Контрольное задание

Контрольное задание состоит из шести задач, каждая из них имеет несколько вариантов.

Студенты дневного и вечернего отделений решают задачи с номером варианта, определяемым порядковым номером записи фамилии в журнале группы. Студенты заочной формы обучения выбирают номер варианта согласно двум последним цифрам номера зачетной книжки или студенческого билета.

Задача 1.

Вычислить напряжение на p-n-переходе при прямом включении при заданной температуре и заданном прямом токе. Выяснить влияние температуры на величину прямого напряжения, при увеличении температуру на

указанное число градусов. Необходимые данные взять из таблицы 1.

Обозначение:

– m – поправочный коэффициент при вычислении температурного потенциала φ_T = kT/e для германия m = 1;

– S – площадь p-n-перехода;

– Шот, In, GaAs – диоды Шоттки, структуры на основе индия и арсенида галлия. Остальные обозначения ясны из пояснений к работе.

Для решения задачи рекомендуется предварительно определить ток насыщения I₀ и затем вычислить напряжение.

Задача 2.

Определить сопротивление диода постоянному току R_Д, дифференциальное сопротивление r_диф, при прямом включении. Ток I_ПР и температура заданы в таблице 1. R_ОБР вычислить для напряжения Е таблицы1 и тока I₀, полученного в задаче 1.

Задача 3.

Определить ток идеализированного диода, текущий в цепи, представленной на рисунке 6.а. Вычислить напряжение, соответствующее этому току, определить дифференциальное сопротивление r_диф = ∆U/∆I в точке полученного тока и напряжения.

Диод включен в прямом направлении. Величину сопротивления R, напряжение Е и температуру Т_К взять из таблицы 1.

Табл. 1. Исходные данные для расчета.

Для решения задачи построить вольт-амперную характеристику диода рисунок 6. б). Расчет можно начинать для Ge с 0,1 В, для диода Шоттки с

0,2 В, для In с 0,3 В, для Si с 0,4 В, для AsGa c 0,5 B. Начало координат сдвинуть на указанное значение вольт. Ось напряжения "растянуть" так, чтобы вся она укладывалась в 0,2 В.

Напряжение задавать через 0,02 В пока ток не достигнет 1 мA, после этого напряжение задавать через 0,01 мA, пока ток не достигнет значения, указанного в таблице 1 для выбранного варианта. Для удобства построения и последующих расчетов данные следует свести в таблицу.

Перенести ВАХ в координаты I_ПР = f(U_ПР), как показано на рисунке 6. б) и провести нагрузочную прямую. Определить ток и напряжение.

Полученный ток отметить на ВАХ диода рисунок 6. в).

Задать изменение напряжения на 0,02 В, при этом ∆U = 0,02 B. По графику или по таблице определить соответствующее изменение тока, которое даст ∆I. Определить дифференциальное сопротивление r_диф.

Задача 4.

Определить параметры стабилизатора напряжения на основе диода – стабилитрона.

Справочные данные стабилитронов приведены в таблице 3.

Расчетная схема стабилизатора приведена на рис. 13.

Для вариантов 1 ÷ 6, 19 ÷ 24 определить допустимые пределы изменения питающего напряжения Е для указанных параметров схемы.

Для вариантов 7 ÷ 12, 25 ÷ 30 определить допустимые пределы изменения ограничительного сопротивления при изменении питающего напряжения Е для указанных параметров схемы.

Для вариантов 13 ÷ 18, 31 ÷ 36 определить допустимые пределы изменения сопротивления нагрузки при заданном напряжении Е для указанных параметров схемы.

Табл. 2. Данные для выполнения задачи 4.

После проведения расчетов определить:

1. Коэффициент стабилизации для среднего значения рассчитываемого параметра задачи. К_СТ = (U_Н/Е)∙(R_ОГР /r_д).

2. Изменение выходного напряжения стабилизатора при изменении температуры на 60^оС учитывая ТКН стабилитрона, указанный в таблице 3.

3. Проверить, не превышает ли мощность рассеяния на стабилитроне допустимую при максимальном токе стабилизации Р_ДОП = U_СТ ∙I_{СТ max}.

Табл. 3. Справочные данные стабилитронов.

Задача 5.

Изобразить форму напряжения на выходе цепи. Вычислить значение
максимального напряжения на резисторе R и диоде и максимальный ток в резисторе и диоде.

На входе действует напряжение U₁ синусоидальной формы
U₁ = U_m sinωt. В таблице 4 указано действующее значение напряжения.

Вычертить в масштабе напряжение на выходе U₂ и входе цепи U₁ с учетом уровня фиксации и ограничения диодов.

Расчетные схемы рисунок 14, рисунок 15, рисунок 16 представлены рядом с таблицами вариантов и параметрами схемы.

Табл. 4. Данные для расчета.

Для контроля правильности решения задачи проверить: U₁ = U_Д + U₂ для любого момента времени, где U_Д – падение напряжения на диоде.

Табл. 4. Данные для расчета.

Для сигналов, представленных на рисунках 17 и 18 указано максимальное значение напряжения U₁.

Табл. 4. Данные для расчета.

Определить изменение барьерной емкости С_Б при изменении обратного напряжения U_ОБР.

Для вариантов 1 ÷ 15.

Построить характеристику зависимости С_Б = f(U_обр) в указанном диапазоне

изменения напряжения.

Вычислить С_Б и построить характеристику зависимости С_Б = f(U_обр) при изменении напряжения.

Для вариантов 16 ÷ 30.

Табл. 5. Данные для выполнения задачи 6.

Данные для расчета взять из таблицы 1 для соответствующих вариантов. Температуру для всех вариантов принять одинаковой и равной Т = 300 К.

Постоянный коэффициент k_c имеет размерность [пФ∙В^1/2], поэтому при введении в расчетную формулу напряжения в вольтах емкость С_Б получается в пикофарадах. (Степень ½ означает, что соответствующая величина находится под корнем квадратным).

С_Б = k_c/(U + φ_к)^1/2.