Связь между током, напряжением и сопротивлением в цепи

К практическим занятиям

И расчетно-графическим работам

по дисциплине (разделу) “ Электроника ”

 

для студентов специальностей:

160400, 160801 – Ракетостроение,

151001, 151900 - Технология машиностроения,

230101 – Автоматизация систем обработки информации и управления

 

 

ИЖЕВСК

 

УДК 621.382

C 25

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

 

К практическим занятиям и расчетно-графическим работам

по дисциплине (разделу) “ Электроника ”

 

для студентов специальностей:

160400, 160801 – Ракетостроение,

151001, 151900 - Технология машиностроения,

230101 – Автоматизация систем обработки информации и управления.

 

-Ижевск: изд-во ИжГТУ, 2013. - 68 с.

 

Составитель М.А. Святский, к.т.н., доцент.

 

Рецензент Ф.А. Уразбахтин, д.т.н., профессор каф. Ракетостроение ВФ Иж ГТУ.

 

Рекомендовано к изданию на заседании кафедры “Ракетостроение”

Воткинского филиала ИжГТУ от 10.02.2013 г.

 

В методических рекомендациях кратко изложены теоретические положения

и даны примеры решения задач по изучаемым темам дисциплины (раздела)

“Электроника” для последующего выполнения расчетно-графических работ.

 

©Издательство ИжГТУ, 2013

©М.А. Святский

ВВЕДЕНИЕ

 

Методические рекомендации по дисциплине (разделу) “ Электроника ” представляют собой сборник практических занятий и заданий, и предназначены для студентов технических и ракетных специальностей.

В данном материале изложены общие способы многовариантного решения задач, с целью лучшего понимания материала. Примеры отражают практическую сторону расчета параметров электрических цепей разной сложности.

Цель методических рекомендаций – научить студентов правилам выполнения расчета, а также приобретение умений и навыков анализа электрических цепей.

Тренировка при решении задач позволяет студенту успешно преодолеть трудности, возникающие при изучении раздела электротехника.

Решение задач помогает понять физические явления, происходящие в электрических цепях, закрепить в памяти способы расчета, укрепить навыки практического применения теоретических знаний раздела электроника.

Методические рекомендации построены по принципу деления на изучаемые темы.

Рабочие программы по приведенным ниже специальностям имеют различную часовую нагрузку, поэтому для каждой специальности выполняется индивидуальный перечень занятий и заданий:

 

- специальность 151001, 151900 – № 1 – № 8 (выборочно);

 

- специальность 160400, 160801 – № 1 – № 8 (выборочно);

 

- специальность 230101, 230102 – № 1 – № 8 (выборочно).

 

В методических рекомендациях приведены примеры решения задач по следующим изучаемым темам в разделе «Электроника»:

 

1) свойства полупроводниковых элементов;

2) схемы на основе диодов и стабилитронов;

3) расчет параметров транзисторных ключей;

4) расчет параметров низкочастотных усилителей на транзисторах;

5) расчет параметров источников стабилизированного питания;

6) расчет параметров активных фильтров низкой и высокой частоты;

7) свойства и параметры одновибраторов и генераторов;

8) элементы синхронизации и формирователи импульсов.

 

На аудиторных занятиях по изучаемой теме рассматриваются 2 – 4 примера, где студенты знакомятся с методами и алго­ритмами расчета типовых задач, а затем студенты выполняют индивидуальные расчетно-графические работы (РГР).

Каждая тема содержит до 25 вариантов индивидуальных заданий. Каждое индивидуальное задание содержит 1 – 2 задачи и включает в себя аналитический расчет параметров схем, построение графических зависимостей и проверку результатов расчета. Для построения схем предлагается использовать программы моделирования электронных схем, например, EWB, MC, PROTEUS и подобные.

Номер задания в РГР для студента отвечает номеру записи в журнале группы.

Номер варианта в индивидуальном задании по каждой изучаемой теме РГР соответствует номеру рисунка и текущему номеру в таблице исходных параметров.

 

ТЕМА 1. СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Цель занятия: приобретение умений и навыков при оценке

Параметров идеализированных полупроводников

 

* В электронике размерности системы СИ часто подменяют размерностями из системы СГС [1].

 

Связь между током, напряжением и сопротивлением в цепи

 

Если к проводнику длиной l приложена разность потенциалов (φ_А–φ_В) = U, то напряженность электрического поля Е в проводнике составит: E = U/l, [В/м],

_В

где U падение напряжения на участке цепи: (φ_А–φ_В) = U = ∫E∙dl, [В]. (1.1)

^А

Если в единице объема проводящего материала протекает n свободных электронов со средней скоростью их дрейфа ν_d (см/c) и электроны имеют заряд е, то

за время Δt через поперечное сечение – s этого проводника пройдет заряд Δq:

 

Δq = e∙ n ∙ν_d∙s∙Δt [Кл] = (А∙с) ∙ (1/cм³) ∙ (см/c) ∙ (cм²) ∙ (c) = [А∙с], (1.2)

 

где ν_d - скорость дрейфа электронов [см/c] можно определить из выражения:

 

ν_d = μ∙E, [(см²/В∙c)∙(В/м)] = [см/c], (μ - подвижность электронов – справ.) (1.3)

 

Вычислим ток, разделив (1.2) на Δt: I = (Δq/Δt) = [Кл/с] = (А∙с/с) = [А], (1.4)

 

либо, вычислим полный ток, подставив (1.3) и (1.1) в выр. (1.4):

 

I = e∙ n∙ ν_d∙s = e ∙n∙ μ ∙ s ∙ (U/l) = (σ∙s/l)∙U = U∙g = U/R, [А], (1.5)

 

где сила тока I зависит от длины и площади поперечного сечения проводника.

Электрический ток – есть величина динамическая и для рабочей цепи зависит от приращения заряда во времени Δq/Δt, с учетом проводящих свойств материала, т.е. зависит от величины заряда, числа свободных электронов и их подвижности μ.

 

Удельная проводимость: σ = j/E = (1/ρ) = (e ∙n∙ μ) = e∙(μ_n∙ n +μ_p∙ p ), [¹/_Ом*м]. (1.6)

 

определяет проводящие свойства материала, т.е. его «уд. Электропроводность σ».

 

Между проводимостью и сопротивлением существует соотношение:

 

g = (1/R) = (σ∙s/l), [¹/_Ом]; R = ρ∙(l /s) = l /(σ∙s) = l /(e∙ n ∙μ∙s). (1.7)

 

где у д. сопр.: ρ = (1/σ) = E/j = E/(e∙ n ∙μ∙E) = [1/(e∙ n ∙μ)] = R/(l/s), [Ом∙м]. (1.8)

 

По величине (ρ) все материалы можно разделить на три группы (табл. 1):

 

– проводники (металлы и их сплавы): ρ = 0,015÷15 [Ом∙мм²/м]; σ_МЕТ ≥ 10²;

– полупроводники и электролиты: ρ = 10^–5 ÷ 10⁸ [Ом∙мм²/м]; σ_ПП = 10^–8 ÷10⁵;

– диэлектрики (изоляторы): ρ = 10¹⁰ ÷ 10¹⁴ [Ом∙мм²/м]. σ_ДИЭЛ ≤ 10^–10;

 

Таблица №1.1. Удельные сопротивления материалов, используемых в электронике

n	Хим. элемент	Материал	ρ = (Ом • мм2/м) = (Ом • м)	α = (+) ТКС при Т = 20оС
1*	Ag	Серебро	0,016	0,0035 (эВ/К).
2*	Cu	Медь	0,017 или (1,7·10–6 Ом·см)	0,004 (эВ/К).
3*	Au	Золото	0,023	0,0036 (эВ/К).
4*	Al	Алюминий	0,028 *	0,004 (эВ/К).
	Fe	Железо, (Сталь)	0,056, (0,1 – 0,137)	0,05 (эВ/К).
	Ge (пример)	Германий	60 [Ом · см]	(–) ТКС (эВ/К).

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: