-димо определить точки пересечения выходных характеристик активного и нагрузочного транзисторов, соответствующих различным значениям входного напряжения, и определить значения выходного напряжения UВЫХ=UСИ1, соответствующего этим точкам. При этом значения входного и выходного напряжений следует записывать в таблицу.

6. Используя данные таблицы построить на миллиметровке передаточную характеристику транзисторного ключа. На этом же графике построить передаточную характеристику в зеркальном ото-бражении, откладывая значения UВЫХ по оси UВХ, а значения UВХ по оси UВЫХ [5, см. рис. 7.4]. Отметить точки пересечения передаточной характеристики и ее зеркального отображения и определить и указать на графике значения входного и выходного напряжений, соответ-ствующие логическим нулю и единице U0ВХ, U1ВХ, U0ВЫХ, U1ВЫХ, и величину логического перепада UЛ. Определить и указать на графике пороговые значения входного напряжения U0ПОР и U1ПОР, соответ-ствующие точкам, в которых │dUВЫХ /dUВХ│=1, т. е. угол наклона каса-тельной к характеристике составляет 45 градусов, и минимальные величины отпирающей и запирающей помех U0П и U1П. Рассчитать коэффициент помехоустойчивости ключа КП.

23

7. При описании принципа работы ключа следует указать режимы работы транзисторов, соответствующие устойчивым состояниям ключа, и рассмотреть физические процессы, протекающие при переключении ключа из одного состояния в другое. Отметить, какую логическую функцию выполняет транзисторный ключ. Указать, в каких базовых логических элементах используется рассмотренный в задаче тип ключа.

 

22

 

 

 

6 М

0,2 0,4 0,6 0,8 UБЭ, В

 

Рис. 2. Входные характеристики биполярного транзистора

 

11

 

 

12

 

ветствующие точкам, в которых │dUВЫХ / dUВХ│=1, т. е. угол наклона касательной к характеристике составляет 45 градусов, и минимальные величины отпирающей и запирающей помех U0П и U1П. Рассчитать коэффициент помехоустойчивости ключа КП.

6. При описании принципа работы ключа следует указать режимы работы транзистора, соответствующие устойчивым состояниям

ключа, и рассмотреть физические процессы, протекающие при переключении ключа из одного состояния в другое. Отметить, какую логическую функцию выполняет транзисторный ключ.

Задача 2.3

Дано: Схема электронного ключа на комплементарной паре

МДП-транзисторов приведена на рис. 4,в. Напряжение

источника питания и масштабный коэффициент N пред-

ставлены в таблице исходных данных. Семейства выход-

ных характеристик активного (n-канального) и нагрузоч-

ного (р-канального) транзисторов приведены на рис. 5 и 6,

соответственно.

Требуется: 1. Построить статическую передаточную характеристи-

ку ключа.

2. Определить основные параметры ключа: уровни ло -

гических нуля U0 и единицы U1, логического перепада UЛ,

минимальные уровни отпирающей и запирающей помех

U0П и U1П, коэффициент помехоустойчивости КП.

3. Описать принцип работы ключа и указать, в каких ба-

зовых логических элементах он используется.

Методические указания

1. Изучить различные типы электронных ключей [5, п.7.2], их передаточную характеристику [5, рис.7.4], параметры, а также исполь-зование ключей в схемах базовых логических элементов [5, п.7.3].

2. Нарисовать схему ключа и пояснить назначение ее эле-ментов.

3. Перенести на миллиметровку статические характеристики транзисторов, указав масштаб по осям токов с учетом заданного масштабного коэффициента N.

21

4. На графике семейства выходных характеристик активного транзистора VT1 построить семейство выходных характеристик нагрузочного транзистора VT2, которые при построении передаточной характеристики играют роль нагрузочных линий. С учетом того, что р-канальный транзистор VT2 работает при отрицательных напря-

 

20

 

3. Перенести на миллиметровку семейство выходных характеристик и входную характеристику, соответствующую активному режиму работы транзистора (UКЭ = 5 В), указав масштаб по осям с учетом заданных масштабных коэффициентов.

4. На графике семейства выходных характеристик построить нагрузочную линию и определить положение рабочей точки тран-зистора по постоянному току. Определить постоянные составляющие напряжения и тока в коллекторной цепи UКЭ(0) и IК(0) и мощность, потребляемую каскадом от источника питания РО = IК(0) ЕК.

Указать положение рабочей точки по постоянному току на входной характеристике и определить постоянную составляющую напряжения на базе UБЭ(0).

5. На графике семейства выходных характеристик построить нагрузочные треугольники и определить амплитуды переменных составляющих напряжения и тока в коллекторной цепи UКМ и IКМ. В том случае, если размеры нагрузочных треугольников заметно раз-личаются, в качестве UКМ и IКМ следует взять полусуммы значений, полученных из разных треугольников.

С помощью входной характеристики определить амплитуду переменной составляющей напряжения на базе UБМ. В том случае, если амплитуды положительной и отрицательной полуволн напряжения UБЭ заметно различаются, в качестве UБМ следует взять их полусумму.

6. Рассчитать основные параметры усилительного каскада: коэффициенты усиления по току КI, по напряжению КU и по мощнос - ти КР, коэффициент полезного действия h, входное сопротивление каскада RВХ.

Задача 1.2

Дано: Схема усилительного каскада на биполярном тран-

зисторе, включенном по схеме ОЭ, приведена на

рис. 1,а. Значения элементов схемы, параметры входно-

го сигнала и нагрузки, а также масштабные коэффициен-

ты N и M приведены в таблице исходных данных. Внут-

реннее сопротивление генератора и масштабный коэф-

фициент L для всех вариантов равны RГ =10 кОм и L=4.

Статические характеристики транзистора приведены на

рис. 2 и 3.

Требуется: Провести аналитический расчет усилительного кас - када на основе малосигнальной схемы замещения транзистора и определить его основные параметры.

13

 

Методические указания

1. Изучить материал, посвященный аналитическому расчету усилительного каскада на биполярном транзисторе [3, п. 3.8, 3.9].

2. Нарисовать схему усилительного каскада и пояснить назна-чение ее элементов.

3. Перенести на миллиметровку семейство выходных характеристик и входную характеристику, соответствующую активному режиму работы транзистора (UКЭ = 5 В), указав масштаб по осям с уче-том заданных масштабных коэффициентов.

4. На графике семейства выходных характеристик построить нагрузочную линию и определить положение рабочей точки тран-зистора по постоянному току. Определить постоянные составляющие напряжения и тока в коллекторной цепи UКЭ(0) и IК(0) и мощность, потребляемую каскадом от источника питания РО = IК(0) ЕК.

Указать положение рабочей точки по постоянному току на входной характеристике и определить постоянную составляющую напряжения на базе UБЭ(0).

5. С помощью статических характеристик транзистора в рабочей точке по постоянному току рассчитать значения h–параметров транзистора. При этом, учитывая тот факт, что влияние напряжения UКЭ на входную характеристику в активном режиме выражено очень слабо, и все характеристики практически сливаются, положить h12 = 0.

6. Нарисовать малосигнальную схему замещения биполярного транзистора на основе h–параметров и пояснить физический смысл ее элементов. Используя схему замещения, нарисовать эквивалентную схему усилительного каскада по переменному току.

7. Рассчитать основные параметры усилительного каскада: коэффициенты усиления по току КI, по напряжению КU и по мощнос - ти КР, коэффициент полезного действия h, входное сопротивление каскада RВХ. С учетом того, что знак минус в выражении для коэффициента усиления по напряжению КU отражает противофазность входного и выходного напряжений, при расчете коэффициента усиления по мощности КР использовать абсолютное значение КU.

Задача 1.3

Дано: Схема усилительного каскада на полевом тран-

зисторе с управляющим p-n-переходом, включенном по

схеме ОИ, приведена на рис. 1,б. Значения элементов

схемы, параметры входного сигнала и нагрузки, а также

основные параметры управляющей характеристики тран -

14

Задача 2.2

Дано: Схема электронного ключа на МДП-транзисторе при-

ведена на рис. 4,б. Значения элементов схемы и масш-

табный коэффициент N представлены в таблице исходных

данных. Семейство выходных характеристик транзистора

приведено на рис. 5.

Требуется: 1. Построить статическую передаточную характеристи-

ку ключа.

2. Определить основные параметры ключа: уровни ло -

гических нуля U0 и единицы U1, логического перепада UЛ,

минимальные уровни отпирающей и запирающей помех

U0П и U1П, коэффициент помехоустойчивости КП.

3. Описать принцип работы ключа.

Методические указания

1. Изучить различные типы электронных ключей [5, п.7.2], их передаточную характеристику [5, рис. 7.4] и основные параметры, а также использование ключей в схемах базовых логических элементов [5, п.7.3].

2. Нарисовать схему ключа и пояснить назначение ее эле-ментов.

3. Перенести на миллиметровку семейство выходных характеристик транзистора, указав масштаб по оси тока с учетом заданного масштабного коэффициента N.

4. На графике выходных характеристик построить нагрузочную линию. Для построения передаточной характеристики ключа определить значения выходного напряжения UВЫХ = UСИ, соответству-ющие точкам пересечения нагрузочной линии с выходными характеристиками, полученными при различных значениях входного напряжения UВХ = UЗИ. При этом значения входного и выходного напря-жений следует записывать в таблицу.

19

5. Используя данные таблицы построить на миллиметровке передаточную характеристику транзисторного ключа. На этом же графике построить передаточную характеристику в зеркальном ото-бражении, откладывая значения UВЫХ по оси UВХ, а значения UВХ по оси UВЫХ [5, см. рис. 7.4]. Отметить точки пересечения передаточной характеристики и ее зеркального отображения и определить и указать на графике значения входного и выходного напряжений, соответ-ствующие логическим нулю и единице U0ВХ, U1ВХ, U0ВЫХ, U1ВЫХ, и величину логического перепада UЛ. Определить и указать на графике пороговые значения входного напряжения U0ПОР и U1ПОР, соот-

2. Нарисовать схему ключа и пояснить назначение ее эле-ментов.

3. Перенести на миллиметровку семейства входных и выходных характеристик транзистора, указав масштаб по осям с учетом заданных масштабных коэффициентов.

4. На графике выходных характеристик построить нагрузочную линию. Для построения передаточной характеристики ключа опреде-лить значения выходного напряжения UВЫХ = UКЭ, соответствующие точ-кам пересечения нагрузочной линии с выходными характеристиками, полученными при различных значениях тока базы. Отмечая эти значения тока базы на оси тока семейства входных характеристик, определить соответствующие указанным точкам пересечения значения напряжения UБЭ. При этом для точек, соответствующих активному режиму работы транзистора, использовать входную характеристику, полученную для активного режима (UКЭ = 5 В), а для точек, соот-ветствующих режиму насыщения, – характеристику, полученную для режима насыщения (UКЭ = 0). Учитывая падение напряжения на резис-торе RБ, определить значения входного напряжения UВХ. При этом значения токов базы и соответствующие им значения входного и выходного напряжений следует записывать в таблицу.

5. Используя данные таблицы построить на миллиметровке передаточную характеристику транзисторного ключа. На этом же графике построить передаточную характеристику в зеркальном ото-бражении, откладывая значения UВЫХ по оси UВХ, а значения UВХ по оси UВЫХ [5, см. рис. 7.4]). Отметить точки пересечения передаточной характеристики и ее зеркального отображения и определить и указать на графике значения входного и выходного напряжений, соответ-ствующие логическим нулю и единице U0ВХ, U1ВХ, U0ВЫХ, U1ВЫХ, и величину логического перепада UЛ. Определить и указать на графике пороговые значения входного напряжения U0ПОР и U1ПОР, соответствующие точкам, в которых │dUВЫХ /dUВХ│=1, т. е. угол наклона касательной к характеристике составляет 45 градусов, и минимальные величины отпирающей и запирающей помех U0П и U1П. Рассчитать коэффициент помехоустойчивости ключа КП.

6. При описании принципа работы ключа следует указать режимы работы транзистора, соответствующие устойчивым состояниям ключа, и рассмотреть физические процессы, протекающие при переключении ключа из одного состояния в другое. Отметить, какую логическую функцию выполняет транзисторный ключ. Указать, в каких базовых логических элементах используется рассмотренный в задаче тип ключа.

18

 

зистора приведены в таблице исходных данных. Внут -

реннее сопротивление генератора и сопротивление в це-

пи затвора для всех вариантов равны RГ =10 кОм

и RЗ =1 МОм.

Требуется: Провести аналитический расчет усилительного кас-

када и определить его основные параметры.

Методические указания

1. Изучить материал, посвященный аналитическому расчету усилительного каскада на полевом транзисторе [4, п. 4.4.1, 4.4.2].

2. Нарисовать схему усилительного каскада и пояснить назна-чение ее элементов.

3. Аналитически определить параметры режима работы тран-зистора по постоянному току (режима покоя) UЗИО, IСО, UСИО.

4. Используя аппроксимацию [4, (4.37)], построить на милли-метровке управляющую характеристику транзистора, указать на ней рабочую точку по постоянному току и определить в этой точке крутизну транзистора S.

5. Нарисовать малосигнальную низкочастотную эквивалентную схему транзистора и пояснить физический смысл ее элементов. Ис-пользуя эквивалентную схему транзистора, нарисовать эквивалентную схему каскада по переменному току.

6. Рассчитать основные параметры усилительного каскада: коэффициент усиления по напряжению КU и входное сопротивле - ние RВХ. Определить выходное напряжение UВЫХ. Оценить величину коэффициента усиления по току КI и пояснить полученную оценку.

15

ЗАДАНИЕ 2

Задача 2.1

Дано: Схема электронного ключа на биполярном транзисто-

ре приведена на рис. 4,а. Значения элементов схемы и

масштабные коэффициенты N и M представлены в

таблице исходных данных. Масштабный коэффициент L=1

для всех вариантов. Семейства входных и выходных

статических характеристик транзистора приведены на

рис. 2 и 3.

15

Исходные данные к заданию 2

№ вар	Элементы схемы	Масштабные коэффициенты	Номера решаемых задач
ЕК / ЕС В	RБ кОм	RК кОм	RС кОм	N	M
1	9,0	-	-	3,0	2	-	2.2
2	3,5	4,0	1,0	-	1	50	2.1
3	9,0	-	-	2,4	2	-	2.2
4	8,0	-	-	-	2	-	2.3
5	4,0	5,0	1,2	-	1	50	2.1
6	9,0	-	-	-	3	-	2.3
7	10,0	-	-	3,0	2	-	2.2
8	4,5	5,0	1,2	-	1	50	2.1
9	10,0	-	-	-	2	-	2.3
10	9,0	-	-	2,8	2	-	2.2
11	5,0	6,0	1,4	-	1	50	2.1
12	8,0	-	-	-	1	-	2.3
13	9,5	-	-	2,6	2	-	2.2
14	4,5	6,0	1,4	-	1	50	2.1
15	9,0	-	-	-	1	-	2.3
16	5,0	5,0	1,2	-	1	50	2.1
17	10,0	-	-	2,8	2	-	2.2
18	10,0	-	-	-	1	-	2.3
19	4,0	4,0	1,2	-	1	50	2.1
20	8,0	-	-	-	3	-	2.3
21	9,0	-	-	2,6	2	-	2.2
22	10,0	-	-	-	2	-	2.3
23	4,5	4,0	1,0	-	1	50	2.1
24	10,0	-	-	-	3	-	2.3
25	9,5	-	-	3,0	2	-	2.2
26	4,5	4,0	1,2	-	1	50	2.1
27	10,0	-	-	2,6	2	-	2.2
28	4,0	4,0	1,0	-	1	50	2.1
29	9,0	-	-	-	2	-	2.3
30	9,5	-	-	2,8	2	-	2.2

16

Требуется: 1. Построить статическую передаточную характеристи-

ку ключа.

2. Определить основные параметры ключа: уровни ло -

гических нуля U0 и единицы U1, логического перепада UЛ,

минимальные уровни отпирающей и запирающей помех

U0П и U1П, коэффициент помехоустойчивости КП.

3. Описать принцип работы ключа и указать, в каких ба-

зовых логических элементах он используется.

 

Методические указания

1. Изучить различные типы электронных ключей [5, п.7.2], их передаточную характеристику [5, рис. 7.4] и основные параметры, а также использование ключей в схемах базовых логических элемен - тов [5, п.7.3].

17