Приложение В

Задачи по основным темам курса «Электроника»

1. ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ «P-N-ПЕРЕХОД»

1.1 Рассчитать токи через кремниевый p-n-переход при температурах 20 и 50^о С и при напряжении 0,55 В. Принять, что тепловой ток при температуре 25^о С равен 10^-10 А.

1.2 Рассчитать напряжения на кремниевом p-n-переход е при температурах 25 и 75^о С и при токе 10 мА. Принять, что тепловой ток при температуре 25^о С составляет 10^-12А.

1.3 Рассчитать дифференциальные сопротивления кремниевого p-n-переход а при температурах 0 и 50^о С и при нулевом приложенном напряжении. Принять, что тепловой ток при температуре 25^о С составляет 10^-11 А.

1.4 Рассчитать дифференциальные сопротивления p-n-переход а при температурах 0 и 50^о С и при токе через переход 5 мА. Принять, что тепловой ток при температуре 25^о С составляет 2×10^-11 А.

1.5 Рассчитать дифференциальное сопротивление кремниевого p-n-переход а при приложенных напряжениях 0,55 и минус 0,55 В и при температуре 25^о С. Принять, что тепловой ток при температуре 20^о С составляет 3×10^-10 А.

1.6 Рассчитать контактную разность потенциалов для кремниевого и германиевого p-n-переход ов при температуре 20^о С. Принять концентрации легирующих примесей в p и n – областях равными соответственно 3×10¹⁶ и 10¹⁵ см^-3.

1.7 Рассчитать контактную разность потенциалов и сопротивление базы диода на основе кремниевого p-n-переход а при температуре 300 К. Принять, что концентрация легирующих примесей в p и n -областях составляет соответственно 3×10¹⁶ и 10¹⁵ см^-3, площадь перехода – 0,1 см², толщина базы – 0,2 см.

1.8 Рассчитать контактную разность потенциалов и сопротивление базы диода на основе кремниевого p-n-переход а при температуре 250 К. Принять, что концентрация легирующих примесей в p- и n – областях составляет соответственно 2×10¹⁵ см^-3 и 4×10¹⁶ см^-3, площадь перехода – 0,2 см², толщина базы – 0,3 см.

1.9 Рассчитать напряжение на клеммах диода при токе 10 мА и температуре 300 К в соответствии с условием задачи 1.8. Принять, что тепловой ток при этой температуре равен 10^-11А.

1.10 Рассчитать напряжение на клеммах диода при токе 15 мА и температуре 300 К в соответствии с условиями задачи 1.7. Принять, что тепловой ток при этой температуре составляет 10^-10А.

1.11 Кремниевый p-n-переход включен в цепь, содержащую последовательно соединенные резистор номиналом 1 кОм и источник напряжения 5 В. Рассчитать ток, протекающий через переход при температуре 50^о С, если тепловой ток при температуре 25^о С составляет 10^-11 А. Сопротивлением базы пренебречь. Принять, что p-n-переход смещен в прямом направлении.

1.12 Кремниевый p-n-переход включен в цепь, содержащую последовательно соединенные резистор номиналом 0,5 кОм и источник напряжения 0,3 В. Рассчитать ток, протекающий через переход при температуре минус 20^о С, если тепловой ток при температуре 25^о С составляет 10^-10 А. Сопротивлением базы пренебречь. Принять, что p-n-переход смещен в обратном направлении.

1.13 К двум последовательно соединенным p-n-переход ам подсоединен источник напряжения 1,1 В. Тепловой ток переходов при температуре 300 К составляет соответственно 10^-10 и 3×10^-10 А. Определить ток, протекающий в цепи при этой температуре, и напряжение на каждом переходе. Принять, что оба перехода смещены в прямом направлении. Сопротивлением базы пренебречь.

1.14 К двум последовательно и встречно соединенным p-n-переход ам подсоединен источник напряжения 2,0 В. Тепловой ток переходов при температуре 300 К составляет 10^-10 А для перехода, смещенного в прямом направлении, и 3×10^-10 А – для перехода, смещенного в обратном направлении. Определить ток, протекающий в цепи при этой температуре, и напряжение на каждом переходе. Сопротивлением базы пренебречь.

1.15 Рассчитать емкость кремниевого p-n-переход а при нулевом приложенном напряжении и температуре 20^о С. Принять, что концентрация примесей в p- и n - областях составляет 10¹⁶ и 10¹⁵ см^-3 соответственно. Площадь перехода равна 0,1 см².

1.16 Рассчитать емкость кремниевого p-n-переход а при напряжении 0,56 В и температуре 300 К. Принять, что концентрация примесей в p - и n- областях составляет соответственно 3×10¹⁶ и 10¹⁵ см^-3. Время жизни носителей в базе принять равным 0,001 с, площадь перехода – 0,1 см².

1.17 Рассчитать, насколько изменится емкость кремниевого p-n-переход а при уменьшении приложенного напряжения от минус 0,5 до минус 0,9 В. Концентрация примесей в p- и n- областях равна 10¹⁵ и 2×10¹⁶ см^-3 соответственно. Температуру принять равной 300 К.

1.18 Определить, насколько изменится емкость кремниевого p-n-переход а, если температура увеличится от 30^о до 50^о С при постоянном приложенном напряжении минус 0,5 В. Концентрация примесей в p - и n- областях составляет соответственно 4×10¹⁶ и 2×10¹⁵ см^-3.

1.19 Рассчитать, насколько изменится емкость кремниевого p-n-переход а, если температура увеличится от 27^о до 50^о С при постоянном приложенном напряжении 0,57 В. Концентрация примесей в p- и n – областях составляет соответственно 2×10¹⁶ и 10¹⁵ см^-3, площадь перехода – 0,1 см². Время жизни неравновесных носителей считать не зависящим от температуры и равным 0,001 с.

1.20 В параллельном колебательном контуре в качестве конденсатора используется обратно смещенный кремниевый p-n-переход. Рассчитать, как изменится резонансная частота колебательного контура, если обратное смещение снизить от минус 0,2 В до минус 0,7 В, а индуктивность составляет 2 мкГн. Концентрация примесей в p- и n – областях перехода равна соответственно 10¹⁵ и 10¹⁶ см^-3, площадь перехода – 0,1 см², температура – 300 К.

1.21 Рассчитать, насколько необходимо изменить температуру кремниевого p-n-переход а по отношению к 300 К для того, чтобы тепловой ток увеличился в 2 раза.

1.22 К кремниевому p-n-переход у приложено обратное напряжение 0,2 В. Рассчитать, насколько необходимо изменить напряжение для того, чтобы уменьшить ширину перехода в 2 раза. Концентрация примесей в p - и n – областях равна соответственно 10¹⁵ и 3×10¹⁶ см^-3.

1.23 Кремниевый p-n-переход последовательно включен в цепь, содержащую резистор номиналом 100 кОм и источник напряжения 3 В. Переход смещен в обратном направлении. Определить, насколько изменится напряжение на клеммах резистора при увеличении температуры относительно 20^о С на один градус. Тепловой ток при температуре 300 К считать равным 10^-10 А.

1.24 Кремниевый p-n-переход последовательно включен в цепь, содержащую резистор номиналом 1 кОм и источник напряжения 5 В. Переход смещен в прямом направлении. Определить, насколько изменится напряжение на переходе при изменении температуры (20^о С) на один градус. Тепловой ток при температуре 300 К считать равным 10^-10 А.

1.25 Кремниевый p-n-переход последовательно включен в цепь, содержащую резистор номиналом 2 кОм и источник напряжения 8 В. Переход смещен в прямом направлении. Определить, насколько изменится напряжение на переходе при увеличении напряжения источника на 1 В. Температуру принять равной 300 К, тепловой ток при этой температуре равен 10^-11 А.

1.26 Рассчитать амплитуду тока в цепи кремниевого диода, если к диоду подключен источник синусоидального напряжения с действующим значением 10 мВ и частотой 100 кГц. Концентрация примесей в p- и n – областях равна соответственно 2×10¹⁵ и 3×10¹⁶ см^-3, площадь перехода – 0,1 см², ширина базы – 0,2 см, температура – 300 К.

1.27 Определить сопротивление базы кремниевого диода на основе p-n-переход а, если при приложении обратного напряжения 2 В ток равен 10^-12 А, а при приложении прямого напряжения 0,8 В ток равен 20 мА. Температуру принять равной 20^о С.

1.28 Обратный ток p-n-переход а при напряжении 2 В и температуре 20^о С составляет 10^-12 А, а при увеличении температуры до 40^о С возрастает до 10^-11 А. Определить обратный ток перехода при температуре 60^о С.

1.29 Емкость кремниевого p-n-переход а при напряжении минус 0,2 В равна 10^-8 Ф, а при напряжении минус 0,8 В равна 7×10^-9 Ф. Рассчитать емкость перехода при нулевом напряжении на переходе, если концентрация примесей в p- и n – областях составляет соответственно 2×10¹⁵ и 3×10¹⁶ см^-3.

1.30 p-n-переход включен последовательно в цепь, содержащую резистор номиналом 100 кОм и источник напряжения. Переход смещен в обратном направлении. Определить величину напряжения источника, при котором обратный ток отличается от теплового на 1%, если тепловой ток составляет 10^-7 А. Температуру принять равной 20^о С.

1.31 p-n-переход, зашунтированный резистором номиналом 50 Ом, включен в цепь, содержащую последовательно включенный резистор 100 Ом и источник напряжения 5 В. Определить ток, потребляемый от источника, если переход смещен в прямом направлении, а тепловой ток равен 10^-8 А. Температура равна 300 К.

1.32 Диод на основе p-n-переход а имеет сопротивление базы 30 Ом, тепловой ток 10^-10 А, сопротивление утечки 10⁸ Ом. Рассчитать токи через диод при приложении напряжения 1 В и минус 1 В. Температуру принять равной 20^о С, сопротивление утечки считать не зависящим от приложенного напряжения.

1.33 Прямой ток через p-n-переход при температуре 20^о С составляет 1 мА, а при температуре 40^о С увеличивается до 1,2 мА. Приложенное к переходу напряжение при этом остается постоянным и составляет 0,55 В. Определить ширину запрещенной зоны полупроводникового материала, из которого изготовлен переход. Сопротивление базы принять равным нулю.

2. ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ «ТРАНЗИСТОРЫ»

2.1 Биполярный транзистор включен по схеме с общим эмиттером. Ток базы равен 100 мкА, ток коллектора при напряжении на коллекторе 5 и 10 В составляет соответственно 3 и 3,1 мА. Оценить входное и выходное дифференциальные сопротивления. Температуру принять равной 300 К, сопротивление базы транзистора считать равным нулю.

2.2 Биполярный транзистор включен по схеме с общим эмиттером. Ток коллектора при напряжении коллектора 2,5 В и токе базы 100 мкА составляет 5 мА, а при увеличении напряжения коллектора до 8 В линейно возрастает и достигает 5,3 мА. Рассчитать напряжение и ток коллектора, если в цепь коллектора включены источник напряжения 8,5 В и резистор номиналом 1 кОм (рис.2.3). Рассчитать величину номинала резистора, включенного между источником коллекторного напряжения и базой, обеспечивающего заданный ток базы. Температуру принять равной 300 К.

2.3 Решить задачу 2.2. при условии, что в цепь эмиттера включен резистор номиналом 0,25 кОм.

2.4 Биполярный транзистор включен по схеме с общим эмиттером. В цепь коллектора включены источник напряжения 6 В и резистор номиналом 1,5 кОм. Ток коллектора при напряжении коллектора 3 В и токе базы 50 мкА равен 2 мА, а при увеличении напряжения коллектора до 7 В линейно возрастает до 2,3 мА. Рассчитать мощность, рассеиваемую коллектором.

2.5 Кремниевый биполярный транзистор включен по схеме с общим эмиттером. Ток коллектора при напряжении источника питания 10 В и токе базы 75 мкА составляет 8 мА. Рассчитать величину резистора, включенного между источником напряжения и базой транзистора и обеспечивающего указанный режим при температуре 27^о С. Определить, как изменится ток эмиттера при рассчитанном сопротивлении, если температура повысится до 50^о С. Тепловой ток эмиттерного перехода принять равным 10^-10 А при температуре 20^о С. Принять, что коэффициенты передачи тока базы и эмиттера от температуры не зависят.

2.6 Биполярный транзистор включен в схему усилительного каскада с разделенной нагрузкой и базовым делителем (рис.2.4). Ток базы равен 50 мкА, ток коллектора равен 3,5 мА. Сопротивление резистора в эмиттерной цепи составляет 0,5 кОм. Рассчитать сопротивление базового делителя, обеспечивающее заданный режим транзистора при температуре 20^о С. Напряжение питания коллекторной цепи равно 15 В, тепловой ток эмиттерного перехода равен 10^-9 А, входное сопротивление каскада должно быть максимально возможным.

2.7 Биполярный транзистор включен по схеме с общим эмиттером. Ток коллектора при напряжении коллектора 3 В составляет 4,4 мА и при увеличении напряжения до 8 В линейно возрастает до 5,3 мА. Найти значение сопротивления, включенного в цепь коллектора вместе с источником напряжения 12 В, при котором ток коллектора равен 5 мА. Рассчитать мощность, рассеиваемую коллектором для этого режима.

2.8 Биполярный транзистор включен по схеме с общей базой. Коэффициент передачи тока эмиттера равен 0,95, тепловой ток коллектора при 20^о С равен 10^-7 А, ток эмиттера равен 1 мА. Найти напряжение коллектора, при котором ток коллектора равен нулю. Влиянием коллекторного напряжения на ширину базы и на коэффициент передачи тока эмиттера пренебречь.

2.9 Биполярный транзистор включен по схеме с общим эмиттером. При напряжении коллектора 10 В и токе базы 100 мкА ток коллектора составляет 5 мА. Тепловые токи коллекторного и эмиттерного переходов при температуре 20^о С равны соответственно 3·10^-8 и 10^-8 А. Определить коллекторное напряжение, при котором ток коллектора снизится по сравнению с указанным на 30%. Считать, что коллекторное напряжение не влияет на ширину базы и коэффициент передачи тока базы.

2.10 При условиях, аналогичных задаче 2.9, определить ток коллектора при напряжении коллектора минус 0,2 В.

2.11 При условиях, аналогичных задаче 2.8, определить напряжение на коллекторе при токе коллектора, равном 0,4 мА. Ток эмиттера принять равным 0,5 мА.

2.12 При условиях, аналогичных задаче 2.9, определить ток коллектора, если в цепь коллектора включен резистор номиналом 3 кОм, а напряжение источника питания составляет 10 В.

2.13 Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и n -каналом имеет напряжение отсечки, равное –1,5 В. В режиме насыщения при напряжении затвора минус 1,0 В ток стока равен 1 мА. Определить ток стока и крутизну транзистора в режиме насыщения при нулевом напряжении затвора. Выходную дифференциальную проводимость принять равной нулю.

2.14 В полевом транзисторе с управляющим p-n-переход ом и n -каналом, работающем в режиме насыщения, ток стока при нулевом напряжении затвора равен 3 мА, напряжение отсечки равно минус 0,8 В. Определить ток и крутизну транзистора в режиме насыщения при напряжении затвора минус 0,3 В. Выходную дифференциальную проводимость принять равной нулю.

2.15 В полевом транзисторе с индуцированным n -каналом в режиме насыщения крутизна равна 1,8мА/В при напряжении затвора 1,5В, пороговое напряжение равно 0,65В. Рассчитать ток стока и крутизну в режиме насыщения при напряжении затвора 1,8В. Выходную дифференциальную проводимость принять равной нулю.

2.16 Полевой транзистор с управляющим p-n-переход ом, работающий в режиме насыщения, имеет напряжение отсечки минус 1,5 В, ток стока при напряжении затвора минус 0,5 В составляет 4 мА. Определить напряжение насыщения стока при напряжении затвора минус 0,2 и минус 0,4 В.

2.17 Полевой транзистор с управляющим p-n-переход ом и n -каналом имеет напряжение отсечки минус 0,8 В, ток стока при нулевом напряжении затвора равен 2 мА. В цепь стока включен резистор номиналом 1 кОм. Определить минимальное напряжение источника питания в цепи стока, при котором транзистор продолжает работать в режиме насыщения, если напряжение затвора при этом составляет минус 0,3 В.

2.18 Полевой транзистор с управляющим p-n-переход ом и p -каналом имеет напряжение отсечки 0,9 В, ток стока при нулевом напряжении затвора равен 2,1 мА. В цепь стока включен резистор номиналом 2 кОм, в цепь истока включен резистор номиналом 400 Ом, затвор заземлен. Определить, обеспечивается ли режим насыщения транзистора при напряжении источника питания минус 4,5В. Найти соответствующие этому режиму напряжение затвор-исток и ток стока.

2.19 Для полевого транзистора с управляющим p-n-переход ом и n -каналом переход к режиму насыщения при нулевом напряжении затвора наступает при напряжении стока 1,3В. Найти, при каком напряжении стока наступает режим насыщения, если напряжение затвора равно минус 0,5В. Рассчитать в этом режиме ток стока и крутизну.

Игнатов Александр Николаевич

Калинин Сергей Васильевич

Савиных Валерий Леонидович

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Учебное пособие

Редактор: Н.Е. Фадеева

Корректор: Д.С. Шкитина