Электроника и цифровая схемотехника

Электроника и цифровая схемотехника

Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов технических специальностей заочной формы обучения

(вариант I)

Составитель: А.Э. Сидорова, ст. преподаватель

Тюмень

ТИУ

2019

Электроника и схемотехника: методические указания к выполнению контрольной работы (вариант I) для студентов технических специальностей заочной формы обучения / сост. А. Э. Сидорова; Тюменский индустриальный университет.– Тюмень: Издательский центр БИК, ТюмГНГУ, 2019.– 19 с.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры кибернетических систем

«_____» _____________ 2019 года, протокол №___.

Аннотация

Методические указания к выполнению контрольной работы (вариант I) предназначены для студентов, обучающихся по техническим специальностям. Дисциплина изучается в одном или двух семестрах.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1. Задание на контрольную работу 5

2. Задача №1 5

3.Задача №2 8

4. Задача №3 9

5. Список использованных источников. 10

Приложение А 12

Приложение Б 13

Введение

Цель и задачи контрольной работы

Предмет «Физические основы электроники» занимает особое место в системе подготовки специалистов технических направлений. Знания, умения, навыки, полученные студентами при изучении данной дисциплины, являются основой для успешного усвоения учебного материала большинства спецдисциплин, так как рассматриваемые электронные приборы и схемы являются элементами электроники, силовой электроники и схемотехники.

Программа дисциплины базируется на знаниях, полученных в курсах «Физи-ка», «Математика», «Теоретические основы электротехники». В результате изучения дисциплины студент должен:

В результате выполнения контрольной работы студент должен

знать:

- принципы работы основных электрических узлов и схем, особенности их применения, их рабочие характеристики;

- элементную базу современных полупроводниковых устройств;

- базовые элементы электроники, их свойства и сравнительные характеристики;

- параметры и характеристики полупроводниковых приборов.

уметь:

- читать электрические и электронные схемы;

- измерять характеристики приборов и схем;

- рассчитывать параметры, элементы электрических и электронных уст-

ройств;

- работать со справочниками по электронным приборам и интегральным схемам.

владеть:

- способность анализировать работу электронных схем в нормальном режиме;

- умением принимать решения при выборе и анализе различных электронных элементов.

Порядок защиты контрольной работы

В начале семестра выдается задание на контрольную работу, в течение сессии студенты выполняют работу, делают расчеты, затем оформляют контрольную работу в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-2001 «Отчёт о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления». Перед выполнением домашней контрольной работы студенты должны ознакомиться с курсом лекций, а затем с методическими указаниями, следование которым является обязательным. Затем студенты предоставляют пояснительную записку к контрольной работе. После проверки правильности оформления и расчета студенты отвечают на вопросы..

1. Задание на контрольную работу:

Задание на контрольную работу содержит 2 теоретических вопроса, ответы на которые студенты изыскивают самостоятельно, используя доступные им информационные ресурсы, а так же 2 практических задания, которые представляют собой работу, в основном, со справочной литературой и простейшие расчеты электронных схем.

Требования, предъявляемые к выполнению контрольной работы:

1. Контрольная работа выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-2001 «Отчёт о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления». Оформляется виде пояснительной записки формата А4 в пластиковой обложке либо, в крайнем случае, в отдельной тетради. На титульном листе (обложке) указывается наименование направления обучения, дисциплины, фамилию, имя и отчество студента, фамилия и должность преподавателя, номер варианта.

Пример титульного листа приведен в приложении А.

2. Ряды номинальных базовых электронных элементов приведены в приложении Б. В соответствии с рядом Е24 необходимо привести к номинальному значению все сопротивления в расчете.

3. При оформлении каждой задачи следует приводить полную запись условия за-дачи, таблицу с исходными данными своего варианта, исходную схему с принятыми буквенными обозначениями. Все элементы схем, приводимые в работе, должны быть начерчены в строгом соответствии с требованиями стандартов. Под всеми рисунками указывается их название и ставится порядковый номер.

4. При оформлении контрольной работы нужно указать необходимые расчётные формулы. Расчёты должны сопровождаться пояснительным текстом. Числовые зна-чения величин следует подставлять в основных единицах. Окончательный результат расчёта должен быть вычислен с точностью до трёх значимых цифр. В конце работы необходимо привести список использованной литературы.

Задача №1

Ответьте на следующие теоретические и практические вопросы:

№ варианта	Вопрос
011	1. Кинетические процессы в полупроводниках: тепловые движения электронов, средняя скорость и энергия теплового движения.
	2. Привести рабочую схему биполярного транзистора прямой проводимости (p-n-p), включенного в схеме с ОБ в активном динамическом режиме.
021	1. Диффузионный и дрейфовые токи в полупроводниках.
	2. Привести рабочую схему биполярного транзистора прямой проводимости (p-n-p), включенного в схеме с ОЭ в активном динамическом режиме.
031	1. Общие сведения о материалах электронной техники.
	2. Привести рабочую схему биполярного транзистора прямой проводимости (p-n-p), включенного в схеме с ОК в активном динамическом режиме.
041	1. Концентрация носителей в собственных и примесных полупроводниках, ее зависимость от температуры и степени легирования.
	2. Привести рабочую схему биполярного транзистора обратной проводимости (n-p-n), включенного в схеме с ОБ в активном динамическом режиме.
051	1. Контактные явления в полупроводниках, физические процессы в p-n переходе.
	2. Привести рабочую схему биполярного транзистора обратной проводимости (n-p-n), включенного в схеме с ОЭ в активном динамическом режиме.
061	1. Электронно - дырочный переход в состоянии равновесия. Контактная разность потенциалов и ширина запорного слоя.
	2. Привести рабочую схему биполярного транзистора обратной проводимости (n-p-n), включенного в схеме с ОК в активном динамическом режиме.
071	1. Прямое и обратное включение p-n перехода.
	2. Привести рабочую схему биполярного транзистора обратной проводимости (n-p-n), включенного в схеме с ОБ, в режиме отсечки.
081	1. Вольт- амперные характеристики (ВАХ) p-n перехода.
	2. Привести рабочую схему биполярного транзистора обратной проводимости (n-p-n), включенного в схеме с ОЭ в режиме отсечки.
091	1. Вольт – амперная характеристика реального p-n перехода. Влияние температуры на ВАХ диода.
	2. Привести входную характеристику биполярного транзистора с ОБ. Привести пояснения построения.
101	1. Основные параметры диода: дифференциальное сопротивление и сопротивление постоянному току, емкость диода.
	2. Привести выходную характеристику биполярного транзистора с ОБ. Привести пояснения построения.
111	1. Лавинный, туннельный и тепловой пробой.
	2. Привести входную характеристику биполярного транзистора с ОЭ. Привести пояснения построения.
121	1. Стабилитроны и их температурные свойства. Параметрический стабилизатор напряжения
	2. Привести выходную характеристику биполярного транзистора с ОЭ. Привести пояснения построения.
131	1. Варикапы, диоды с барьером Шоттки
	2. Привести Т-образную схему замещения транзистора с ОБ.
141	1. Устройство и принцип действия диффузионного биполярного транзистора
	2. Привести Т-образную схему замещения транзистора с ОЭ.
151	1. Физические процессы и токи в транзисторе. Модуляция ширины базы.
	2. Привести входную характеристику биполярного транзистора с ОЭ. Привести пояснения построения.
161	1. Основные режимы работы транзистора: активный, отсечки, насыщения, инверсии
	2. Привести вольт-амперную характеристику p-n перехода (диода).
171	1. Схемы включения транзистора и их сравнительные характеристики.
	2. Привести вольт-амперную характеристику стабилитрона.
181	1. Статические характеристики в схемах с общей базой, общим эмиттером.
	2. Привести рабочую схему включения параметрического стабилизатора.
191	1. Влияние температуры на характеристики транзистора.
	2. Привести схему уровней энергии, или зонную энергетическую диаграмму, для металла.
201	1. Усилительный каскад на биполярном транзисторе.
	2. Привести схему уровней энергии, или зонную энергетическую диаграмму для диэлектриков. Дать пояснения.
211	1. Графическое представление усилительного режима. Линия нагрузки. Рабочая точка.
	2. Привести схему уровней энергии, или зонную энергетическую диаграмму для полупроводников. Дать пояснения.
221	1. Частотные свойства транзисторов. Дрейфовый транзистор. Конструктивные особенности СВЧ транзисторов.
	2. Привести рабочую схему биполярного транзистора прямой проводимости (p-n-p), включенного в схеме с ОБ в активном динамическом режиме.
231	1. Устройство и принцип действия полевого транзистора с управляющим p-n переходом
	2.. Привести рабочую схему биполярного транзистора прямой проводимости (p-n-p), включенного в схеме с ОЭ в активном динамическом режиме.
241	1. Физические процессы и токи в полевом транзисторе.
	2. Привести рабочую схему биполярного транзистора прямой проводимости (p-n-p), включенного в схеме с ОК в активном динамическом режиме.
251	1. Полевой транзистор. Статические характеристики. Схемы включения.
	2. Привести рабочую схему биполярного транзистора прямой проводимости (p-n-p), включенного в схеме с ОК в активном динамическом режиме.
261	1. Полевые транзисторы с изолированным затвором, с плавающим затвором, с затворов Шоттки.
	2. Привести рабочую схему биполярного транзистора обратной проводимости (n-p-n), включенного в схеме с ОБ в активном динамическом режиме.
271	1. Основные параметры полевых транзисторов: крутизна, статический коэффициент усиления по напряжению, входные и выходные сопротивления.
	2. Привести рабочую схему биполярного транзистора обратной проводимости (n-p-n), включенного в схеме с ОЭ в активном динамическом режиме.
281	1. Эквивалентная схема замещения полевого транзистора. Сравнительная характеристика полевых и биполярных транзисторов. Основные параметры полевых транзисторов: крутизна, статический коэффициент усиления по напряжению, напряжение по отсечки, входные и выходные сопротивления
	2. Привести рабочую схему биполярного транзистора обратной проводимости (n-p-n), включенного в схеме с ОБ в режиме отсечки.
291	1. Устройство и принцип действия динистора. Вольт – амперные характеристики.
	2. Привести рабочую схему биполярного транзистора обратной проводимости (n-p-n), включенного в схеме с ОЭ в режиме отсечки.
301	1. Устройство и принцип действия тиристора, симистора. Вольт – амперные характеристики.
	2. Привести выходную характеристику биполярного транзистора с ОЭ. Привести пояснения построения.

Методические рекомендации по выполнению задачи №1

1. Приведите условие задачи и номер вашего варианта в виде таблицы.

2. Приведите ответ на первый вопрос используя доступные информационные ресурсы. Ответ должен содержать, при необходимости, схемы, графики, эпюры. Все приведенные рисунки должны быть хорошо читаемы и пронумерованы.

3. В ответе на второй вопрос воспользуйтесь доступными графическими редакторами (например, Paint). Рисунок должен иметь сквозную нумерацию в пределах всей контрольной работы. Если требуется по условию задачи, дайте необходимые письменные пояснения к рисунку.

Задача №2

Нарисуйте схему включения p-n перехода, соответствующую заданному состоянию. Покажите токи, протекающие через p-n переход, их направление и соотношение, укажите порядок величины результирующего тока.

№ варианта	Состояние p-n перехода
011	Прямое включение
021	Обратное включение
031	Равновесное состояние
041	Прямое включение
051	Обратное включение
061	Равновесное состояние
071	Прямое включение
081	Обратное включение
091	Равновесное состояние
101	Прямое включение
111	Обратное включение
121	Равновесное состояние
131	Прямое включение
141	Обратное включение
151	Равновесное состояние
161	Прямое включение
171	Обратное включение
181	Равновесное состояние
191	Прямое включение
201	Обратное включение
211	Равновесное состояние
221	Прямое включение
231	Обратное включение
241	Равновесное состояние
251	Прямое включение
261	Обратное включение
271	Равновесное состояние
281	Прямое включение
291	Обратное включение
301	Равновесное состояние

Методические рекомендации по выполнению задачи №2

1. Приведите условие задачи и номер вашего варианта в виде таблицы.

2. Нарисуйте заданную схему включения p-n перехода с указанием на ней запирающего слоя, направления движения основных и неосновных носителей заряда. Воспользуйтесь доступными графическими редакторами (например, Paint). Рисунок должен иметь сквозную нумерацию в пределах всей контрольной работы.

3. Укажите приблизительную величину результирующего тока, протекающего через p-n переход в заданном состоянии.

Задача №3

По исходным данным, приведенным в таблице, определить ток в цепи (Iд), состоящей из источника напряжения Е, сопротивления балластного резистора R и диода. Рабочая точка диода находится на прямой ветви его вольт-амперной характеристики. Требуется привести рабочую схему диода.

№ варианта	Напряжение источника питания Е, В	Сопротивление балластного резистора R, кОм	Обратный ток диода Iобр, мкА	Температура T, °К
011	5	0, 5	0, 1	300
021	4	3	0, 09	200
031	3	1, 5	0, 08	200
041	6	2	0, 07	300
051	7	2	0, 6	200
061	8	3	0, 5	300
071	9	1	0, 4	200
081	10	0, 5	0, 3	200
091	12	2	0, 2	300
101	7	1, 5	0, 2	200
111	6	3	0, 1	300
121	5	2	0, 09	200
131	4	1	0, 08	200
141	3	1	0, 07	300
151	10	2	0, 06	200
161	12	0, 5	0, 5	300
171	5	1	0, 4	200
181	6	1, 5	0, 3	200
191	7	2	0, 2	300
201	8	2	0, 2	200
211	9	3	0, 1	300
221	12	1	0, 09	200
231	10	0, 5	0, 08	200
241	3	2	0, 07	300
251	4	1, 5	0, 6	200
261	5	3	0, 5	300
271	6	2	0, 4	200
281	7	1	0, 3	200
291	8	1	0, 2	300
301	9	2	0, 2	200

Методические рекомендации по выполнению задачи №3

Задача решается графо – аналитическим методом.

1. Используя значения Iобр и задаваясь напряжением диода (U = 0, 1В; 0, 2В; 0, 3В; 0, 4В; 0, 5В; 0, 6В; 0, 7В) построить вольт-амперную характеристику (график, являющийся прямой ветвью ВАХ диода или p-n перехода) в соответствии с аналитическим выражением:

где е = 1, 6·10^-19 Кл – заряд электрона;

k = 1, 38·10^-23 Дж/К – постоянная Больцмана

2. На полученном графике построить нагрузочную прямую, используя уравнение:

Нагрузочная прямая строится по точкам: если I = 0, то U = Е, если U = 0, то I = E/R. Точка пересечения нагрузочной прямой с вольт-амперной характеристикой (на рисунке обозначена цифрой 1) и есть решение задачи. (Ток Iд определяется приблизительно).

Решение задачи имеет вид:

3. Далее строится рабочая схема включения диода.

Приложение А

Пример титульного листа

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тюменский ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ университет»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К контрольной работе

по дисциплине «Электроника и цифровая схемотехника»

вариант ⁪ ⁪ ⁪ ⁪

Выполнил:

студент группы ⁪ ⁪ ⁪ ⁪

Иванов Н.А.

Проверила:

Ст. преподаватель каф. КС

Сидорова А. Э.

Дата защиты_____________ Оценка___________

Тюмень 2019

Приложение Б

электроника и цифровая схемотехника