Задача 1.2. Расчёт электронного ключа на биполярном транзисторе

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

 

Методические рекомендации

К практическим занятиям для студентов специальности                                          1-36 01 06 «Оборудование и технология сварочного производства»

Очной и заочной формы обучения

 

 

Могилев 2019

УДК 621.313

ББК 32.85

   Э 45

 

Рекомендовано к опубликованию

учебно-методическим отделом

Белорусско-Российского университета

 

Одобрено кафедрой «Физические методы контроля» «__» октября 2019 г., протокол № 2.

 

Составитель: канд. техн. наук, доц. С. В. Болотов;

                     

 

Рецензент

 

Методические рекомендации предназначены для студентов специальности 1-36 01 06 «Оборудование и технология сварочного производства»при выполнении практических занятий по дисциплине «Электротехника и электроника»

 

 

Учебно-методическое издание

 

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

 

 

Ответственный за выпуск    С.С. Сергеев

 

Технический редактор      А. А. Подошевко

 

Компьютерная верстка      Н.П. Полевничая

 

Подписано в печать                      . Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс.
Печать трафаретная. Усл.-печ. л.        . Уч.-изд. л.       . Тираж экз. Заказ №

 

Издатель и полиграфическое исполнение:

Межгосударственное образовательное учреждение высшего образования

«Белорусско-Российский университет»

Свидетельство о государственной регистрации издателя,

изготовителя, распространителя печатных изданий

№ 1/156 от 07.03.2019.

Пр-т Мира, 43, 212022, Могилев.

 

© Белорусско-Российский

университет, 2019

Содержание

1 Практическое занятие № 1. Расчёт схем на основе полупроводниковых диодов, биполярных и полевых транзисторов	4
2 Практическое занятие № 2. Расчёт схем усилителей	15
3 Практическое занятие № 3. Расчёт схем выпрямителей	20
4 Практическое занятие № 4. Расчёт схем электронных генераторов	31
5 Практическое занятие № 5. Разработка цифровых комбинационных и последовательностных устройств	37
Список литературы   Приложения	46   47

Практическое занятие № 1. Расчёт схем на основе                                               полупроводниковых диодов, биполярных и полевых транзисторов

 

Задача 1.1. Разработка схемы на основе выпрямительного диода

Разработать схему включения заданного выпрямительного диода [1-5], обеспечив протекающий через него ток I при питании от источника постоянного напряжения Е₁. Исходные данные к задаче приведены в таблице 1.1. Необходимо описать принцип работы схемы, по вольтамперной характеристике диода определить величину ограничивающего сопротивления R₁, статическое сопротивление диода R_ст в заданной рабочей точке и динамическое сопротивление R_дин при изменении напряжения Δ Е₁ =-1 В, осуществить моделирование работы схемы в среде Multisim [10,11].

 

 Таблица 1.1 – Исходные данные к задаче 1.1

Номер варианта	Тип диода	I, мА	Е1, В	ΔE1, В
1	1N3600	50	5	+1
2	1N4001	200	10	-2
3	1N4002	200	12	+2
4	1N5400	500	8	-1
5	1N5401	500	9	+3
6	1N3600	60	10	-2
7	1N4001	300	6	+1
8	1N4002	300	8	-2
9	1N5400	600	7	+2
10	1N5401	600	4	-1
11	1N3600	70	3	+1
12	1N4001	400	4	-1
13	1N4002	400	5	+1
14	1N5400	700	15	-3
15	1N5401	700	9	+2
16	1N3600	80	8	-2
17	1N4001	500	10	+3
18	1N4002	500	4	-1
19	1N5400	800	9	+2
20	1N5401	800	8	-2
21	1N3600	90	12	+3
22	1N4001	600	11	-2
23	1N4002	600	15	+3
24	1N5400	800	10	-2
25	1N5401	800	8	+2
26	1N3600	100	12	+3
27	1N4001	700	11	-2
28	1N4002	700	15	+3
29	1N5400	900	10	-2
30	1N5401	900	8	+2

Пример решения задачи 1.1.

Разработать схему включения выпрямительного диода 1N4148, обеспечив протекающий через него ток I=50 мАпри питании от источника постоянного напряжения Е₁=3 В. Определить величину ограничивающего сопротивления R₁, статическое сопротивление диода R_ст в заданной рабочей точке и динамическое сопротивление R_дин при изменении напряжения Δ Е₁ = -1 В, осуществить моделирование работы схемы в среде Multisim.

Решение.

Из справочника (приложение А) определяем основные параметры выпрямительного диода [6,7]:

I_{пр max} =150 мА; U_{обр max} =75 В; U_{пр max} =1 В.

Для обеспечения тока I=50 мА диод нужно включить в прямом направлении (+ Е₁ к аноду, а – Е₁  к катоду). Для ограничения прямого тока последовательно с диодом включается сопротивление R₁.

Разработанная схема приведена на рисунке 1.1.

 

Рисунок 1.1 – Схема подключения выпрямительного диода

 

Для решения запишем 2-ой закон Кирхгофа для цепи:

 

,

 

где U_d — падение напряжения на диоде. Это уравнение содержит две неизвестные величины: R₁ и U_d. Для определения U_d воспользуемся ВАХ диода. Для её построения в среде Multisim используем характериограф XIV1 (см. рисунок 1.2, 1.3).

Определяем U_d = 0,78 В. Тогда:

 

 Ом.

 

Принимаем из стандартного ряда Е24 (Приложение Б) R₁ = 43 Ом.

Рисунок 1.2 – Модель схемы подключения выпрямительного диода

 

Рисунок 1.3 – ВАХ выпрямительного диода

 

 Статическое сопротивление в рабочей точке определим по результатам моделирования (рисунок 1.2):

 

 Ом.

 

Для определения динамического сопротивления произведём моделирование работы схемы при Е₁ =3-1=2 В. В результате: I = 29 мА, U_d = 0,74 В.

Тогда:

 

 Ом.

 

Задача 1.2. Расчёт электронного ключа на биполярном транзисторе.

Разработать схему электронного ключа на биполярном транзисторе [1-5]. Исходные данные к задаче (напряжение питания U_П, сопротивление нагрузки R_Н, входные (управляющие) напряжения U_У, соответствующие включенному и отключенному состоянию нагрузки) приведены в таблице 1.2.

Необходимо осуществить выбор биполярного транзистора, определить и выбрать из стандартного ряда (приложение Б) сопротивление в цепи базы R_Б. Осуществить моделирование работы ключа в среде Multisim [10,11], определить длительность фронта t_ф и среза импульса t_С выходного напряжения.

 

Таблица 1.2 – Исходные данные к задаче 1.2

Номер варианта	UП, В	RH, Ом	Uу, В
1	2	3	4
1	10	5	-2,5; +2,5
2	12	5	-2; +2
3	15	5	-2; +5
4	18	5	-5; +5
5	24	5	+0,4; +5
6	10	20	-2,5; +2,5
7	12	20	-2; +2
8	15	20	-2; +5
9	18	20	-5; +5
10	24	20	+0,4; +5
11	10	50	-2,5; +2,5
12	12	50	-2; +2
13	15	50	-2; +5
14	18	50	-5; +5
15	24	50	+0,4; +5
16	10	100	-2,5; +2,5
17	12	100	-2; +2
18	15	100	-2; +5
19	18	100	-5; +5
20	24	100	+0,4; +5
21	10	150	-2,5; +2,5
22	12	150	-2; +2
23	15	150	-2; +5
24	18	150	-5; +5
25	24	150	+0,4; +5
26	10	200	-2,5; +2,5
27	12	200	-2; +2
28	15	200	-2; +5
29	18	200	-5; +5
30	24	200	+0,4; +5