Нарисуйте линейную схему замещения стабилитрона для включения в прямом и обратном направлении. Изложите методику расчета ее параметров по вольтамперной характеристике.

Нарисуйте линейную схему замещения стабилитрона для включения в прямом и обратном направлении. Изложите методику расчета ее параметров по вольтамперной характеристике. Рассчитайте численные значения этих параметров.

Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения на нагрузке при изменении питающего напряжения или сопротивления нагрузки, для фиксации уровня напряжения и т. д.

Для стабилитронов рабочим является участок электрического пробоя ВАХ в области обратных напряжений (рис. 1.10). На этом участке напряжение на диоде остается практически постоянным при изменении тока через диод.

Основные параметры стабилитрона:

номинальное напряжение стабилизации Uст ном — напряжение на стабилитроне в рабочем режиме (при заданном токе стабилизации);

минимальный ток стабилизации Iст.min — наименьшее значение тока стабилизации, при котором режим пробоя устойчив;

максимально допустимый ток стабилизации Iст.max — наибольший ток стабилизации, при котором нагрев стабилитронов не выходит за допустимые пределы.

Дифференциальное сопротивление гст — отношение приращения напряжения стабилизации к вызывающему его приращению тока стабилизации: гст= ∆ Uст / ∆ Iст.

К параметрам стабилитронов также относят максимально допустимый прямой ток Imax, максимально допустимый импульсный ток Iпр. и max, максимально допустимую рассеиваемую мощностьР max.

 

 

Стабилитроны.

Рис.11. Вольт - амперная характеристика стабилитрона.

Стабилитроны или, как их еще называют, опорные диоды, предназначены для стабилизации напряжения питания различных радиотехнических и электронных устройств, схем автоматики и управления счетно-решающими машинами. Его стабилизирующее действие основано на использовании электрического пробоя на обратном участке вольт - амперной характеристики (рис.11). Электрический пробой происходит при некотором значении обратного напряжения. Ток при этом резко возрастает, а напряжение практически не меняется. Различают электрический и тепловой пробой р-n перехода. Электрический пробой бывает лавинным м туннельным. Туннельный пробой возникает в очень узких р-n переходах. Сильное электрическое поле создает условие для перехода валентных электронов из Р-области непосредственно в зону проводимости n-области вследствие туннельного эффекта. (Более подробные сведения о туннельном эффекте приводятся ниже.) Лавинный пробой является результатом ударной ионизации атомов кристалла. При достаточном обратном напряжении носители заряда попавшие в область р-n перехода, под действием сильного электрического поля приобретают энергию, достаточную для ударной ионизации атомов. Образовавшиеся новые носители заряда в свою очередь ионизируют атомы, что приводит к лавинообразному нарастанию тока. Лавинный пробой возникает в р-n переходах, толщина которых больше средней длины свободного пробега носителей между их очередными столкновениями с узлами кристаллической решетки. Тепловой пробой р-n перехода наступает в результате нарушения равновесия между выделяемым в p-n переходе и отводимым теплом. В результате нагрева р-n, перехода его сопротивление уменьшается, выделяемая мощность растет, при этом происходит самопроизвольный лавинообразный рост температуры, что приводит к разрушению р-n, перехода. В низковольтных стабилитронах, изготовляемых из сильнолегированного кремния, происходит туннельный пробой. Высоковольтные стабилитроны изготовляются на основе слаболегированного кремния, поэтому их действие основано на лавинном пробое. В германиевых диодах электрический пробой быстро переходит в тепловой. Тепловой провой не используется для стабилитронов, Т.к. при этом не получается высокой надежности прибора.

Простейшая схема использования стабилитрона для стабилизации постоянного напряжения изображена на рис.12.

Рис.12. Схема включения стабилитрона.

При увеличении входного напряжения резко уменьшается сопротивление стабилитрона, вследствие чего избыточное напряжение падает на сопротивлении гасящего резистора Rг, а напряжение на стабилитроне и на параллельно включенной нагрузке практически остается неизменным. 1) напряжение стабилизации Ucm; 2) дифференциальное сопротивление Rcm в области пробоя

 

Нарисуйте линейную схему замещения стабилитрона для включения в прямом и обратном направлении. Изложите методику расчета ее параметров по вольтамперной характеристике.

 

Приведите базовые схемы задания положения точки покоя для биполярных транзисторов. (Схема с фиксированным током базы, схема с фиксированным напряжением на базе, схемы с эмиттерной и коллекторной стабилизацией). Перечислите и прокомментируйте их особенности, достоинства, недостатки, назначение элементов, область применения.

Приведите принципиальную схему однокаскадного усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе, включенном с общим эмиттером. Нарисуйте его линейную схему замещения для переменного тока в области средних частот, выведите формулу для коэффициента усиления по напряжению. Прокомментируйте (опираясь на полученную формулу) влияние заданного преподавателем элемента схемы на коэффициент усиления. Какие особенности имеет данная схема? Где применяется?

Рисунок 1- Принципиальная схема усилителя

Рисунок 2 - Т-образная схема замещения n-p-n транзистора

Для расчёта, необходимо заменить транзистор соответствующей ему математической Т-образной моделью. Так как расчёт будет производиться при условии, что усилитель работает на средних частотах, то можно еще произвести некоторые упрощения в схеме. Так как конденсаторы С₁, С₂, С_э обладают достаточно большой по величине емкостью, их ёмкостное сопротивление на средних частотах пренебрежимо мало, поэтому их можно заменить перемычкой. Ветви, содержащие конденсаторы С_к* и С_н разрываются, так как на средних частотах ёмкостное сопротивление этих конденсаторов велико. Схема замещения усилителя на средних частотах представлена на рисунке 3

Рисунок 3 - Схема замещения усилителя на средних частотах

Особенности схемы:

При обеспечении режима работы транзистора необходимо осуществить температурную стабилизацию положения рабочей точки (уменьшить влияние температуры на начальное положение рабочей точки). C этой целью в эмиттерную цепь введен резистор Rэ(R4), на котором создается напряжение ООС по постоянному току URэ.

Для устранения ООС по переменному току (при наличии входного переменного сигнала) резистор Rэ, шунтируют конденсатором Сэ, сопротивление которого на частоте усиливаемого сигнала должно быть незначительным.

Для того чтобы устранить отрицательную обратную связь по переменному току используют конденсатор С1.

Как в промышленных, так и в радиолюбительских конструкциях широко применяется эмиттерная температурная стабилизация режима работы транзистора.

Данная схема может применяться в усилитель звуковой частоты или усилитель низкой частоты.

В схеме включения транзистора с общим эмиттером усилитель обеспечивает усиление по напряжению, по току, по мощности. Такой усилитель имеет средние значения входного и выходного сопротивления по сравнению со схемами включения с общей базой и общим коллектором.

Приведите принципиальную схему однокаскадного усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе, включенном с общим эмиттером. Нарисуйте его линейную схему замещения для переменного тока в области средних частот, выведите формулу для коэффициента усиления по напряжению. Прокомментируйте (опираясь на полученную формулу) влияние заданного преподавателем элемента схемы на коэффициент усиления. Какие особенности имеет данная схема? Где применяется?

Рисунок 2.8. Однокаскадный усилитель на транзисторе с общим эмиттером.

Особенности схемы:

При обеспечении режима работы транзистора необходимо осуществить температурную стабилизацию положения рабочей точки (уменьшить влияние температуры на начальное положение рабочей точки). C этой целью в эмиттерную цепь введен резистор Rэ(R4), на котором создается напряжение ООС по постоянному току URэ.

Для устранения ООС по переменному току (при наличии входного переменного сигнала) резистор Rэ(R4) шунтируют конденсатором Сэ(C3), сопротивление которого на частоте усиливаемого сигнала должно быть незначительным.

Для того чтобы устранить отрицательную обратную связь по переменному току используют конденсатор С1.

Как в промышленных, так и в радиолюбительских конструкциях широко применяется эмиттерная температурная стабилизация режима работы транзистора.

Данная схема может применяться в усилитель звуковой частоты или усилитель низкой частоты.

В схеме включения транзистора с общим эмиттером усилитель обеспечивает усиление по напряжению, по току, по мощности. Такой усилитель имеет средние значения входного и выходного сопротивления по сравнению со схемами включения с общей базой и общим коллектором.

Приведите принципиальную схему усилителя низкой частоты на транзисторе, включенном с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Нарисуйте его линейную схему замещения для переменного тока в области средних частот, выведите формулу для коэффициента усиления по напряжению. Прокомментируйте (опираясь на полученную формулу) влияние заданного преподавателем элемента схемы на коэффициент усиления. Какие особенности имеет данная схема? Для чего применяется?