Техническая электроника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача №1

Рассчитать и построить вольтамперную характеристику и идеализированного кремниевого диода в пределах изменения напряжения от -5 до +0.7 В при Т=300К и обратном токе насыщения I0=2.0 нА. Величина константы для Т=300 К будет 0.026 В.

Определить дифференциальное сопротивление Rдиф, сопротивление диода постоянному току R0 для заданного значения Uпр=0.1 В.

Решение:

Расчет вольтамперной характеристики проведем в соответствии с уравнением , где I0 ? тепловой ток p-n-перехода (ток насыщения).

Результаты расчета прямой ветви (U>0)

Результаты расчета обратной ветви (U<0)

Для определения дифференциального сопротивления линейного участка, выбрав на прямой ветви вольтамперной характеристики рабочую точку А и задав небольшое приращение ?U, получают приращение тока ?I.

Взяв производную из выражения для вольт - амперной характеристики диода, получим

Сопротивление диода постоянному току в рабочей точке А определяется как

.

При этом всегда R0>Rдиф.

Задача №2

Стабилитрон подключен для стабилизации напряжения параллельно резистору Rн. Параметры стабилитрона Uст=8 В, Iст min=5 мА, Iст max=30 мА. Сопротивление нагрузки Rн=1 кОм. Определить величину сопротивления ограничительного резистора Rогр, если напряжение источника E0 изменяется от Emin=20 В до Emax=30 В. Будет ли обеспечена стабилизация во всем диапазоне изменения входного напряжения источника Е?

Решение:

Средний ток стабилизации:

При этом необходимая величина питания будет равна

Е0=Uст+Rогр(IН+Iст)

Отсюда можно найти необходимую величину ограничительного резистора:

Средняя величина питающего напряжения:

Ток нагрузки:

Определяем допустимый диапазон изменения питающего напряжения:

Отсюда видно, что стабилизация получается во всём диапазоне изменения напряжения.

Задача №3

Усилительный каскад выполнен на полевом транзисторе типа 2П302А по схеме с общим источником и резистором нагрузки Rс=0.3 кОм в цепи стока. Напряжение смещения на затворе создается за счет включения в цепь истока резистора Rи. Напряжение на затворе в режиме покоя Uзи0= - 0.5 В и ЭДС источника Ес=18 В.

Необходимо:

нарисовать принципиальную схему усилителя;

пользуясь статическими характеристиками транзистора, определить положение рабочей точки;

в найденной рабочей точке определить сопротивление резистора в цепи истока Rи и малосигнальные параметры S, Ri и ?;

графоаналитическим методом определить параметры режима усиления Sp, K и P при амплитуде входного сигнала Umзи=0.25 В.

Решение:

Уравнение нагрузочной прямой:

Положение рабочей точки находим, проведя нагрузочную прямую через точку, соответствующую на оси напряжений, и точку на оси токов. Пересечение нагрузочной прямой с характеристикой, соответствующей заданному значению , даст положение рабочей точки «О». Эта рабочая точка соответствует току стока в рабочей точке =30 мА и напряжению =7 В.

Сопротивление резистора в цепи истока находим следующим образом:

Малосигнальные параметры S, Ri и ?:

При определении графическим методом рабочей крутизны Sp сопротивление RH=const.

Коэффициент усиления по напряжению

.

Выходная мощность переменного сигнала находится из выражения:

Задача №4

Фотодиод включен последовательно с источником питания и нагрузочным резистором Rн=110 кОм. Обратный ток насыщения затемненного фотодиода (темновой ток) равен I0=10 мкА.

Фототок диода в фотогальваническом режиме при коротком замыкании перехода составляет Iф1=40 мкА при потоке световой энергии Ф1; Iф2=110мкА при потоке световой энергии Ф2; Iф3=0 при потоке световой энергии Ф3=0. вольтамперный усилитель фотодиод напряжение

Вычислить и построить ВАХ идеализированного фотодиода для световых потоков Ф1, Ф2 и Ф3 в области напряжений U от 0 до -10 В (фототок не зависит от напряжения на запертом переходе; Т=300 К).

Определить напряжение холостого хода Uxx перехода диода для Ф1, Ф2 и Ф3и значения Ф1,2 (лм), считая токовую чувствительность при монохроматическом световом потоке Si=1.5·102 мкА/лм.

Описать принцип работы и параметры фотодиода.

Решение:

Ток, протекающий через фотодиод:

,

где ? фототок, ? тепловой ток перехода, U ? напряжение на диоде.

ВАХ фотодиода для световых потоков Ф1, Ф2 и Ф3:

При разомкнутой внешней цепи Rн=?, Iобщ=0 ? и напряжение при холостом ходе равно фото ЭДС:

Для фотодиода, работающего в фотодиодном режиме:

Принцип работы фотодиода основан на внутреннем фотоэффекте, то есть способностью полупроводника генерировать электронно-дырочные пары внешнем облучении p-n-перехода оптическим излучением.

Фотодиоды могут работать в одном из двух режимов:

без внешнего источника электрической энергии (вентильный режим);

с внешним источником электрической энергии (фотопреобразовательный режим).

Особенности:

1. простота технологии изготовления и структур;

2. сочетание высокой фоточувствительности и быстродействия;

3. малое сопротивление базы;

4. малая инерционность.

Характеристики фотодиода:

вольт-амперная характеристика (ВАХ) - зависимость выходного напряжения от входного тока. U? = f(I?).

спектральные характеристики - зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод. Она определяется со стороны больших длин волн шириной запрещённой зоны, при малых длинах волн большим показателем поглощения и увеличения влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшением длины волны квантов света. То есть коротковолновая граница чувствительности зависит от толщины базы и от скорости поверхностной рекомбинации. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения.

световые характеристики - зависимость фототока от освещённости, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещённости. Это обусловлено тем, что толщина базы фотодиода значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда. То есть практически все неосновные носители заряда, возникшие в базе, принимают участие в образовании фототока.

постоянная времени - это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в е раз (63 %) по отношению к установившемуся значению.

темновое сопротивление - сопротивление фотодиода в отсутствие освещения.

Инерционность.

Параметры фотодиода:

Величина фототока Iф при номинальном световом потоке, определяемым заводом-изготовителем.

Рабочее напряжение ? обратное напряжение, которое прикладывается к фотодиоду.

Интегральная чувствительность.

Граничная частота фотодиода (до 1012 Гц).

Литература

1. Ткаченко Ф.А. Техническая электроника: Учеб. Пособие. - Мн.: Дизайн ПРО, 2000.

2. Ткаченко Ф.А., Хандогин М.С. Электронные приборы: Учеб. пособие. - Мн.: БГУИР, 1997.

3. К.С. Петров, «Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника», Питер, 2004.

4. А.П. Казанцев, «Материалы и компоненты радиоэлектроники», Мн., БГУИР, 2009.

Размещено на Allbest.ru