Методичні вказівки до виконання контрольної роботи з дисципліни "Твердотіла електроніка"

Размещено на http://www.allbest.ru/

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КОНОТОПСЬКИЙ ІНСТИТУТ

КАФЕДРА ЕЛЕКТРОННИХ ПРИЛАДІВ І АВТОМАТИКИ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання контрольної роботи

з дисципліни «Твердотіла електроніка»

Конотоп-2015

Затверджено на засіданні кафедри електронних приладів і автоматики

протокол № від 2015 р.

Укладач Т.С. Холод



Загальні методичні вказівки

Виконання контрольної роботи потрібно проводити після вивчення теоретичного курсу даної дисципліни. Контрольна робота з навчальної дисципліни «Твердотіла електроніка» передбачена навчальним планом у 5-му семестрі.

Контрольна робота складається з письмової відповіді на шість теоретичних питань відповідних тем і розрахункової частини, що містить чотири завдання. Приклади вирішення завдань наведені нижче.

Варіанти контрольної роботи вибираються з додатків 1-5 за номером списку групи. Роботу виконати на листах формату А4 або в шкільному зошиті з дотриманням ДСТу.

Вольт-амперні характеристики і всі побудови на них виконати олівцем. Робота повинна бути виконана акуратно з дотриманням ДСТів.

Відповіді на питання повинні бути лаконічними з вказівкою посилань на літературу. В кінці роботи приводиться список використаних джерел із зазначенням року їх видання.

При незарахованій контрольній роботі вона повертається студентові для доопрацювання. Консультації з виконання контрольної роботи проводяться на кафедрі відповідно до навчального графіка.

Після виконання контрольна робота здається на кафедру для реєстрації і перевірки. Роботу необхідно представити на кафедру за двадцять днів до початку екзаменаційної сесії.

При зарахованій роботі і виконанні студентом - заочником лабораторного практикуму він отримує допуск до семестрового екзамену з дисципліни.

Приклади розв'язання задач

Задача 1

робота контрольний електроніка твердотілий

Визначити число діодів для випрямлення в однофазній двонапівперіодній схемі синусоїдальної напруги U2, використовуючи діоди, вказані у відповідному варіанті, при напрузі живлення U1.

Визначити:

середнє значення струму діодів, що діє, при заданому навантаженні Rн;

величину шунтуючих і додаткових опорів діодів;

напругу Ud і струм Id на навантаженні;

коефіцієнт трансформації трансформатора.

Привести принципову електричну схему випрямляча відповідно до варіанта і параметри діодів.

Як зміняться величина струму діодів і їх зворотна напруга, якщо напругу ланцюга живлення U1 збільшити на 10 % ?

Розв'язання

1. Напруга на навантаженні випрямляча

.

2. Струм навантаження (А). .

3. Середнє значення струму вентилів випрямляча, що діє (А),

.

4. Амплітудне значення синусоїдальної напруги

U m = 2 * U2 (В).

Ця напруга буде зворотною для діодів. Оскільки Uзв.max у діодів при максимальній робочій температурі становить 2 *U2 В, то для випрямлення необхідно застосувати ланцюг послідовно сполучених діодів.

Але внаслідок великих розкидів зворотних опорів діодів їх необхідно шунтувати резисторами.

5. Необхідне число діодів n визначаємо за формулою

n = Um / (Кн Uзв.max), де

Кн коефіцієнт навантаження да напругою (Кн=0,5-0,8).

6. Значення опорів шунтуючих резисторів визначимо за формулою

,де

коефіціент 1,1 враховує 10 % розкид опорів резисторів;

Iзв,max зворотній струм при максимально допустимій температурі, визначається за довідником.

7. Оскільки необхідний випрямлений струм перевищує максимально допустиме значення струму одного діода, то необхідно декілька діодів з'єднати паралельно.

Зважаючи на можливий розкид прямих опорів діодів для вирівнювання струмів, що проходят через діоди, необхідно послідовно з діодами увімкнути додаткові резистори.

Необхідне число діодів визначається за формулою

n = Im / (Km Iвипр.max), де

Km коефіцієнт навантаження за струмом (Km=0,5-0,8).

8. Значення опорів додаткових резисторів знайдемо за формулою

, де

Uпр.сер середнє прямий спад напруги на діоді;

коефіцієнт 1,1 враховує 10% розкид опорів резисторів.

9. Коефіцієнт трансформації трансформатора

Ктр.= U2 / U1.

10. При збільшенні напруги живлення на 10% величина напруги вторинної обмотки

U2 = Ктр U1 (В).

Задача 2

Вибрати необхідний тип діодів для випрямляння змінної напруги U2 у двонапівперіодній схемі випрямляча при заданих значеннях напруги живлення U1, напрузі на навантаженні Ud і опорі навантаження Rн.

Визначити коефіцієнт трансформації трансформатора, привести принципову електричну схему випрямляча.

Як зміняться параметри діодів (Uзв, Iпр, Uпр), якщо струм навантаження зросте?

Розв'язання

1. Для заданих значень навантаження Rн і напруги Ud, визначимо струм навантаження

Id =Ud/ Rн

2. Визначимо напругу вторинної обмотки трансформатора U2 , що живить випрямляч. Напруга на навантаженні Ud для двонапівперіодного випрямляча визначається з виразу

Ud = 1/Т U2sin t dt==0.9U, звідси

.

3. Максимальна зворотна напруга на діодах випрямляча:

- для нульової схеми випрямляча - Uзв max=2 U;

- для мостової схеми випрямляча - Uзв max=U .

Середній струм діодів Ia сер. = Id / 2 .

4. З довідника вибираємо необхідний тип діодів виконуючи вимогу

Uобр.max VD Uзв.max розрахункового;

IпрIа сер.

Відповідно до розрахунків, приведених вище, вибираємо тип діодів з параметрами:

Iпр.max (А); Uзв.max (В); Uпр. (В); Iзв. (мА).

5. Коефіцієнт трансформації

Ктр =U/U.

6. Відповідно до варіанта приведемо принципову електричну схему випрямляча.

Задача 3

Для стабілізації заданих параметрів на навантаженні (Uн, Рн) використовується параметричний стабілізатор.

Привести електричну принципову схему параметричного стабілізатора. Вибрати необхідний тип стабілітрона і привести його параметри. Напруга живлення на затискачах стабілізатора Ud = 2 Ucт.

Визначити струм і опір навантаження. Розрахувати опір і потужність обмежувального резистора Rб і коефіцієнт стабілізації.

Визначити допустимі межі зміни напруги живлення Ud, якщо максимальний струм стабілітрона Iст.max, а мінімальний - Iст.min.

Побудувати вольт-амперну характеристику стабілітрона.

Які елементи можна використовувати в даному стабілізаторі для розширення меж стабілізації? Привести електричні схеми їх увімкнення і дати коментарі щодо кожної з них.

Розв'язання

1.Принципова електрична схема параметричного стабілізатора приведена на (рис. 1).

Rб

+

Id

VD1 Rн

Ud

Iст

Рис.1

2. Струм навантаження Iн = Рн/Uн (А).

3. Опір навантаження Rн = Uн/Iн (Ом).

4. Для заданої напруги на навантаженні за довідником вибираємо стабілітрон з параметрами:

- напругою стабілізації Uст (В);

- мінімальний струм стабілізації Iст.min (мА);

- максимальний струм стабілізації Iст.max (мА);

- диференціальний опір Rдиф (Ом).

5. Для визначення величини баластного опору скористаємося першим і другим законами Кірхгофа:

струм у нерозгалуженій ділянці ланцюга (рис. 1):

Id = Iн + Iстн ,

де Iстн номінальний середній струм стабілітрона

Iст н = (Iст min + Iст max) / 2;

згідно з другим законом Кірхгофа

звідси

де

тоді Rб = (Ud - Uн) / (Iн + Iстн) .

6. Потужність обмежувального резистора

.

7 Коефіцієнт стабілізації стабілізатора

Кст = (Uн Rб) / (Ud Rдиф) .

Список літератури

1. Батушев В.А. Электронные приборы. - М:. Высш. школа, 1980.- 384с.

2. Дулин В.Н. Электронные приборы. - М.: Енергія, 1977.- 422с.

3. Электронные приборы. Под ред. Г.Г.Шинкина - М.: Энергоатомиздат, 1989.-495с.

4. Терехов В.А. Задачник по електронным приборам. - М.: Энергоатомиздат, 1983.- 276с.

5. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. - М.: Энергия, 1977.- 608с.

6. Пасинков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. - М.: Висш. школа, 1987.- 480с.

7. Вишневский А.И. и др. Силовые ионные и полупроводниковые приборы. - М.: Высш. школа, 1975.- 344с.

8. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. - К.: Техника, 1984.- 424с.



Додаток 1

Варіанти до задачі 2

№ вар.	Ud В	Rн Ом	Сх. ввімк.	№ вар.	Ud В	Rн Ом	Сх. Ввімк.
1	20	250	М	16	56	175	О
2	75	35	О	17	290	98	О
3	50	150	М	18	85	250	М
4	200	50	О	19	210	25	О
5	145	100	М	20	175	40	О
6	120	15	М	21	280	65	М
7	40	60	О	22	100	150	О
8	34	20	М	23	55	140	О
9	300	65	О	24	175	200	М
10	250	120	О	25	150	150	О
11	60	200	М	26	110	180	О
12	280	145	О	27	97	25	М
13	95	140	М	28	190	57	О
14	165	125	О	29	320	160	О
15	174	240	М	30	400	240	М

Додаток 2

Варіанти до задачі 3

№.вар.	Uн, В	Рн, Вт	№ вар.	Uн, В	Рн, Вт
1	10	12	16	5	1.5
2	12	6	17	9	9
3	14	21	18	25	22.5
4	15	4.5	19	60	24
5	18	4.5	20	15	22.5
6	22	3.75	21	12	8
7	27	18.9	22	17	6.5
8	33	8.25	23	23	4.8
9	47	9.4	24	10	4.5
10	56	67.2	25	7	2.8
11	68	23.8	26	13.6	10.8
12	82	19.6	27	18	18
13	3.5	1.4	28	50	44
14	4.5	3.15	29	24	16
15	6.8	5.44	30	34	21

Додаток 4

Перелік теоретичних питань

№ вар.	Тема1	Тема / №№ питань	Задачі№
1	1, 8, 30	2/1, 2/20, 3/1	2
2	2, 16, 28	2/2, 2/21, 3/2	3
3	3, 10, 33	2/3, 2/22, 3/3	3
4	6, 18, 25	2/4, 2/23, 3/4	2
5	7, 17, 27	2/5, 2/24, 3/5	3
6	9, 20, 27	2/8, 2/25, 3/6	2
7	12, 21, 26	2/9, 2/26, 3/7	3
8	14, 22, 34	2/10, 2/29, 3/8	2
9	5, 19, 29	2/11, 2/30, 3/9	3
10	4, 24, 31	2/12, 2/31, 3/10	2
11	6, 17, 31	2/15, 2/32, 3/1	3
12	7, 18, 29	2/16, 2/33, 3/2	2
13	8, 19, 27	2/17, 2/34, 3/3	3
14	9, 22, 34	2/18, 2/35, 3/4	2
15	10, 20, 28	2/19, 2/38, 3/5	3
16	2, 12, 25	2/2, 4/1, 5/7	2
17	3, 13, 26	2/3, 4/2, 5/6	3
18	4, 14, 27	2/4, 4/3, 5/3	2
19	5, 15, 28	2/5, 4/4, 5/4	3
20	6, 16, 20	2/6, 4/5, 5/3	2
21	7, 17, 21	2/7, 4/6, 5/2	3
22	8, 18, 22	2/8, 4/7, 5/1	2
23	10, 21, 24	2/9, 4/8, 3/8	3
24	11, 22, 25	2/10, 4/9, 3/9	2
25	12, 23, 26	2/11, 2/22, 4/2	3
26	3, 12, 20	2/17, 4/7, 5/6	2
27	2, 25, 34	2/9, 4/2, 5/2	3
28	9, 19, 29	2/4, 3/5, 4/7	2
29	4, 14, 24	2/11, 3/3, 5/3	3
30	13, 23, 28	2/19, 3/10, 5/1	2

Додаток 5

Тема 1

1. Пояснити механізм власної провідності напівпровідників.

2. Пояснити механізм електронної провідності напівпровідників.

3. Пояснити механізм діркової провідності напівпровідників.

4. Чому електропровідність домішкових напівпровідників, як правило вище, ніж у чистих напівпровідників?

5. Чому зі збільшенням температури рухливість носіїв у напівпровіднику зменшується ?

6. Охарактеризувати існуючі способи виготовлення р - n переходів.

7. Записати і пояснити формули для щільності повного дрейфового струму і щільності дифузійного струму в напівпровіднику.

8. Пояснити, яким чином у р-п- переході за відсутності зовнішньої напруги створюється дифузійне електричне поле і як воно діє на основні і неосновні носії заряду?

9. Записати вираз для контактної різниці потенціалів і пояснити, за рахунок чого в переході при виникає потенційний бар'єр.

10. Записати вирази, що ілюструють зв'язок рівноважних концентрацій неосновних носіїв в р-п - областях з рівноважними концентраціями основних носіїв через контактну різницю потенціалів.

11. Охарактеризувати явище екстракції в системі двох напівпровідників з р-n-переходом.

12. Чому при прямому ввімкненні р-n-переходу відбувається збільшення концентрації неосновних носіїв у переході в порівнянні з рівноважною концентрацією?

13. Чому струм через р-n- перехід при U= 0 не проходить, хоча спостерігається і дифузійне, і дрейфове переміщення носіїв?

14. Чому при зворотному ввімкненні р-n- переходу зменшується концентрація неосновних носіїв у переході в порівнянні з рівноважною концентрацією?

15. Чому зі зростанням зворотної напруги на р-n-переході потенційний бар'єр збільшується?

16. Вивести формулу для теоретичної ВАХ р-n-переходу. На чому заснована діодна властивість р-n-переходу?

17. Пояснити, як і чому товщина р-n-переходу залежить від прикладеної напруги.

18. Показати аналітично і пояснити фізично, яким чином концентрація домішок впливає на товщину р-n- переходу.

19. Дати визначення різкому і плавному, симетричному і асиметричному р-n-переходам.

20. Пояснити залежність бар'єрної ємності р-n - переходу від прикладеної зворотної напруги.

21. Дати визначення і пояснити природу дифузійної ємності р-n- переходу.

22. Намалювати повну еквівалентну схему р-n - переходу.

23. Чому пряма гілка реальної ВАХ проходить дещо нижче, ніж пряма гілка теоретичної ВАХ?

24. Чому зворотний струм реального р-n- переходу завжди більше, ніж струм насичення?

25. Охарактеризувати види пробоїв р-n- переходу.

26. Чому на ділянці теплового пробою спостерігається область негативного диференціального опору?

27. Охарактеризувати фізичні процеси в області контакту «метал-напівпровідник». Яке застосування таких контактів?

28. У чому полягає суть ефекту поля в поверхневому шарі напівпровідника?

29. Пояснити відмінність ВАХ германієвих і кремнієвих випрямлювальних діодів.

30. Намалювати ВАХ стабілітрона. Пояснити застосування стабілітронів у електронних схемах.

31. З якою метою в універсальних діодах застосовуються точкові і мікросплавні р-n-переходи?

32. Яка властивість р-n-переходу використовується у варикапах?

33. Охарактеризувати перехідні процеси в діодах. Які існують методи підвищення швидкодії імпульсних діодів?

34. Пояснити конструктивні особливості, характеристики і сферу застосування тунельних і обернених діодів.

Тема 2

1. Охарактеризувати основні режими роботи БТ.

2. Описати фізичні процеси в емітері, базі і колекторі БТ, що працює в активному режимі.

3. Записати вирази для струмів і статичного коефіцієнта передачі h 21б в схемі із загальною базою.

4. Записати вирази для струмів і статичного коефіцієнта передачі h21е в схемі із загальним емітером.

5. Записати вирази для струмів і статичного коефіцієнта передачі h21к схеми із закальним колектором.

6. Чому струм бази транзистора в активному режимі у багато разів менше струму емітера?

7. Чому в режимі відсічення зворотні струми емітерного і колекторного переходів відрізняються за величиною один від одного?

8. Чому тільки в активному режимі транзистор стає керованим приладом?

9. У скільки разів і в який бік зміниться вхідний опір транзистора при переході від схеми із загальною базою до схеми з загальним емітером, якщо ?

10. Пояснити явище і суть модуляції ширини бази БТ.

11. Чому при збільшенні колекторної напруги в активному режимі зменшується ширина бази?

12. Прокоментувати залежність h 21б = f ( Iе);

h 21б = f ( Uкб).

13. З якою метою в БТ р-n- переходи виготовляють з різною площею?

14. Чому в сплавних БТ область бази виконується слаболегованою, а області колектора та емітера - сильнолегованими?

15. З якою метою в БТ прагнуть конструктивно зменшити ширину бази?

16. Чому в БТ, увімкненому за схемою з ЗЕ, вхідний опір вищий, ніж у БТ, увімкнений за схемою з ЗБ?

17. Чому схема включення БТ із загальним колектором є основною для побудови каскадів емітерних повторювачів?

18. Дати порівняльну характеристику схеми ЗЕ.

19. Намалювати статичні вхідні характеристики БТ в схемі ЗБ і пояснити їх походження.

20. Намалювати статичні вихідні характеристики БТ в схемі ЗБ і пояснити їх походження.

21 Намалювати статичні вхідні характеристики БТ в схемі з ЗЕ і пояснити їх походження.

22. Намалювати статичні вихідні характеристики БТ в схемі з СК і пояснити їх походження.

23. Намалювати і пояснити походження статичних характеристик прямої передачі і зворотного зв'язку БТ в схемі з ЗБ.

24 Провести порівняльний аналіз характеристик зворотного зв'язку в схемі з ЗБ і ЗЕ.

25.Пояснити фізичний сенс і розмірність диференціальних h-параметрів БТ.

26. Намалювати фізичну Т-подібну схему заміщення БТ і пояснити зміст фізичних параметрів.

27. Намалювати схему і пояснити принцип дії транзисторного каскаду з ЗЕ і двома джерелами живлення.

28. Пояснити порядок побудови вхідних і вихідних характеристик навантажень каскаду на БТ.

29. Чому зі збільшенням температури колекторний струм БТ у схемі з ЗЕ зросте сильніше, ніж у схемі з ЗБ?

30. Чому зі збільшенням частоти зменшується амплітуда колекторного струму і збільшується його відставання за фазою від емітерного?

31. Намалювати частотні характеристики БТ в схемі з ЗЕ і показати на них часткову і граничну частоти.

32. Як зв'язані граничні частоти БТ у схемах з ЗБ і ЗЕ?

33. Які чинники викликають «завал» частотних характеристик БТ на високих частотах?

34. Назвати і розкрити особливості роботи БТ в ключовому режимі.

35. Пристрій і принцип дії дрейфових транзисторів.

36. Конструктивні і технологічні особливості потужних транзисторів.

37. Порядок виготовлення планарних транзисторів.

38. Будова, принцип дії одноперехідних транзисторів.

Тема 3

1. Будова і принцип дії ПТУП.

2. Чому вхідна напруга ПТУП повинна вмикати р-n перехід між каналом і затвором у зворотному напрямку?

3. При якому співвідношенні концентрацій домішок у затворі і каналі польового транзистора з керованим переходом, що має р- канал, можливе ефективне управління струмом стоку.

4. Описати причини дії ПТУП за допомогою кількісних співвідношень.

5. Намалювати і пояснити походження статичних характеристик ПТУП.

6. Дати визначення і вказати межі зміни диференціальних параметрів ПТУП.

7. Чому польові транзистори володіють вищим вхідним опором, ніж біполярні?

8. Будова і принцип дії МДП (МОН) - транзисторів з індукованим каналом.

9. Будова і принцип дії МДП (МОН) - транзисторів із вбудованим каналом.

10. Провести порівняльний аналіз принципу роботи і застосування МДП- транзисторів і ПТУП.

11. Чому у польових транзисторів, на відміну від біполярних, відсутнє явище самоперегріву?

12. Пояснити за допомогою еквівалентних схем частотні властивості польових транзисторів.

13. Розкрити способи забезпечення режиму спокою каскадів на ПТУП. Привести відповідні принципові схеми.

14. Пояснити будову і принцип дії польових приладів із зарядовим зв'язком.

15. Розкрити основні режими роботи - структури.

Тема 4

1. Будова, принцип дії і ВАХ тиристора в динисторному режимі.

2. Будова, принцип дії і сімейство ВАХ тиристора в триністорному режимі.

3. Пояснити механізм утворення і дії позитивного зворотного зв'язку в структурі тиристора.

4. Пояснити принцип дії тиристора за допомогою розгляду роботи тиристорного ввімкнення двох транзисторів різного типу провідності.

5. Що таке блокуюча здатність тиристора і чим вона досягається?

6. Охарактеризувати способи ввімкнення тиристорів.

7. Охарактеризувати способи вимкнення тиристорів.

8. Чому в імпульсному режимі по аноду тиристор відкривається при меншій анодній напрузі, чим у безперервному режимі?

9. Охарактеризувати параметри і систему позначень тиристорів.

Тема 5

1. Пояснити принцип дії, основні характеристики і параметри світлодіодів.

2. Пояснити суть фоторезистивного ефекту в напівпровідниках і його застосування у фоторезисторах.

3. Пояснити процес виникнення фото-ЕДС в освітленому р-n-переході. Від чого залежить величина фото-ЕДС?

4. Пояснити принцип дії і намалювати сімейство ВАХ фотодіода для різних значень світлового потоку.

5. Пояснити роботу фотоприймачів із внутрішнім посиленням.

6. Пояснити пристрій, конструкцію і принцип дії діодного оптрона.

7. Охарактеризувати застосування оптронів як елементів електронних схем.

Размещено на Allbest.ru