Контрольная работа

Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто

30% recurring commission
Выплаты в USDT
Вывод каждую неделю
Комиссия до 5 лет за каждого referral

Задача №1

Определить режим работы транзистора. Величину входного и выходного напряжения, тип транзистора, номиналы резисторов, направления токов и величину двух из них находим из рис.9, в соответствии со своим вариантом.

Рис.9

Решение:

Режим работы транзистора определяется состоянием его переходов (переход эмиттер-база Пэб и переход коллектор - база Пкб). Всего может быть 24 варианта режимов работы транзистора: 2 типа транзистора (n-p-n и p-n-p), 3 схемы включения (ОБ, ОЭ, ОК) и 4 режима работы (активный - АР, насыщения - РН, отсечки - РО и инверсный активный - АРI ). Вид режима работы транзистора в зависимости от состояния переходов (открыт - О или закрыт - З) и полярности напряжений U бэ и Uбк приведён в таблице № 1. На рис.10 приведена упрощённая эквивалентная схема транзистороа n-p-n.

Таблица № 1

n – p – n	p – n - p
Uэб	Пэб	Uкб	Пкб	Режим	Uэб	Пэб	Uэб	Пкб	Режим
>0	З	>0	З	РО	<0	З	<0	З	РО
<0	О	>0	З	АР	>0	О	<0	З	АР
<0	О	<0	О	РН	>0	О	>0	О	РН
>0	З	<0	O	API	<0	З	>0	О	АРI

Рис.10

Расчёт напряжений на переходах транзистора следует вести по следующему алгоритму:

1. Рассчитать один из неизвестных токов (или Iэ, или Iк, или Iб,) по первому закону Кирхгофа: сумма токов втекающих в узел (транзистор) равна сумме вытекающих токов.

Определяем ток эмиттера транзистора по закону Кирхгофа:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Iэ= Iк + Iб = 10+1 = 11мА.

2. Обозначить знаки падений напряжения на резисторах (ток всегда течет от точки с более высоким потенциалом к точке с более низким потенциалом).

Приведем схему с обозначениями направлений токов и напряжений:

3. Рассчитать напряжения на электродах транзистора (Uэ, Uк, Uб) относительно общей точки (общей шины) по второму закону Кирхгофа и закону Ома с учетом знаков падений напряжения на резисторах и знаков внешних источников напряжения (в тех цепях, где они присутствуют).

Определяем напряжения на резисторах в цепях базы, коллектора и эмиттера транзистора:

URб = Iб * Rб= 1*0.51 =0,51В

URк = Iк * Rк= 10*0.91 = 9,1В

URэ = Iэ * Rэ= 11*0.15 = 1,65В

Из схемы видно, что напряжение на электроде эмиттера Uэ транзистора относительно общей точки (общей шины) составит Uэ = URэ = 1,65В

Уравнение по второму закону Кирхгофа для входного контура:

Uвх = URб + Uбэ + URэ откуда Uбэ = Uвх - URб - URэ = 3 – 0,51 – 1,65 = 0,84В

Тогда потенциал базы Uб относительно общей точки (общей шины) составит:

Uб = Uбэ +URэ = 0,84 + 1,65 = 2,49В.

Уравнение по второму закону Кирхгофа для выходного контура:

Uвых = URк + Uкэ + URэ откуда Uкэ = Uвых - URк - URэ = 11 – 9,1 – 1,65 = 0,25В

Тогда потенциал коллектора Uк относительно общей точки (общей шины) составит:

Uк = Uкэ +URэ = 0,25 + 1,65 = 1,9В.

4. Определить величины и знаки напряжений на переходах транзистора:

Uэб = Uэ - Uб =1,65 – 2,49 = -0,84В (как и следовало ожидать Uэб = - Uбэ )

Uкб = Uк - Uб = 1,9 – 2,49 = -0,59В

5. Определить режим работы транзистора по таблице № 1. .

Uэб = -0,84В <0 значит переход эмиттер-база Пэб открыт

Uкб = -0,59В <0 значит переход коллектор-база Пкб открыт

Вывод: по таблице №1 следует, что транзистор находится в режиме насыщения РН.

Задача № 2

На вход инвертирующего интегратора, изображённого на рисунке 12, поступает последовательность из четырёх прямоугольных импульсов различной полярности, амплитуды и длительности с паузами 1 мкс.

Требуется рассчитать форму выходного сигнала, изобразить форму входного и выходного сигналов, сформулировать требования к ОУ и выбрать марку ОУ из ИМС серии 140. Варианты исходных данных выбираются из таблицы №3.

Рис.12

Таблица № 3

№ вар	R, кОм	С, нФ	U1, B	U2, B	U3 B	U4 B	t1, мкс	t2, мкс	t3, мкс	t4, мкс
2	10	1,6	-4	-5	7	-10	1	3	4	5

Решение:

Для инвертирующего интегратора выходной сигнал рассчитывается по известной формуле: , где - постоянная времени интегратора. Так как Uвх на каждом временном интервале постоянно, то .

Для каждого i-го интервала из таблицы ,

гдепостоянное входное напряжение на i-том временном интервале;

Uвых. кон (ti-1 ) –уровень выходного напряжения в конце предыдущего временного интервала;

Uвых. кон (ti ) –уровень выходного напряжения в конце i –го временного интервала.

В паузах до первого входного импульса, между входными импульсами и после последнего входного импульса Uвх = 0. Время паузы tп =1 мкс.

Постоянная времени схемы интегратора:

τ = R*C = 10*103*1.6*10-9=16мкс.

Постоянная времени интегратора значительно больше длительности временных интервалов изменения входного сигнала, поэтому можно говорить об интегрировании схемой близкому к идеальному. Из этого следует, что в паузах между входными импульсами при Uвх = 0 напряжение, достигнутое на предыдущем шаге будет сохраняться.

Рассчитаем напряжения, которые достигает сигнал на выходе интегратора на каждом шаге изменения входного сигнала (по вышеприведенным формулам):

Uвых. кон (t1 )= - (U1 * t1 )/ τ + Uвх (0) = -(-4*1)/16 +0 = 0.25В

Uвых. кон (t2 )= - (U2 * t2 )/ τ + Uвых. кон (t1 )= - (-5*3)/16 + 0,25 = 1,1875В

Uвых. кон (t3 )= - (U3 * t2 )/ τ + Uвых. кон (t2 )= - (7*4)/16 + 1,1875 = -0,5625В

Uвых. кон (t4 )= - (U4 * t4 )/ τ + Uвых. кон (t3 )= - (-10*4)/16 + 1,1875 = 3,6875В

Внутри каждого временного интервала напряжение на выходе интегратора изменяется линейно, т. к. постоянная времени интегратора значительно больше длительности временных интервалов.

Это позволит построить график входного и выходного сигналов.

ОУ выбирается по максимальному входному и выходному напряжениям и максимальной скорости нарастания выходного напряжения:

=10В;

= 3,6875В;

;

= 10/16 = 0,625В/мкс.

Этим параметрам в серии К140 удовлетворяет несколько операционных усилителей. Выберем операционный усилитель типа К140УД8А.

Для выбранного типа ОУ необходимо привести его параметры, показать возможный вариант включения корректирующей цепи, и цепи балансировки нуля.

Микросхемы К140УД8 представляют собой операционные усилители средней точности, имеющие на входе полевые транзисторы с p-n переходом и p-каналом, с внутренней частотной коррекцией и малыми входными токами. Корпус К140УД8 типа 301.8-2, масса не более 1,5 г.

Корпус К140УД8

301.8-2 package view

Схема балансировки

условное графическое обозначение

Назначение выводов К140УД8:
1 - корпус;
2,6 - балансировка;
3 - вход инвертирующий;
4 - вход неинвертирующий;
5 - напряжение питания - Uп;
7 - выход;
8 - напряжение питания +Uп;

Электрические параметры

1	Напряжение питания	15 В 5%
2	Максимальное выходное напряжение при Uп= 15 В, Rн = 10 кОм	12 В
3	Напряжение смещения нуля при Uп= 15 В, Rн более 50 кОм	30 мВ
4	Входной ток при Uп= 15 В, Rн более 50 кОм	не более 2 нА
5	Разность входных токов при Uп= 15 В, Rн более 50 кОм	не более 0,15 нА
6	Ток потребления при Uп= 15 В	не более 5 мА
7	Коэффициент усиления напряжения К140УД8А, КР140УД8А К140УД8(Б, В), КР140УД8(Б, В)	не менее 50000 не менее 20000
8	Максимальная скорость нарастания выходного напряжения при Uп= 15 В, Uвх= 5 В, Rн не менее 10 кОм, Cн не более 100 пФ К140УД8(А, В), КР140УД8(А, В) К140УД8Б, КР140УД8Б	не менее 2 В/мкс не менее 5 В/мкс
9	Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений при Uп= 15 В, Uвх= 5 В	не менее 64 дБ
10	Температурный дрейф напряжения смещения при Uп= 15 В, Rн не менее 50 кОм К140УД8А, КР140УД8А К140УД8Б, КР140УД8Б К140УД8В, КР140УД8В	не более 50 мкВ/ ° C не более 100 мкВ/ ° C не более 150 мкВ/ ° C
11	Частота единичного усиления при Uп= 15 В, Rн не менее 50 кОм	3 МГц

Предельно допустимые режимы эксплуатации

1	Напряжение питания	(13,5...16,5) В
2	Входное синфазное напряжение	не более 5 В
3	Входное напряжение	не более 10 В
4	Сопротивление нагрузки	не менее 2 кОм
5	Емкость нагрузки	не более 100 пФ
6	Температура окружающей среды	-45...+70 ° C

Зарубежные аналоги

µ A740HC, µ A740P

В графическом материале требуется привести схему идеального интегратора, интегратора на реальном ОУ со всеми вспомогательными цепями и обозначением номеров выводов ОУ (цоколёвка), изобразить форму входного и выходного напряжения.

Схема идеального интегратора:

Схема интегратора на реальном ОУ со всеми вспомогательными цепями и обозначением номеров выводов ОУ К140УД8А:

Постоянную времени интегратора задают элементы R1-C1, цепь балансировки входа ОУ – переменный резистор R2, емкости С2 и С3 – фильтр цепи питания ОУ.

Для построения графика входного и выходного сигнала сведем результаты расчетов в таблицу с учетом начальных и конечных значений в паузах между импульсами.

Расчеты и графики выполнены в пакете электронных таблиц EXCEL.

t, мкс	Uвх	Uвых
0	0	0
0,001	-4	0
1	-4	0,25
1,001	0	0,25
1,999	0	0,25
2	-5	0,25
5	-5	1,1875
5,001	0	1,1875
5,999	0	1,1875
6	7	1,1875
10	7	-0,5625
10,001	0	-0,5625
10,999	0	-0,5625
11	-10	-0,5625
16	-10	3,6875
16,001	0	3,6875
17	0	3,6875

Еще один вариант графиков, где входное напряжение отмасштабировано для удобного просмотра.

Задача № 3

Проверить выполнение условий работоспособности, рассчитать амплитуду выходного импульса и временные интервалы насыщенного транзисторного инвертора – НТИ (Рис.13). Исходные данные выбираются из таблицы № 4.

Таблица № 4

№ вар	Ек, В	Есм, В	U1вх, В	U0вх, В	Rк	Rб	Rсм	Rн	b	fa, МГц
2	10	3	2,6	0,6	к24	к62	1к5	1к	50	8

Рис.13

Требуется описать работу НТИ по временным диаграммам Uвх(t), Iб(t), Iк(t), Uвых(t), определить условия работоспособности транзистора по предельно - допустимым параметрам транзистора, определить условия работоспособности НТИ, рассчитать амплитуду и временные интервалы выходного импульса НТИ.

Решение.

Описание работы НТИ по временным диаграммам Uвх(t), Iб(t), Iк(t), Uвых(t):

Источник смещения Есм не обязателен, если режим отсечки транзистора обеспечивается низким уровнем входного сигнала U0вх. Рассмотрим характерные участки переходного процесса по временным диаграммам.

Временные диаграммы, соответствующие процессу включения транзистора, представлены на рисунке ниже:

На рисунке пороговое напряжение между базой и эмиттером соответствует некоторому малому значению тока базы (например, ). Через обозначен ток коллектора, соответствующий напряжению .

Интервал называют интервалом задержки включения,

интервал — интервалом формирования фронта,

а интервал — интервалом накопления заряда.

Разность называют временем включения.

Длительность интервала формирования фронта определяется током базы, током насыщения коллектора , величиной транзистора и временем жизни неосновных носителей в базе.

На интервале задержки включения изменяются напряжения на эмиттерном и коллекторном переходах, и поэтому изменяются объемные некомпенсированные заряды в области этих переходов. Это проявляется в том, что возникают токи электродов транзистора. Ток коллектора на рассматриваемом интервале мал. Явление изменения зарядов условно называют перезарядом барьерных емкостей эмиттерного и коллекторного переходов.

На интервале формирования фронта токи электродов транзистора увеличиваются. В начале этого интервала продолжается изменение напряжения на эмиттерном переходе. В течение всего интервала изменяется напряжение на коллекторном переходе. Это вызывает изменение соответствующих некомпенсированных объемных зарядов. На интервале формирования фронта, кроме этого, происходит накопление неравновесных носителей электричества в базе транзистора. Это явление условно называют накоплением неосновных носителей. Заряд неосновных носителей практически сразу компенсируется зарядом основных носителей. Чем больше коэффициент насыщения, тем меньше длительность фронта .

На интервале накопления заряда процесс накопления неравновесных носителей электричества продолжается, напряжение незначительно уменьшается, а ток коллектора незначительно увеличивается.

Временные диаграммы процесса выключения транзистора представлены на рисунке ниже:

На рисунке приняты следующие обозначения интервалов времени:

• — рассасывания заряда;

• — формирования спада;

• — установления;

• — выключения.

На интервале рассасывания ток базы, ограниченный резистором , имеет отрицательное значение , если принять напряжение . На этом интервале времени концентрация неравновесных носителей электричества уменьшается, и в конце интервала транзистор выходит из режима насыщения. Время рассасывания возрастает при увеличении коэффициента насыщения.

Интервал форсирования спада характеризуется снижением концентрации неравновесных носителей, уменьшением тока и увеличением напряжения на коллекторном переходе и напряжения . В области коллекторного перехода изменяются объемные некомпенсированные заряды (перезаряд барьерной коллекторной емкости).

На интервале установления напряжение изменяется от значения до . Изменяются также некомпенсированные объемные заряды переходов транзистора.

С момента времени ток коллектора сравнивается с током базы, эмиттерный переход смещается в обратном направлении. В результате снижения тока базы до нуля транзистор выключается. Время выключения можно уменьшить увеличением запирающего отрицательного тока базы.