Твердотельная электроника: Рабочая программа, методические указания к изучению дисциплины, задания на контрольные работы

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра промышленной электроники

ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Рабочая программа Методические указания к изучению дисциплины Задания на контрольные работы

Факультет радиоэлектроники Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 654100– электроника и микроэлектроника 200400- промышленная электроника Направление подготовки бакалавра 550700 – электроника и микроэлектроника

Санкт-Петербург 2004

2

Утверждено редакционно-издательским советом университета Твердотельная электроника: Рабочая программа, методические указания к изучению дисциплины, задания на контрольные работы. – СПб. : СЗТУ, 2004. – 23с. Рабочая программа разработана в соответствии государственными общеобразовательными стандартами высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654100 (специальность 200400 - «Промышленная электроника») и направлению подготовки бакалавра 550700. Учебная дисциплина «Твердотельная электроника» имеет своей целью изучение основ физической электроники и базовых функциональных устройств. В данном пособии представлены: рабочая программа дисциплины, литература, перечень лекций, практических и лабораторных занятий, задания на контрольные работы и методические рекомендации к изучению дисциплины и решению контрольных задач. Рассмотрено на заседании кафедры промышленной электроники 29.04.04, одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники 06.05.04. Рецензенты: В.Г. Терехов, канд. техн. наук, доц. кафедры промышленной электроники СЗТУ; А.Ю. Онуфрей , д-р техн. наук, нач. кафедры вычислительной техники Пушкинского филиала ВКА им. А.Ф.Можайского Составитель А.Л. Камышев, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004

3

ПРЕДИСЛОВИЕ Изучение дисциплины «Твердотельная электроника» направлено на освоение принципов построения и функционирования электронных устройств, составляющих элементную базу современных вычислительных машин, информационных систем, бесконтактных устройств автоматики, а также измерительных электронных приборов и аппаратов. В результате изучения дисциплины студенты должны: знать структуру и принцип действия основных электронных приборов, их режимы токопропускания, параметры и характеристики, необходимые для грамотного обеспечения необходимых режимов работы, более полного использования возможностей приборов, типовые электронные схемотехнические решения, реализующие аналоговые и цифровые функции; уметь обеспечивать необходимый режим работы электронного прибора, анализировать работу электронной схемы, создавать на основе элементарных, типовых или универсальных схем схемотехнические конфигурации, пользоваться справочниками, ГОСТами, технической документацией. Дисциплина изучается заочной и очно-заочной формами обучения. В ходе изучения дисциплины студенты должны выполнить две контрольные работы, выполнить 4 лабораторные работы в объеме 16-часов.

4

1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1. Содержание дисциплины по ГОС Явления переноса в твердых телах, контактные явления в полупроводниках, контакт металл-полупроводник и металл-диэлектрикполупроводник (МДП); электронно-дырочный переход; изотропные и анизотропные гетеропереходы; полупроводниковые диоды, биполярные транзисторы, тиристоры, МДП-транзисторы, полевые транзисторы с управляющим переходом, полупроводниковые излучатели и фотоприемники, полупроводниковые датчики, сенсорные устройства и преобразователи – принцип действия и характеристики. 1.2.Объем дисциплины и виды учебной работы Виды занятий Общая трудоемкость Аудиторные занятия Лекции Практические занятия (ПР) Лабораторные занятия (ЛР) Самостоятельная работа Контрольная работа Вид итогового контроля – экзамен; зачет

Всего часов 120 36 16 4 16 84 ++

1.3. Рабочая программа (объем курса: 120 часов) 1.3.1. Введение (2 часа) [1], с.3…16; [3], с.4…10; [2], с.6…11 Источники напряжения и тока – носители информационного сигнала. Режимы передачи информационного сигнала в контуре взаимодействия источника (генератора) с нагрузкой. Элементарные пассивные и активные делители напряжения и тока. Аналоговая и цифровая формы представления информации. Классификация и уровни схематического представления электронных функциональных устройств.

5

1.3.2. Физические основы электронной техники (24 часа) [1], с.16…28; [4], с.12…96; [3], с.19…102 Энергетические зоны и свободные носители заряда в твердых телах. Собственная и примесная электропроводности. Эффект поля. Законы движения носителей заряда в полупроводниках. Контактные явления в полупроводниках. Электронно-дырочный переход. Потенциальный барьер и ширина переходного слоя. Вольт-амперная характеристика перехода. Пробой перехода. Накопление и рассасывание неосновных носителей заряда в базах переходного слоя. Емкость перехода. Гетеропереходы. Контакты металл-полупроводник. Полупроводниковые диоды. Рабочий режим. Типы диодов. 1.3.3. Электронные приборы, управляемые током. Биполярные транзисторы (28 часов) [1], с. 35…53 Устройство биполярных транзисторов. Схемы включения. Режимы токопропускания в транзисторе. Статические вольт-амперные характеристики биполярного транзистора. Транзистор как линейный четырехугольник. Транзистор в рабочей схеме усиления сигнала. Транзистор как электронный ключ. Схемные модификации биполярных транзисторов. Многоэмиттерные и многоколлекторные транзисторы. 1.3.4. Электронные приборы, управляемые напряжением. Полевые транзисторы (24 часа) [1], с.68…80 Классификация полевых транзисторов. Устройство и принцип действия МДП-транзисторов с изолированным затвором. Пороговое напряжение и напряжение отсечки МДП-транзисторов. Статические вольт-амперные характеристики МДП-транзисторов с индуцированным и встроенным каналами. Параметры МДП-транзистора. Температурные свойства. Транзисторы с управляющим переходом металл-полупроводник и p-nпереходом. Арсенид-галлиевые транзисторы с барьером Шоттки. Схемные модификации полевых транзисторов. 1.3.5. Негатроны (24 часа) [1], с.54…68 Особенности электронных приборов с участком отрицательного сопротивления на вольт-амперной характеристике, S- и N- негатроны. Устройство тиристора и область применения. Режимы токопропускания и принцип действия тиристора. Статические параметры тиристора. Способы переключения тиристора. Динамические параметры тиристора. Устройство и принцип действия однопереходного транзистора. S- диоды.

6

Туннельные и обращенные диоды. Принцип действия, характеристики, возможности практического использования. 1.3.6. Приборы, управляемые неэлектрическим сигналом (18 часов) [2], с.262…300; [5], с.3…36 Датчики температуры. Тензодатчики. Фотодетекторы. Оптопары. Датчики магнитного поля. Преобразователи влажности. 1.4. Разделы дисциплины и виды занятий Разделы дисциплин Лекции, Практические Лабораторные ч занятия, ч занятия, ч Раздел 1. Контактные явления в 4 4 различных структурах. Полупроводниковые диоды. Раздел 2. Биполярные 4 2 4 транзисторы Раздел 3. Интегральные 4 4 транзисторы. Тиристоры. Раздел 4. Полевые транзисторы 4 2 4 ИТОГО

16

4

16

1.5. Тематический план лекций Темы лекций

Объем, ч

1. Элементы электронной техники. Физические и технологические основы современной электроники…………….…………………………….

4

2. Электронные приборы, управляемые током……………………….…….

4

3. Электронные приборы, управляемые напряжением…..……….………...

4

4. Негатроны. Приборы, управляемые неэлектрическим сигналом……….

4

1.6. Темы практических занятий Темы практических занятий Задачи по расчету усилительных и ключевых режимов на биполярных и полевых транзисторах.

Объем, ч 4

7

1.7. Темы лабораторных работ (16 часов) Темы лабораторных работ Исследование полупроводниковых диодов Исследование биполярных транзисторов Исследование тиристоров Исследование полевых транзисторов

Объем, ч 4 4 4 4

2. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1.Свечников Г.М. Твердотельные электронные приборы. -СПб.: СЗПИ,1994. 2. Электронные приборы. /Под ред. Г.Г. Шишкина - М.: Высш. школа, 1989 3. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. -М.: Высш. школа, 1991 4. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник /под ред. В.Л. Перельмана. -М.: Радио и связь, 1991. 5. Вакулин И.Л., Стафеев В.И. Полупроводниковые датчики .-М.: Сов. радио,1975 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ Все многообразие электронных устройств основано на преобразовании и распределении сигналов в делителях тока и напряжения. Эти делители могут быть управляемыми и неуправляемыми. В качестве элементов делителей могут быть использованы как пассивные линейные элементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности), так и нелинейные пассивные и управляемые элементы (диоды, транзисторы и др.) Поэтому любой электронный прибор следует рассматривать как регулируемое сопротивление протеканию электрического тока. При изучении того или иного электронного прибора необходимо физические процессы в нем, характеристики и параметры рассматривать под ракурсом токопропускания, то есть с точки зрения его сопротивления току, что имеет основное значение для преобразования сигнала в делителе, элементом которого и является данный электронный прибор. На основе простейших преобразований сигнала (делителей) строятся функциональные электронные устройства, выполняющие различные аналоговые и цифровые функции с сигналами. После изучения физических основ электронной техники следует рассмотреть базовые функциональные устройства (усилители сигналов и ключевые схемы), на основе которых строятся разнообразные схемы аналоговой и цифровой обработки сигналов. Если при изучении дисциплины у студента возникают затруднения, которые он не может разрешить самостоятельно, следует обратиться за консультацией к преподавателю кафедры промышленной электроники (ул.

8

Милионная д. 5, ауд. 439). 4. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Назовите условия возникновения выпрямляющего контакта в структуре металл-полупроводник. 2. Как влияет ширина запрещенной зоны полупроводника на величину теплового тока? 3. Что такое инжекция носителей заряда? 4. Что такое генерация и рекомбинация носителей заряда? 5. Какие носители заряда в полупроводнике называются основными, а какие неосновными? 6. Чем определяется величина потенциального барьера в полупроводниковом диоде? 7. Какие факторы влияют на инерционные свойства диода? 8. Назовите основные типы полупроводниковых диодов. 9. Назовите режимы токопропускания биполярного транзистора. 10. Почему схема с общим эмиттером применяется в усилителях мощности? 11. Как выглядит траектория рабочей точки на ВАХ в ключевом режиме работы транзистора? 12. В какой точке ВАХ определяются h-параметры биполярного транзистора? 13. Назовите качественные показатели усилителя на биполярном транзисторе. 14. Какие динамические параметры биполярного транзистора определяет инерционность ключа? 15. Назовите типы тиристоров и приведите их условные графические обозначения. 16. Назовите и нарисуйте схему переключения тиристора, положенную в основу построения управляемых выпрямителей. 17. Приведите условные графические изображения всех типов полевых транзисторов. 18. Какие электрические поля используются для перемещения носителей заряда и управления потоком носителей в полевых транзисторах? 19. Приведите эквивалентную схему МДП-транзистора. 20. В какой точке на ВАХ определяется крутизна и внутреннее сопротивление полевых транзисторов, работающих в усилительном режиме?

9

5. КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ Целями контрольных работ являются: во-первых, научить студентов графическому методу анализа и методу эквивалентных схем на примере электронных усилительных каскадов на полевых и биполярных транзисторах; во-вторых, научить умению обеспечить этим же транзисторам необходимый режим работы с последующим анализом траектории рабочей точки в этом режиме. Контрольные работы следует выполнять аккуратно в тетрадях с полями. Электрические схемы чертить, руководствуясь государственными стандартами. Стандарты, относящиеся к схемам, входят в седьмую классификационную группу Единой системы конструкторской документации (ЕСКД). Обозначение этих стандартов строится по следующей системе: к примеру, ГОСТ 2.710-81 Здесь: ГОСТ – государственный стандарт; 2 – признак системы ЕСКД; 7 – признак классификационной группы – группы схем; 10 – номер стандарта – буквенно-цифровые обозначения в электрических схемах. После разделительного знака указан год регистрации стандарта – 1981. Кроме указанного стандарта необходимо пользоваться следующими стандартами: ГОСТ 2.728-74 – «Резисторы, конденсаторы», ГОСТ 2. 730-73 – «Приборы полупроводниковые». Приведя расчеты, следует сначала приводить полную расчетную формулу, затем производить подстановку числовых значений величин в соответствии с требованиями ГОСТ 8. 417-81 – «Единицы физических величин». Вольт-амперные характеристики транзисторов вычерчиваются на миллиметровой бумаге размером с тетрадную страницу с обозначением масштабов по осям координат. Необходимо также иметь в виду, что по результатам расчетов элементов схем электронных устройств требуется выбрать номинальные значения параметров по шкале ГОСТ 2. 825-67. Условия задач контрольной работы записывать полностью в соответствии с вариантом. 5.1. Контрольная работа № 1 Задача 1: Рассчитать усилительный каскад на биполярном транзисторе, пример которого приведен на рис.1. Этот усилитель предназначен для усиления малого гармонического сигнала er=Er sinwt. Тип транзистора для Вашего варианта задания указан в табл.1а в соответствии с номером рисунка. Значения параметров транзистора заданы в табл.1б.

10

Рис. 1

Рис.2

Рис.3

11

Таблица 1 а Предпоследняя цифра шифра

Номер рисунка

1 2

2 3

3 2

4 3

5 2

6 3

7 2

8 3

9 2

0 3 Таблица 1 б

Параметры

Последняя цифра шифра

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Ik max ,мА 22 20 18 16 14 15 17 19 21 23 Uкэ max ,В ±16 ±19 ±23 ±27 ±28 ±26 ±24 ±22 ±20 ±18 Для p-n-p транзистора принять Pк max = 300 мВт, Iк о (20°C) = 5 мкА. Для n-p-n транзистора принять Pк max = 250 мВт, Iк о (20°C) = 1 мкА. Методика решения задачи 1. На миллиметровой бумаге вычертить входные и выходные вольтамперные характеристики (ВАХ) транзистора. На ВАХ расставьте знаки напряжений Uкэ и Uбэ в зависимости от типа транзистора Вашего варианта: np-n или p-n-p. Масштаб графиков должен быть достаточно крупным, чтобы его площадь была не менее 100×100мм2. 2. На вольт-амперных характеристиках определить область допустимых режимов работы (рис.4). По току она ограничивается значением Ik max, по напряжению – Uкэ max Кроме того, на графиках ВАХ строится кривая допустимой мощности по формуле Iк=Pк max Uк, в которой значения задаются произвольно от Uкэ до 0. 3. На входных и выходных характеристиках в области допустимых режимов выбрать положение исходной рабочей точки 0, когда через транзистор протекают только постоянные токи Iэо, Iбо, Iко (рис.5). Для двухполярного гармонического сигнала эта рабочая точка должна быть выбрана в середине активного усилительного режима (равноудаленной от режима отсечки и режима насыщения) и по возможности на линейном участке характеристик, на котором равным приращениям ∆Uба соответствуют равные приращения ∆iб (на входных характеристиках, рис. 5, а) и равным приращения ∆iб соответствуют равные приращения ∆iк (на выходных характеристиках, рис. 5, б).

12

Рис. 4

а)

б)

Рис.5 Для того чтобы обеспечить режим по постоянному току в точке 0, необходимо найти определяющие его параметры элементов схемы: Еп.,Rк., Rб (рис. 1). Для этого через точку покоя 0 проводим линии нагрузки на входной и выходной характеристиках, которые по существу являются графиками ВАХ резисторов Rб и Rк, удовлетворяющие выражениям: IRб = Iб = URб/Rб =

( E П − U БЭ ) ; RБ

IRк = Iк = URк/Rк =

( ЕП − U КЭ ) RК

(см. рис. 5, а) (см. рис. 5,б)

Учитывая, что линия нагрузки является геометрическим местом возможных положений рабочей точки усилительного каскада, она должна быть расположена в области допустимых режимов работы. Из этих соображений выберем величину Еп UКЭО < ЕП < UKЭ max .

13

Величины сопротивлений RK и Rб определяем из выражений линий нагрузок, подставив в эти выражения координаты точки покоя 0: Uбэo,. Uкэо, Iбо По шкале ГОСТ выбираем значения RК и Rб, определяем, какую мощность 2

2

они должны будут рассеивать РRк=IкRк; PRб=IбRб, и тем самым выбираем их ваттность. Записываем полное обозначение резисторов согласно ГОСТ. 4. Для точки покоя 0 (см. рис. 6) определить малосигнальные h параметры транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером: h11э =

′ ∆U бэ ∆I б′

Uбэ = Uбэо

h12 э =

′′ ′′ ∆U бэ ∆U бэ = U кэо − 0 ∆U кэ′

Iб = Iбо

h21э =

∆Ι′к ∆Ι′б′

Uкэ = Uкэо

h22 э =

∆Ι′к′ ∆U кэ

Iб = Iбо

∆I б′′ = I б 2 − I б1

Методика графического определения h-параметров показана на рис. 6.

а)

б)

Рис. 6 Найденные таким образом малосигнальные h - параметры транзистора позволяют представить его в виде эквивалентной схемы, изображенной на рис. 5.

Рис. 7

14

5. Используя эквивалентную схему транзистора, изобразить эквивалентную схему усилителя для переменного сигнала. Для переменного сигнала все емкости и источники питания в схеме замыкаются накоротко. Учитывая это, эквивалентную схему усилителя (рис. 1) можно представить в виде, изображенном на рис. 8.

Рис. 8 Из эквивалентной схемы видно, что переменный ток генератора создает переменную составляющую тока базы iб =ir-iR, которая в коллекторной цепи вызывает ток(h21э iб), который, в свою очередь распределяется между выходными сопротивлениями схемы: 1 / h22 , Rк , Rн Найдем качественные показатели усилителя. А. Коэффициент усиления по напряжению

K u = U вых / e г ;

U вых = (h21э ⋅ iб ) ⋅ Rэкв Rэкв = (1 / h22 э || Rк || Rн )

(1 / h22 ) ⋅ Rк ⋅ Rн . (1 / h22 ⋅ Rк ) + (1 / h22 ⋅ Rн ) + ( Rк ⋅ Rн )

(1) (2)

Переменную составляющую тока базы найдем из соотношений для входной цепи: iб =

U бэ − h12U кэ e г − h12U кэ . = h11э h11э

(3)

Подставив (3) в (2), получаем U вых =

h21 (eг − h12U кэ ) ⋅ Rэкв , но U кэ = U вых , тогда h11

U вых =

h21e г Rэкв = h11 + h21 h12 Rэкв

h21 ⋅ Rэкв ⋅ e г . h21 ⋅ h12 h11 (1 + ⋅ Rэкв ) h11

(4)

Подставив (4) в (1), получим окончательное выражение для Ku:

15

Ku =

h21 ⋅ Rэкв h11

(1 +

h21 ⋅ h12 Rэкв ) . h11

(5)

Б. Коэффициент усиления по току (6)

K i = iн / i г

Переменную составляющую тока iн найдем из соотношений (h21 ⋅ iб ) Rн = iн R

экв

→ iн = h21 ⋅ iб

Rэкв ; Rн

i h ( R + h11 ) iг h11э h11 = → i г = iб = б 11 б . ( Rб || h11 ) Rб ⋅ h11 iб ( Rб || h11 )

(7) (8)

Подставив (7) и (8) в (6), найдем коэффициент усиления по току. В. Коэффициент усиления по мощности K p = K i ⋅ K u . Г. Выходное сопротивление усилителя Rвых = ( Rк || 1 / h22 э ) =

Rк ⋅ (1 / h22 ) . Rк + (1 / h22 )

Д. Входное сопротивление усилителя Rвх =

eг eг h ⋅R = ≈ (h11 || RБ ) = 11 Б iг iR + iб h11 + RБ

Задача 2: Рассчитать усилительный каскад на полевом транзисторе, пример которого приведен на рис. 9. Этот усилитель предназначен для усиления малого гармонического сигнала er =Er msinwt. На рис. 9 изображен МДП-транзистор с индуцированным р-каналом. В Вашем варианте может быть транзистор другого типа. Его надо изобразить и выбрать соответствующие ему источники питания и смещения.

16

Рис.9

Рис.10

Рис.11

Тип транзистора для Вашего варианта задания указан в табл. 2 а в соответствии с номером рисунка. Значения параметров транзистора заданы в табл. 2 б.

Таблица 2 а Предпоследняя цифра шифра

Номер рисунка

1 10

2 11

3 10

4 11

5 10

6 11

7 10

8 11

9 10

0 11

17

Таблица2 б Параметры

Последняя цифра шифра

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Iст max ,мА 24 20 18 16 15 17 19 21 23 Uси max ,В ±12 ±14 ±16 ±18 ±20 ±22 ±19 ±17 ±15

0 25 ±13

Для обоих типов транзисторов принять Pс max = 200 мВт Методика решения задачи 1. На миллиметровой бумаге начертить ВАХ полевого транзистора. 2.На ВАХ определить границы допустимых режимов работы транзистора. Кривую допустимой мощности построить по формуле Iст= Рmax/Uси, в которой задаются значениями Uси произвольно в пределах от Uси max до 0. 3. На стоковых характеристиках в области допустимых режимов работы выбрать положение рабочей точки по постоянному току (рис. 12). Рабочая точка для двухполярного гармонического сигнала должна быть выбрана в середине активного усилительного режима, на пологом и линейном участке характеристик. Степень линейности хорошо заметна на сток-затворной характеристике, которая может быть построена после того, как через выбранную рабочую точку проведена линия, параллельно оси тока (Uси о = const.), и точки ее пересечения с графиками стоковых ВАХ изобразить в осях Iст= f(Uз). Выбранное положение рабочей точки обеспечивается выбором |Eп|<|Uc max|; Eсм = Uзио и Rст = (Еп - Uсио)/Iсто.

Рис. 12 4. Для точки исходного режима 0 (рис. 10) определим малосигнальные параметры транзистора: SЗ =

′ ⎡ мА ⎤ ∆I СТ ∆U СИ [Ом] при Uз = Uзо; при Ucт = Uсио; RI = ⎢ ⎥ ′′ ∆U З ⎣ В ⎦ ∆I СТ

18

Малосигнальные параметры позволяют представить транзистор в виде эквивалентных схем, изображенных на рис.13. Обе схемы для анализа усилителя равноценны.

Рис. 13 Используя одну на эквивалентных схем полевого транзистора, изобразить схему усилителя для переменного сигнала, для которого емкости и источники питания закорачиваются. На рис. 14 представлена малосигнальная эквивалентная схема усилителя на полевом транзисторе, изображенном на рис. 1.

Рис.14 5. Эквивалентная схема усилителя (рис. 14) позволяет определить его основные качественные показатели: А. Коэффициент усиления Ku = Uвых /eг , где Uвых =(SзUзи)Rэкв, Rэкв = (Ri | | Rст | | Rн) =

R1 ⋅ RСТ ⋅ RН R1RСТ + Ri RCТ + RСТ RН

, Uзи = eг.

Тогда Ku = Sз eг Rэкв / eг = Sз Rэкв. Б. Входное сопротивление Rвх = (Rз| | Rвх. тр) ≈ Rз, т.к. Rвх. тр = (1010 – 1015) Ом. В. Выходное сопротивление Rвых = (Ri | | Rст) = RiRст / (Ri + Rст)

19

5.2. Контрольная работа №2 Задача 1. Обеспечить для биполярного транзистора из Вашего варианта задания ключевой режим работы: с помощью цепей смещения закрыть транзистор (режим отсечки), а затем импульсным сигналом генератора обеспечить перевод транзистора в открытое состояние (для биполярного транзистора - в режим насыщения с глубиной Sн= 10). Схема ключа на биполярном транзисторе представлена на рис. 15.

Рис.15 Рассчитать цепи смещения и генератора, обеспечивающие указанный режим работы. Определить по ВАХ-транзистора положения рабочих точек в открытом и закрытом состояниях транзистора для тех же величин Eп и сопротивлений резисторов Rк, рассчитанных в предыдущей задаче. Выписать для этих состояний значения токов и напряжений транзистора и построить их временные диаграммы при изменении состояния транзистора, вызванного сигналом генератора. Инерционные процессы переключения можно не учитывать. Методические рекомендации 1. Для надежного запирания биполярных транзисторов необходимо в базовую цепь включить цепь Eсм и Rсм. Полярность Eсм определяется типом транзистора, а величина берется равной 1В. Величина Rсм выбирается из условия надежного закрывания транзистора при максимальной температуре: |Eсм| - Iко (Tоmax) Rсм > 0, т.е. Rсм < |Eсм| / Iко (Tоmax), где Iко (Tоmax) и Iко (20оС) – задано в задаче 1 контрольной работы №1. 2. Для обеспечения режима насыщения глубиной Sн= 10 в биполярных транзисторах необходимо в базу подать импульс тока величиной, в 10 раз превышающей ток базы на границе режима насыщения и режима нормального усиления, Iб = 10 Iбн, где Iбн = Iкн /β =

EК RК

β

=

EК , где β = h21э βRК

20

Реальный ток базы Iб, создаваемый импульсом генератора, равен Iб = Umг / RБ Таким образом, справедливо Umг / RБ = 10 Eк / βRк Задаваясь величиной Umг, определяем RБ. Задача 2. Обеспечить для полевого транзистора из Вашего варианта задания ключевой режим работы: с помощью цепей смещения закрыть транзистор (режим отсечки), а затем импульсным сигналом генератора перевести транзистор в открытое состояние. Схема ключа на полевом транзисторе представлена на рис. 16.

Рис.16 Методические рекомендации 1. Для надежного запирания полевых транзисторов необходимо устранить токопроводящий канал между истоком и стоком. В транзисторах с индуцированным каналом это достигается при отсутствии напряжения на затворе, Uэ = 0. В транзисторах со встроенным каналом или с управляемым переходом на затвор необходимо подать |Eсм|>|Uотс|. В транзисторах с индуцированным каналом на затвор необходимо подать Есм = 0 или |Eсм|>|Uотс|. Во всеx типах полевых транзисторов для стекания статических зарядов с затворa и устранения шунтирующего действия на генератор источников смещения в цепь затвора надо включать резистор Rсм сопротивлением порядка от 100 до 1000к0м. 2. В отличие от биполярных транзисторов полевые транзисторы управляются напряжением, а не током (тока во входной цепи нет). Поэтому, определив положение рабочей точки в открытом состоянии транзистора на вольт-амперных характеристиках в крутой области, Bы определяете величину напряжения Uзи, которое переводит транзистор в это положение, и определяете, на сколько надо изменить напряжение на затворе

21

по сравнению с исходным. Это и определяет амплитуду входного импульса, открывающего транзистор. Отчет о решении задачи 2 должен содержать схемы транзисторов, работающих в ключевом режиме, расчет цепей смещения и генератора, а также временные диаграммы изменения состояния ключа под действием сигнала по форме, предложенной на рис. 17.

Рис.17 а)

Рис.17 б) Биполярный транзистор

Полярность сигнала генератора и Еп определяется типом транзистора. Координаты рабочей точки при t < t1 и t > t2 : Uбэ = Iб = Uкэ = Iк = Координаты рабочей точки при t1 < t < t2 : Uбэ = Iк = Uкэ = Iб = Umг = Eсм = Rб = Rсм = Полевой транзистор Полярность сигнала генератора и Еп определяется типом транзистора. Координаты рабочей точки при t < t1 и t > t2 : Uзи = Iст = Uси =

22

Координаты рабочей точки при t1 < t < t2 : Uзи = Iст = Uси = Umг = Rсм = Eсм =

23

Редактор И.Н.Садчикова Сводный темплан 2004 г. Лицензия ЛР N 020308 от 14.02.97 Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 21.11.2003 г.

Подписано в печать Б.кн.-журн.

П.л. Тираж

Формат 60х84 1/16 Б.л.

РТП РИО СЗТУ

Заказ

____________________________________________________________ Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная

24

СОДЕРЖАНИЕ. ПРЕДИСЛОВИЕ................................................................................................................ 3 1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ............................................................................... 4 1.1. Содержание дисциплины по ГОС............................................................................. 4 1.2.Объем дисциплины и виды учебной работы ............................................................ 4 1.3. Рабочая программа ..................................................................................................... 4 1.3.1. Введение ................................................................................................................... 4 1.3.2. Физические основы электронной техники ........................................................... 5 1.3.3. Электронные приборы, управляемые током. Биполярные транзисторы ........ 5 1.3.4. Электронные приборы, управляемые напряжением. Полевые транзисторы.... 5 1.3.5. Негатроны................................................................................................................. 5 1.3.6. Приборы, управляемые неэлектрическим сигналом ........................................... 6 1.4. Разделы дисциплины и виды занятий ...................................................................... 6 1.5. Тематический план лекций........................................................................................ 6 1.6. Темы практических занятий...................................................................................... 6 1.7. Темы лабораторных работ......................................................................................... 7 2. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.......................................................................... 7 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ ........................ 7 4. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ. ......................................................................... 8 5. КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ .......................................................................................... 9 5.1. Контрольная работа № 1............................................................................................ 9 5.2. Контрольная работа №2........................................................................................... 19