Контрольная работа по "Физике"

Поскольку дырки  в базе являются неосновными носителями зарядов, а ширина базы меньше диффузионной длины, на которую успевают продвинуться дырки до рекомбинации (нейтрализации) с электронами, то подавляющее большинство дырок, инжектированных из эмиттера в базу, создадут диффузионный ток в направлении к коллекторному п-р переходу и там, попадая в электрическое поле закрытого коллекторного перехода, создадут дрейфовый ток, вызывая резкое увеличение коллекторного тока. В силу закона электрической нейтральности заряды дырок, прошедших из эмиттера через базу в коллектор, будут компенсированы свободными электронами, приходящими в коллектор из внешней цепи и создающими в ней ток коллектора I_К.

Электроны, являющиеся основными носителями зарядов в  базовой области транзистора, под  действием электрического поля источника  ЭДС Е_э пройдут через эмиттерный п-р переход и создадут ток базы транзистора

Одной из характеристик  транзистора является коэффициент передачи по току а = (при U=const).Как правило, а = 0,92-0,99.

Если не учитывать  очень малый по величине тепловой ток коллектора I_кбо, то можно в соответствии с первым законом Кирхгофа написать: 

откуда 

или 

4. Схема включения транзистора с общей базой.

Схема с общей базой  «ОБ» (рис. 5) названа так потому, что базовый электрод транзистора VT является общим для входной и выходной цепей транзистора. В схеме с общей базой входной ток равен току эмиттера I_Э, который обычно на один-два порядка больше тока базы I_S, поэтому входное сопротивление транзистора мало. Усиление по току отсутствует, так как I_К<I_Э.

Рис. 5. Схема включения транзистора с общей базой; (R_H - сопротивление нагрузки, R_x - сопротивление между эмиттером и базой)

Коэффициент усиления по току: 

Усиления по току не происходит, так как К_i< 1.

Коэффициент усиления по напряжению: 

Определим R_вх: 
 

Усиление по напряжению происходит, так как  K_u >1.

Коэффициент усиления по мощности: 

Усиление по мощности происходит, так как К_P>1.

Схема с общей  базой применяется в некоторых  усилителях сигналов с трансформаторной связью между каскадами. Недостатком схемы является трудность согласования большого выходного сопротивления предыдущего каскада с малым входным сопротивлением последующего каскада.

5. Схема включения транзистора с общим эмиттером.

Схема с общим эмиттером  «ОЭ» (рис. 6) является наиболее распространенной схемой включения транзистора. Во входной цепи протекает сравнительно маленький ток базы i_Б, поэтому входное сопротивление транзисторов VT в схеме с ОЭ достаточно велико.

Рис. 6. Схема включения транзистора с общей эмиттером; (R_H - сопротивление нагрузки, R_x - сопротивление между эмиттером и базой)

Выходное сопротивление  меньше, чем в схеме с общей  базой, что позволяет осуществить  согласование между каскадами усилителя без применения согласующих трансформаторов.

Коэффициент усиления по току: 

Ток в схеме  с общим эмиттером усиливается, так как K_i>1.

Коэффициент усиления по напряжению: 

Определим R_вх: 

так как  

так как R_H >>R_ЭБ, то напряжение в схеме с общим эмиттером усиливается, К_и>1.

Коэффициент усиления по мощности: 

Мощность также  усиливается, так как К_P>1.

Схема с «ОЭ» широко применяется в усилительных каскадах, так как усиливаются ток, напряжение и мощность.

Схема с общим  эмиттером «ОЭ», называемая также "усилителем напряжения" или "инвертором", изображена на рис. 7.

Рис. 7. Схема с общим эмиттером (инвертор)

В данной схеме  эмиттер соединён с землёй, поэтому  изменение напряжения на базе от 0 до 0,4 В (что то же самое, что и изменение U_БЭ) приведёт к изменению выходного напряжения на коллекторе транзистора Uk  от +U до -0 В.

Усилителем напряжения эту схему называют потому, что  коэффициент усиления входного сигнала  К_и >>1. Типовое значение К_и составляет 30 ÷ 120.

Если на вход инвертора подать электрический  сигнал в виде прямоугольного импульса, то на выходе получим также прямоугольный  импульс, но "перевёрнутый" на 180°. 

6. Схема включения транзистора с общим коллектором.

Схема с общим коллекторам  «ОК» (рис. 8) отличается малым выходным сопротивлением, так как в выходной цепи течет ток эмиттера i_Э. Входное сопротивление большое, так как входным является ток базы. Схема с общим коллектором, называемая «эмиттерным повторителем», применяется в усилителях в качестве согласующего элемента между нагрузкой с малым сопротивлением и выходом предыдущего каскада, обладающим большим выходным сопротивлением. Усиления по напряжению транзистор в схеме с общим коллектором не даёт.

Рис. 8. Схема включения транзистора с общей коллектором; (R_H - сопротивление нагрузки, R_x - сопротивление между эмиттером и базой)

Коэффициент усиления по току: 

Усиление тока происходит, так как К_i>1.

Коэффициент усиления по напряжению: 

Определим R_вх из второго закона Кирхгофа для замкнутой цепи (рис. 8): 

откуда: 

так как R_ЭБ<<R_Н, то 
 

Напряжение в  схеме с «ОК» не усиливается, так  как К_и=1. Схема работает как согласующий усилитель.

Коэффициент усиления по мощности: 

Мощность схемы  усиливается, так как К_Р >1.

Схема с общим  коллектором используются как согласующий усилитель с большим входным сопротивлением.

Схема с общим  коллектором, называемая также "эмиттерным повторителем" или "усилителем мощности", изображена на рис. 9.

Рис. 9. Схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель)

В данной схеме  для того, чтобы транзистор был "открыт", напряжение , на базе U_Б должно быть на 0,4 В больше напряжения на эмиттере U_Э. Из этого следует, что если U_Б будет равно 0, то напряжение на эмиттере U_Э также будет равно 0. Если на базу подать напряжение + U_Б (U_Б > 0,4 В), то напряжение на эмиттере будет равно U_Э = U_Б- U_БЭ, где U_БЭ изменяется в диапазоне от 0 до 0,4 В. Таким образом, напряжение на эмиттере U_Э "повторяет" с точностью до U_БЭ напряжение на базе U_Б.

Коэффициент усиления эмиттерного повторителя К_u<1. Типовое значение К_u составляет 0,8-0,95. Усилителем мощности данную схему называют потому, что мощность выходного сигнала Р_вых, получаемого на нагрузке R_Н, может быть значительно больше мощности входного сигнала Р_вх: 

так как i_Э >> i_Б, то Р_вых>>Р_вх.

Если на вход повторителя подать электрический  сигнал в виде прямоугольного импульса, то на выходе получим так же прямоугольный  импульс, по форме повторяющий входной  сигнал.

7. Однополупериодный  выпрямитель, принцип  действия, коэффициент  пульсации выпрямленного  тока.

Схема однополупериодного выпрямителя (рис. 10) включает однофазный трансформатор TV, во вторичную обмотку которого включены последовательно диод VD и нагрузочное сопротивление R_H. Первичная обмотка трансформатора присоединена к сети переменного тока. При подаче переменного напряжения на первичную обмотку трансформатора напряжение на зажимах его вторичной обмотки также будет переменным. Если напряжение на первичной обмотке является синусоидальным (), мгновенное напряжение на вторичной обмотке трансформатора при этом будет меняться во времени по синусоидальному закону (). Диод, как известно, проводит электрический ток только в том случае, когда его анод относительно катода будет иметь положительный потенциал. Поэтому ток в цепи (вторичная обмотка трансформатора TV, диод VD, нагрузка R_H) будет протекать только в одном направлении, т.е. в течение положительного полупериода переменного напряжения и₁ на первичной обмотке трансформатора.

Рис. 10. Принципиальная схема однополупериодного выпрямителя переменного тока: и₁, и₂, i₁, i₂ - мгновенные значения напряжения и тока первичной и вторичной обмоток трансформатора соответственно.

В результате этого  ток, протекающий в цепи нагрузки, оказывается пульсирующим, неизменным по направлению, но изменяющимся по величине во времени. Временные диаграммы изменения напряжений и токов, соответствующих однофазному однополупериодному выпрямителю, представлены на рис. 11.

Рис. 11. Временные диаграммы токов и напряжений однофазного однополупериодного выпрямителя.

Из рис. 11 видно, что рассматриваемое выпрямительное устройство характеризуется значительными пульсациями выпрямленного тока i₂ и напряжения на нагрузке и_н.

Максимальное  значение тока, проходящего через  диод: 

где U_2т, U₂ - максимальное и действующее значения напряжений.

Мгновенное значение тока i₂, после разложения в гармонический ряд Фурье имеет вид: 

Первое слагаемое  этого ряда 

представляет  собой среднее значение тока нагрузки за период Т' и называется постоянной составляющей выпрямленного тока. Амплитуда первой гармоники гармонического ряда Фурье 

называют переменной составляющей выпрямленного тока (основной гармоникой), она имеет частоту ω напряжения на входе трансформатора (сети). Остальные слагаемые ряда называют составляющими высших гармоник. Амплитуды высших гармоник относительно невелики, поэтому при анализе их можно не учитывать.

Среднее выпрямленное напряжение на нагрузке:  

Уравнение связывает среднее выпрямленное напряжение U_cp со вторичным действующим значением напряжения трансформатора U₂. 

Действующее значение тока I₂ во вторичной обмотке трансформатора TV находят как среднеквадратичное значение тока за период T: 
 

Максимальное  обратное напряжение U_обр.т диода равно амплитудному значению вторичного напряжения трансформатора, так как в отрицательный полупериод ток равен нулю и падения напряжения на R_H нет. 

Качество выпрямления  оценивается коэффициентом пульсации.

Для рассматриваемого однополупериодного однофазного выпрямителя: 

Это означает, что  амплитуда A₁ переменной составляющей выпрямленного тока в 1,57 раза больше постоянной составляющей I_ср.

Диод в схеме  должен выдерживать максимальное обратное напряжение выпрямителя, т.е. при выборе вентиля для выпрямителя следует выбирать 

Однополупериодный выпрямитель имеет низкую эффективность из-за высокой пульсации выпрямленного напряжения и находит ограниченное применение.