Электроника пәнінен №1 есептеу- сызба жұмыс

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Электроника кафедрасы  

 

 

 

 

 

 

 

Электроника пәнінен

№1 есептеу- сызба жұмыс.

 

 

 

 

 

 

 

Орындаған АУк-12-03 тобының

студенті Сабралы М.С.

Сынақ кітапшасының №121197

Тексерген Жұмағазин Б.Ә.

 

 

  

 

Алматы, 2014 

Бірінші есептеу-графикалық жұмыс

 

1-тапсырма

1.1- кестеде көрсетілген бастапқы  деректерді пайдаланып, дәріптелген  кремнийден немесе германиден  тұратын (берілген вариант бойынша  анықталады) диод үшін келесі  тапсырмаларды орындаңдар:

1) Диодтың вольт-амперлік сипаттамасын (ВАС) есептеп тұрғызыңдар. Диодқа берілетін кернеудің өзгеру диапазоны -5 вольттан +0,7 вольтқа шейін алуға болады.

2) Uтура, - диодқа берілген тура кернеуі және Т1 – диодттың алғашқы температурасы бойынша R0 статикалық және rдиф дифференциалдық кедергілерін есептеп анықтаңдар.

3) диодттың температурасы Т1 - ден Т2 –ге шейін көтерілгенде R0 статикалық және rдиф дифференциалдық кедергілері қалайша өзгеретінін есептеп анықтаңдар.

Диодтың 1 және 2-кестелерде берілген  бастапқы деректерді: I0 - диодтың кері тогы; Uтура, - диодқа берілген тура кернеу; Т1 – диодттың алғашқы температурасы; Т2 – диодтың кейінгі температурасы.

 

   1.1-кесте. Бастапқы деректердің бірінші тобы.

Сынақ кітапшаның соңғы екі саны	18
I0, нА	0,3
Uтура, В	0,35
Температура Т1, К	305
Температура Т2, К	290
Диодтың материалы	Кре.

 

1-тапсырма

Берілгені.

Диодтың кері (жылу) тогы I0 = 0,3 нА; Диодқа берілген тура жұмыс кернеуі Uтура  = 0,35 В;  диодттың алғашқы температурасы Т1 = 305 К; диодтың кейінгі температурасы Т2 = 290 К; диодтың материалы кремнийден тұрады.

 

Есепті шығару тәртібі.

Берілген бастапқы деректерді пайдаланып, кремнийден тұратын диод үшін келесі тапсырмаларды орындаймыз:

1) Диодтың вольт-амперлік сипаттамасын (ВАС) оның толық вольт-амперлік сипаттамасын бейнелейтін  өрнекті

.                                    (1.1)

қолданып, есептеп тұрғызамыз. Бұнда: I0 – кері (жылу) тогы: φТ = kT/e =  Т/11600 – жылу потенциалы; k – 1.3806503 × 10-23 м2 кг с-2 К-1 Больцман тұрақтысы; T- Кельвин бойынша температураның шамасы; e – 1,602176565(35)·10−19 Кл., электронның зарядының мәні.

2) Диодқа берілетін кернеудің  өзгеру диапозоны -5 вольттан +0,6 вольтқа  шейін алып, оның мәндерінің өзгеру аралығын 1.1-кесте бойынша орындаймыз.

 

1.1 -кесте

Uтура, В	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
Uкері, В	0	–0,05	–0,1	–0,2	–1,0	- 3,0	–5,0

 

3) Uтура = 0,35 В - диодқа берілген тура жұмыс кернеуі және Т1 = 305 К – диодттың алғашқы температурасы бойынша R01 статикалық және rдиф1 дифференциалдық кедергілерін графикалық және аналитикалық жолдармен есептеп анықтаймыз.

4) диодттың температурасы Т1 = 305 К - тан Т2 = 290 К –қа шейін көтерілгенде R02 статикалық және rдиф1 дифференциалдық кедергілері қалайша өзгеретінін аналитикалық жолдармен есептеп анықтаймыз.

 

Шешуі

1) Идеалды диодтың кері  тоғы I0 = 0,3 нА болғандағы кезде, оның           I = f (U) функциясы түрде берілген ВАС сипаттамасын тұрғызамыз.

Ол үшін біріңші жылу потенциалын анықтаймыз: φТ = T/11600 = 305/11600 = 26,29 мВ. Екінші әуелі 1.1 – өрнекті және 1.1 кестені пайдаланып ВАС сипаттамасын тура бағыттағы тармағын тұрғызу үшін 1.2- кестені толтырамыз.  Содан кейін ВАС сипаттамасын кері бағыттағы тармағын тұрғызу үшін 1.3- кестені толтырамыз.

 

1.2- кесте

Uтура, В	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
Iтура, А	0	1,31×10−8	6.03×10−7	2.7×10−5	1,6×10−3	1.2×10−3	2.44

 

1.3- кесте.

Uкері, В	0	–0,05	–0,1	–0,2	–1,0	- 3,0	–5,0
Iкері, А	0	− 2.55×10−10	−2.93×10−10	− 2,99×10−10	−3×10−10	−3,24×10−10	−3,45×10−10

 

1.2- кестенің және 1.3-кестенің мәндерін қолданып (1.1-суретті қараңыз) толық ВАС сипаттамасын тұрғызыамыз.

 

2)  Диодтың Т1 = 305 К алғашқы температурасы бойынша R01 статикалық және rдиф1 дифференциалдық кедергілерін графикалық жолмен есептеп анықтау үшін 1.1-суретте келтірілген диодттың ВАС-ында, Uтура = 0,35 В диодқа берілген тура жұмыс кернеуіне сәйкес А жұмыс нүктесін белгілеп, тура кернеуге DU = 0,05 В өсімше береміз. Графиктен DU = 0,05 В сәйкес келетін диодтың өсімше тоғы DI = 1,35 мА анықтаймыз. Енді дифференциалдық кедергі 

rдиф1 = DU/DI  = 0,05/1.35  = 0.037 Ом.

Диодтың  алғашқы температурасы Т1 = 305 К кезіндегі тұрақты ток бойынша кедргісі

R01 = UА/IА = 0,35/1.35 =  0.25 Ом.

Дифференциалды кедергіні аналитикалық жолмен есептеп табу үшін (1.1) теңдеуді U кернеуі арқылы шешеміз де, одан дифференциал аламыз:

rдиф1 = dU/dI  » jT/(I + I0).  

Диодтты тура бағытта кернеуге қосқанда тура токтың I >> I0 екенін ескерсек:

rдиф1 » jT/I  = 26,29 ×10-3/(0.3+0.5) =0.033   Ом.

Диодтың  температурасы Т2 = 290 К кезіндегі жылу потенциалы        φТ = kT/e =  Т/11600= 0,025.

 

Диодтың  температурасы Т2 = 290 К кезіндегі тұрақты ток мәні:

.

I=0,5

Диодтың  температурасы Т2 = 290 К кезіндегі тұрақты ток бойынша кедергісі

R02 = UА/IА = 0,35/0,5 =  7 Ом.

rдиф2 » jT/I  = 25 ×10-3/0,8 = 0.031  Ом.

 

 

 

2  - тапсырма

1.2- кестеде көрсетілген бастапқы  дерек бойынша, «Еlectronics Workbench» бағдарламасын пайдаланып қолдану арқылы берілген диодты зерттеу қажет.

 

1.2-кесте. Бастапқы деректердің тобы.

Сынақ кітапшаның соңғы екі саны	47
Диодтың типі	1N914А

 

Диодты тура қосқандағы мультиметрдің корсетуі

 

Диодты кері қосқандағы мультиметрдің корсетуі

 

3 - тапсырма

Стабилитрондық параметрлік кернеу тұрақтандырғышта (1.1 - суретті қараңыз) RЖ жүктемедегі кернеуді тұрақтандыру үшін оған паралелль VD стабилитроны және тізбектеп Rш шектеуіш кедергісі қосылған. Кіріс кернеудің Uкір. min - ден   Uкір max щейін өзгергенде RЖ жүктемедегі кернеуді стабилитрон тұрақтандырып тұру үшін Rш шектеуіш кедергісінің мәнін есептеп анықтау керек те, Uж жүктемедегі кернеудің Uкір кірісіндегі кернеуге тәулділігін зерттеп, Uж = f(Uкір) графигін тұрғызу керек.

Стабилитронның параметрлері Uст, Iст min, Iст max; жүктеменің кедергісі RЖ; кіріс кернеудің өзгеру аралығы Uкір. min – ден   Uкір max – щейін мәндері 1.3 кестелерде көрсетілген.

1.1- сурет.

 

1.3 – кесте. Бастапқы деректердің тобы.

Сынақ кітапшаның соңғы екі саны	21
	47
RЖ, кОм	1,7
Iст.min, мА	5,0
Iст.max, мА	20,0
Uст, В	7
Uкір. min, В	14
Uкір max, В	25

 

3 - тапсырма

Берілгені.

Стабилитронды параметрлік кернеу тұрақтандырғышта (1.1 - суретті қараңыз) Rж = 1,7  кОм жүктемедегі кернеуді тұрақтандыру үшін оған паралелль VD стабилитроны және тізбектеп Rш шектеуіш кедергісі қосылған. Кіріс кернеудің Uкір. min = 14 вольттан Uкір max = 25 вольттқа шейін өзгергенде Rж жүктемедегі кернеуді стабилитрон тұрақтандырып тұру үшін Rш шектеуіш кедергісінің мәнін есептеп анықтау керек те, Uж жүктемедегі кернеудің  Uкір кірісіндегі кернеуге тәулділігін зерттеп, Uж = f(Uкір) графигін тұрғызу керек. Стабилитронның параметрлері Uст = 7 В, Iст min = 5 мА, Iст max = 20 мА.

1.1 - суретті

 

Есепті шығару тәртібі.

Берілген бастапқы деректерді пайдаланып, стабилитроннан тұратын кернеу тұрақтандырғыш үшін келесі тапсырмаларды орындаймыз:

1) Берілген шарт 

бойынша стабилитронның Iст.0 орта тоғын анықтаймыз.

2) Стабилитронның Iст.0 орта тоғын қамтамасыз ететін кіріс кернеуінің мәнін анықтау үшің кірісіндегі кернеудің мәнін келесі шартты қолданамы:

Uкір.0 = (Uкір. max + Uкір. max)/2

3) Жуктемедегі токтың мәнін анықтаймыз:

 Iж = Uст/ Rж = 7/1700=0,00411

Кирхгофтың бірінші және екінші заңдары бойынша 1 –суреттегі схемаға сәйкес теңдеулер құрамыз:

Iкір = Iст + Iж; Uкір = Uст+Rш(Iж + Iст .)

Осы теңдеулердің көмегімен Rш шектеуіш кедергісін анықтайтын теңдеу құрамыз:

 

4) Құрылған теңдеуді пайдаланып Rш шектеуіш кедергісінің мәнін есептеп анықтаймыз.

5) Құрылған теңдеуді пайдаланып кіріс кернеуінің ұйғарымдық өзгеру аралығын анықтайтын теңдеу құрамыз:

Uкір. min = Uст + (Iст.min + Iж)·Rш;

Uкір. max = Uст + (Iст.max + Iж)·Rш.

Шешуі:

 

1) Берілген шарт бойнша стабилитронның Iст.0 орта тоғын анықтаймыз

Iст = (Iст. max + Iст.min)/2 = (20+5)/2 = 12,5 мА.

2) Стабилитронның Iст.0 орта тоғын қамтамасыз ететін кіріс кернеуінің мәнін анықтаймыз:

Uкір.0 = (Uкір. max + Uкір. min)/2 = (25+14)/2 = 19,5 В.

 

3)  Жүктемедегі токтың мәнін анықтаймыз:

Iж = Uст/ Rж = 7/1700 = 4,1 кОм.

4)  Rш шектеуіш кедергісінің мәнін есептеп анықтаймыз:

 

Rш = (Uкір.0 - Uст)/(Iст.0 + Iж) = (19,5 – 7)/(12,5 + 4,1) = 753 Ом.

 

5) Құрылған теңдеуді пайдаланып кіріс кернеуінің ұйғарымдық өзгеру аралығын анықтайтын теңдеу құрамыз:

Uкір. min = Uст + (Iст.min + Iж)·Rш = 7 + (5 + 4.1)·0,75 = 14 В:

Uкір. max = Uст + (Iст.max + Iж)·Rш = 7 + ( 20 + 4.1)·0,75 = 25 В.

Кортынды: кіріс кернеуінің берілген шамадағы аралықта өзгергенде; шығыс кернеуі тұрақтандырылып тұрады.

 

4  - тапсырма

1.4- кестеде көрсетілген бастапқы  дерек бойынша, «Еlectronics Workbench» бағдарламасын пайдаланып қолдану арқылы берілген стабилитронды зерттеу қажет.

 

1.4- кесте. Бастапқы деректердің тобы.

Сынақ кітапшаның соңғы екі Саны	21
	47
Стабилитронның Типі	1N4744А

 

Стабилитрон (лат. stabilis - орнықты, тұрақты) — өзі арқылы өтетін электр тогы өзгергенде (белгілі шектерде) оған түсетін кернеуіс жүзінде тұрақты болып қалатын екі электродты газоразрядты немесе шалаөткізгіш аспап.

Газоразрядты стабилитронның іс-әрекеті қалыпты солғын немесе тәжді разрядты пайдалануға негізделген. Газдық разрядтың осы түрлерінің ерекшелігі олардың вольт-амперлік сипаттамаларында разрядтар арасындағы кернеудің тіптен өзгермейтін бөлігінің болуында.

 

5 – тапсырма

1.5- кестеде көрсетілген бастапқы дерек бойынша биполярлық транзистордың типін анықтап, оның толық параметрлерін жазып келтіріңдер. Осы транзистордың ортақ эмитер арқылы, ортақ база арқылы және ортақ коллектор арқылы қосылған сұлбаларын сызып салыңдар. Ортақ эмиттерлі сұлбамен қосылған транзистордың кіріс және шығыс статикалық сипаттамасын анықтама арқылы тауып, оларды сызып тұрғызу керек.

Тұрғызылған кіріс және шығыс статикалық сипаттамасында өзіңнің қалауынша жұмыс нүктесін анықтай отырып, осы анықталған жұмыс нүктесіне сәйкес транзистордың h11э, h12э, h21э, h22э параметрлерін есептеп анықтаңдар. Анықталған h11э, h12э, h21э, h22э параметрлерінің сандық мәндерін пайдаланып Т-тәрізді балама схемасының параметрын есептеп шығарып, сол схеманы сызып келтіру керек.

 

   1.5-кесте. Бастапқы деректердің тобы

Сынақ кітапшаның соңғы екі саны	21
	47
Биполярлық транзистордың типі	КТ342А