Для РТ0 = 7,2 мА між точками
і
В і
В маємо
.
При роботі тріода з навантаженням коефіцієнт підсилення напруги визначається як , анодний струм при цьому змінюється, робоча точка переміщується по лінії навантаження з точки
до точки
при зміні
від -5 В до -4 В, анодна напруга при цьому змінюється від
В (точка
) до
В (точка
).
.
Необхідно виконати перевірку виконання обчислення.
. Маємо
.
або
.
Перевірка вказує, що розрахунки виконані з достатньою точністю. Добиватись більшої точності, вести обчислення до других, третіх знаків після коми недоцільно, тому що самі ВАХ, наведені в довідниках усереднені за великою кількістю ламп. Конкретний екземпляр лампи може мати ВАХ дещо (на одиниці відсотків за струмом) відмінні від характеристик, наведених в довіднику.
6. ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ НА РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНУ РОБОТУ
Завдання на РГР містить 18 задач з наступних тем: „Фізичні властивості напівпровідників", „Напівпровідникові діоди", „Транзистори", „Електровакуумні прилади". Варіанти завдань наводяться в табл. 6.1 – 6.10.
Тема 1. Фізичні властивості напівпровідників
Задача 1.1.
Обчислити положення рівня Фермі W F відносно (дна зони провідності W C, середини забороненої зони W E, стелі валентної зони W V)при температурі ТК для кристалу (германія Ge, кремнію Si), що містить N атомів (донорної, акцепторної) домішки в 1 см3.
Таблиця 6.1. Варіанти задачі 1.1
№ вар. | Відлік ведеться відносно | Темпера-тура Т, К | Напів-провідник | Тип провідності | Концентрація домішок N, см-3 | № вар. |
1. | WV | Ge | p | 5×1016 | 1. | |
2. | WE | Si | p | 5×1017 | 2. | |
3. | WE | Ge | p | 5×1017 | 3. | |
4. | WE | Si | p | 5×1016 | 4. | |
5. | WC | Si | n | 1×1016 | 5. | |
6. | WC | Si | n | 1×1017 | 6. | |
7. | WC | Si | n | 5×1017 | 7. | |
8. | WC | Ge | n | 5×1017 | 8. | |
9. | WV | Ge | p | 1×1016 | 9. | |
10. | WV | Ge | p | 5×1016 | 10. | |
11. | WV | Ge | p | 1×1016 | 11. | |
12. | WV | Ge | p | 1×1015 | 12. | |
13. | WC | Si | n | 1×1015 | 13. | |
14. | WC | Si | n | 1×1015 | 14. | |
15. | WC | Si | n | 1×1014 | 15. | |
16. | WC | Si | n | 1×1014 | 16. | |
17. | WE | Ge | p | 1×1015 | 17. | |
18. | WE | Ge | p | 5×1015 | 18. | |
19. | WE | Ge | n | 5×1015 | 19. | |
20. | WE | Ge | n | 1×1016 | 20. | |
21. | WE | Ge | p | 1×1015 | 21. | |
22. | WE | Ge | p | 5×1015 | 22. | |
23. | WV | Si | p | 1×1017 | 23. | |
24. | WV | Si | p | 5×1017 | 24. | |
25. | WV | Si | p | 5×1017 | 25. | |
26. | WV | Si | p | 1×1016 | 26. | |
27. | WC | Si | n | 1×1015 | 27. | |
28. | WC | Si | n | 1×1016 | 28. | |
29. | WC | Si | n | 1×1017 | 29. | |
30. | WC | Si | n | 5×1017 | 30. |
Задача 1.2.
Визначити концентрацію основних і неосновних носіїв заряду, а також питомий опір домішкового напівпровідника і відношення питомої діркової і електронної провідності для умов задачі 1.1. Рухливість носіїв заряду припустити однаковою для власного і домішкового напівпровідника, тобто вплив домішок на рухливість не враховувати, а враховувати тільки вплив температури. Як зміниться результат задачі, якщо цього припущенняне робити? Виконайте ще раз всі обчислення з врахуванням впливу концентрації домішок і температури, порівняйте результати і зробіть висновки.
Задача 1.3.
При якій температурі концентрація власних носіїв заряду n i у бездомішковому напівпровіднику буде рівна концентрації основних носіїв в домішковому напівпровіднику для умов задачі 1.1. Пояснити отримані результати.
Задача 1.4.
Визначити значення дрейфового струму, що тече через стержень довжиною L см, з площею поперечного перерізу S см2,до кінців якого прикладена різниця потенціалів U В. Визначити середню дрейфову швидкість електронів і дірок. Числові значення взятиз умов задачі 1.1.
Таблиця 6.2. Варіанти задачі 1.4
№ вар. | L, см | S, см2 | U, В | № вар. | L, см | S, см2 | U, В | № вар. | L, см | S, см2 | U, В |
1. | 0,1 | 11. | 1,1 | 21. | 2,1 | ||||||
2. | 0,2 | 12. | 1,2 | 22. | 2,2 | ||||||
3. | 0,3 | 13. | 1,3 | 23. | 2,3 | ||||||
4. | 0,4 | 14. | 1,4 | 24. | 2,4 | ||||||
5. | 0,5 | 15. | 1,5 | 25. | 2,5 | ||||||
6. | 0,6 | 16. | 1,6 | 26. | 2,6 | ||||||
7. | 0,7 | 17. | 1,7 | 27. | 2,7 | ||||||
8. | 0,8 | 18. | 1,8 | 28. | 2,8 | ||||||
9. | 0,9 | 19. | 1,9 | 29. | 2,9 | ||||||
10. | 1,0 | 20. | 2,0 | 30. | 3,0 |
Задача 1.5.
Визначити густину дифузійного струму для стержня з геометричними розмірами з задачі 1.4, якщо концентрація домішок змінюється за лінійним законом від одного кінця стержня до іншого на порядок. Пояснити рівноважний стан такого стержня. Побудувати потенціальну (енергетичну) діаграму. Визначити величину і напрям внутрішнього електричного поля цього неоднорідно легованого напівпровідника. Використати числові значення умов задачі 1.1. Пояснити отримані результати.
Тема 2. Напівпровідникові діоди
Задача 2.1.
Дано: питомий опір -області германієвого p-n переходу
p, Ом×см і питомий опір n - області
n, Ом×см.
Обчислити висоту потенціального бар'єру Djкпри температурі Т Кельвіна; густину зворотного струму насичення j 0, якщо L n = L p = 1×10-3м; пряму напругу U пр, яку необхідно прикласти до переходу для одержання прямого струму густиною j, А/см2. Рухливість електронів mn і дірок mр у германії прийняти відповідно 0,39 і 0,19м2/Вс.
Таблиця 6.3. Варіанти задачі 2.1
№ вар. | rр , Ом ×см | rn, Ом×см. | Тк | j, А/см2 | № вар. | rр , Ом ×см | rn, Ом×см. | Тк | j, А/см2 |
1. | 1,5 | 16. | 1,5 | ||||||
2. | 2,0 | 17. | |||||||
3. | 2,5 | 1,5 | 18. | 2,5 | |||||
4. | 2,0 | 19. | 0,5 | ||||||
5. | 1,5 | 20. | 1,5 | 0,5 | |||||
6. | 1,0 | 21. | 0,5 | ||||||
7. | 1,0 | 2,5 | 22. | 0,75 | |||||
8. | 1,5 | 2,5 | 23. | 1,5 | 0,75 | ||||
9. | 0,5 | 24. | 0,75 | ||||||
10. | 0,5 | 1,5 | 25. | 1,5 | |||||
11. | 0,5 | 26. | |||||||
12. | 0,75 | 27. | 2,5 | ||||||
13. | 0,75 | 1,5 | 28. | ||||||
14. | 0,75 | 29. | 1,5 | ||||||
15. | 30. |
Задача 2.2.
Розрахувати і побудувати вольт-амперну характеристику ідеального напівпровідникового діода при температурі Т К і заданому зворотному струмі насичення I 0, мкА. Розрахувати і побудувати на тому ж графіку вольтамперну характеристику реального діода з врахуванням опорів емітера R Е і бази R Б, Ом. В робочій точці для заданої прямої напруги U пр В визначити теоретично і за графіками опір діода постійному струму R 0, диференціальний опір , для ідеального і реального діода. Порівняти результати і зробити висновки.
Таблиця 6.4. Варіанти задачі 2.2
№ вар. | Т к | I 0, мкА | R Е, Ом | R Б, Ом | U пр, В | № вар. | Т к | I 0, мкА | R Е, Ом | R Б, Ом | U пр, В |
1. | 0,5 | 1,5 | 0,1 | 16. | 0,4 | 0,5 | 0,25 | ||||
2. | 1,0 | 2,0 | 0,1 | 17. | 1,0 | 1,2 | 0,25 | ||||
3. | 1,5 | 2,5 | 0,1 | 18. | 1,5 | 2,0 | 0,25 | ||||
4. | 2,0 | 2,5 | 0,1 | 19. | 1,5 | 2,5 | 0,25 | ||||
5. | 1,5 | 2,0 | 0,1 | 20. | 2,0 | 3,0 | 0,25 | ||||
6. | 1,0 | 2,5 | 0,15 | 21. | 1,3 | 2,4 | 0,3 | ||||
7. | 1,5 | 2,5 | 0,15 | 22. | 0,5 | 1,5 | 0,3 | ||||
8. | 0,4 | 0,5 | 0,15 | 23. | 1,0 | 2,0 | 0,3 | ||||
9. | 0,5 | 1,5 | 0,15 | 24. | 1,5 | 2,5 | 0,3 | ||||
10. | 1,0 | 2,0 | 0,15 | 25. | 1,5 | 2,0 | 0,3 | ||||
11. | 1,5 | 2,0 | 0,2 | 26. | 1,5 | 2,5 | 0,2 | ||||
12. | 1,5 | 2,0 | 0,2 | 27. | 1,5 | 3,0 | 0,2 | ||||
13. | 1,5 | 2,5 | 0,2 | 28. | 1,0 | 1,5 | 0,2 | ||||
14. | 1,0 | 1,5 | 0,2 | 29. | 1,5 | 2,0 | 0,2 | ||||
15. | 1,0 | 2,0 | 0,2 | 30. | 1,5 | 3,0 | 0,2 |
Задача 2.3.
Розрахувати найпростішусхему без фільтра для випрямлення синусоїдальної напруги з діючим значенням, використовуючи діоди Д226Б. Скласти і розрахувати випрямне коло, що дозволяє одержувати випрямлений струм (мА), використовуючи діоди Д226Б. Намалювати обидві схеми випрямлення.
Таблиця 6.5. Варіанти задачі 2.3
№ вар. | U, В | I випр, мА | № вар. | U, В | I випр, мА | № вар. | U, В | I випр, мА |
1. | 11. | 21. | ||||||
2. | 12. | 22. | ||||||
3. | 13. | 23. | ||||||
4. | 14. | 24. | ||||||
5. | 15. | 25. | ||||||
6. | 16. | 26. | ||||||
7. | 17. | 27. | ||||||
8. | 18. | 28. | ||||||
9. | 19. | 29. | ||||||
10. | 20. | 30. |
Задача 2.4.
Для стабілізації напруги на навантаженні використовують напівпровідниковий стабілітрон з напругою стабілізації U ст, В. Визначити допущенні межі зміни напруги живлення, якщо максимальний струм стабілітрона I ст. мах, мА, мінімальний струм стабілітрона I ст. мin,мА,опір навантаження R н, кОм, опір обмежувального резистора R обм, кОм. Привести схему стабілізації. За довідником визначити тип стабілітрона.
Таблиця 6.6. Варіанти задачі 2.4
№ вар. | U ст, В | I ст.міn, мА | I ст.мах, мА | R н, кОм | R обм, кОм | № вар. | U ст, В | I ст. мах, мА | I ст. мin,мА | R н, кОм | R обм, кОм |
1. | 0,5 | 16. | 0,5 | ||||||||
2. | 0,5 | 8,3 | 0,5 | 17. | 0,5 | ||||||
3. | 0,5 | 18. | 8,1 | 0,5 | |||||||
4. | 0,5 | 19. | 0,5 | ||||||||
5. | 0,5 | 20. | 0,5 | ||||||||
6. | 0,5 | 21. | 2,5 | 0,5 | |||||||
7. | 0,5 | 22. | 2,5 | 0,5 | |||||||
8. | 0,5 | 23. | 0,5 | ||||||||
9. | 14,6 | 0,5 | 24. | 0,5 | |||||||
10. | 0,5 | 2,7 | 0,5 | 25. | 0,5 | ||||||
11. | 0,5 | 26. | 0,5 | ||||||||
12. | 0,5 | 27. | 0,5 | ||||||||
13. | 0,5 | 28. | 0,5 | ||||||||
14. | 0,5 | 29. | 0,5 | ||||||||
15. | 8,8 | 0,5 | 30. | 0,5 |
Задача 2.5.
Стабілітрон підключений для стабілізації напруги до резистора R н = 2 кОм. Знайти опір обмежувального резистора R обм, якщо напруга джерела міняється в межах, знайдених у задачі 2.4. Визначити, чи буде забезпечена стабілізація у всьому діапазоні зміни Е. Значення U ст , I ст.min, I ст.max узяти з умови задачі 2.4.
Тема 3. Транзистори
Задачі 3.1 і 3.2.
Умови задач беруться з розділу 8 „Біполярні транзистори” задачника - Терехов В.А. Задачник по электронным приборам. Учебн. пособие для вузов / В.А. Терехов - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 278 с.
Таблиця 6.7. Варіанти задачі 3.1 та 3.2
Номер вар. | Номери задач | Номер вар. | Номери задач | Номер вар. | Номери задач |
1. | 78; 154 | 11. | 90; 159 | 21. | 79; 116 |
2. | 79; 155 | 12. | 92; 112 | 22. | 80; 118 |
3. | 80; 159 | 13. | 93; 116 | 23. | 82; 128 |
4. | 82; 112 | 14. | 96; 118 | 24. | 83; 130 |
5. | 83; 116 | 15. | 97; 128 | 25. | 84; 154 |
6. | 84; 118 | 16. | 98; 130 | 26. | 85; 155 |
7. | 85; 128 | 17. | 104; 154 | 27. | 87; 159 |
8. | 87; 130 | 18. | 105; 155 | 28. | 88; 112 |
9. | 88; 154 | 19. | 106; 159 | 29. | 89; 116 |
10. | 89; 155 | 20. | 78; 112 | 30. | 90; 118 |
Задача 3.3.
Потужний транзистор, що має тепловий опір між переходом і корпусом R пк, К/Вт, повинний розсіювати потужність Р ке, Вт, при температурі навколишнього середовища Т с, 0С. Для підвищення надійності температуру переходу вирішено обмежити Т n, 0С. Між тепловідводом і корпусом транзистора міститься шайба та ізолююче силіконове змащення. Тепловий опір шайби R тш, К/Вт, а силіконове змащення зменшує його приблизно на 40%. Визначити, яка повинна бути площа тепловідвода, якщо він необхідний? Вважати, что 1 см2 металевої поверхні тепловідводу має тепловий опір 800 К/Вт.
Таблиця 6.8. Варіанти задачі 3.3
№ | R пк, К/Вт | P кэ, Вт | Т с, 0С | Т n, 0С | R тш, К/Вт | № | R пк, К/Вт | P кэ, Вт | Т с, 0С | Т n, 0С | R тш, К/Вт |
1. | 0,5 | 1,5 | 16. | 0,8 | |||||||
2. | 0,5 | 1,5 | 17. | 0,8 | |||||||
3. | 0,5 | 1,5 | 18. | 0,8 | 2,3 | ||||||
4. | 0,5 | 1,5 | 19. | 0,8 | 2,3 | ||||||
5. | 0,5 | 1,5 | 20. | 0,8 | 2,3 | ||||||
6. | 0,6 | 1,8 | 21. | 0,9 | 2,5 | ||||||
7. | 0,6 | 1,8 | 22. | 0,9 | 2,5 | ||||||
8. | 0,6 | 1,8 | 23. | 0,9 | 2,5 | ||||||
9. | 0,6 | 1,8 | 24. | 0,9 | 2,5 | ||||||
10. | 0,6 | 1,8 | 25. | 0,9 | 2,5 | ||||||
11. | 0,7 | 26. | 1,5 | ||||||||
12. | 0,7 | 27. | 1,5 | ||||||||
13. | 0,7 | 28. | 1,5 | ||||||||
14. | 0,7 | 29. | 1,5 | ||||||||
15. | 0,7 | 30. | 1,5 |
Задача 3.4.