Otazky BESO aktuální!!!!

ignálů tj. mala střídavá napětí a proudy lze v pracovním bodě popsat lineárními rovnicemi. V nich pro daný pracovní bod vystupují konstanty úměrnosti - parametry. Pokud za nezávisle proměnné zvolíme u1 a i2 (na levé straně rovnic), dostaneme parametry hik . Jejich definici určíme za podmínek vstupu naprázdno, tj. i1=0 a výstupu nakrátko tj. u2=0. Uvažte, co tyto podmínky znamenají z hlediska celkového napětí a proudu.)
20) Určete hodnoty RC, RB pro pracovní bod určený např.: Un=20 V, UBE=0,6 V, UCE=10 V, IC=5 mA, V pracovním bodě je hodnota h21E=100. Posuďte jak změna RB a tím i IB ovlivňuje IC. Předpokládejme, že změna vstupního napětí (UBE= 0,05 V vyvolá změnu proudu (IB=10 (A. Určete odpovídající změnu napětí (UCE a odpovídající napěťové zesílení AU. Předpokládáme, že hodnota h21E=100 platí i pro poměr změn výstupního a vstupního proudu tj. h21E= h21e
(Určete IB ze znalosti h21E a napětí na RB a z nich odpor rezistoru RB. Změnu výstupního napětí (UCE určíme na základě změny výstupního proudu a odporu RC)
21) Porovnejte uvedená zapojení z hlediska teplotní stabilizace. Vysvětlete princip teplotní stabilizace prostřednictvím emitorového rezistoru RE a význam kondenzátoru CE.
(Změna kolektorového proudu vlivem teploty vyvolává změnu pracovního bodu v prvním zapojení. V zapojení s emitorovým rezistorem vyvolá změna kolektorového proudu změnu napětí na RE , tím i zmenšení napětí mezi bází a emitorem a následné snížení kolektorového proudu. Jedná se o zápornou zpětnou vazbu. Aby tato neovlivňovala zesílení, tj. nepůsobila na střídavý signál, je třeba RE přemostit („zkratovat“ pro střídavý signál). Musí být splněna podmínka 1/(CE((RE)
V případě změny kolektorového proudu (vlivem teploty) se změní i poloha pracovního bodu tranzistoru( protože Ic=β*Ib a Ib ).
Když přidáme do zapojení emitorový odpor, tak se na něm při změně proud Ic vytvoří napětí URE. Napětí URE sníží napětí báze UBE a v důsledku toho se sníží i kolektorový proud (Ic=β*Ib). Tomuto principu se říká záporná zpětná vazba.
Aby nebylo ovlivněno zesílení tranzistoru β=Ic/Ib tak se paralelně k odporu RE přidá kondenzátor, který vyřadí odpor RE pro střídavý signál. Musíme splnit podmínku 1/(CE((RE
22) Nakreslete strukturu tyristoru a jeho schematickou značku. Nakreslete ampérvoltovou charakteristiku a na ní znázorněte proces sepnutí a rozepnutí a vysvětlete, proč při sepnutí dochází k poklesu napětí na tyristoru.
(Předpokládejme nulový proud řídící elektrody IG. Rostoucím napětí mezi anodou a katodou UAK je rozloženo mezi krajní přechody PN v přímém směru (minimální úbytky napětí) a střední přechod ve zpětném směru (téměř celé připojené napětí). Předpokládáme při jistém zjednodušení, že při určitém napětí dojde k průrazu středního přechodu PN. Pokud by byl přechod izolovaný (osamocený přechod PN ) došlo by k nárůstu proudu při nepatrně rostoucím napětí obdobně jako u stabilizační diody. Ve struktuře tyristoru se ale projeví zpětná vazba mezi dvěma tranzistorovými strukturami PNP a NPN, které tyristorová struktura obsahuje. Díky této zpětné vazbě (popište jak se projevuje) klesne napětí na malou hodnotu, přibližně odpovídající napětí na dvou krajních, v sérii zapojených přechodech PN. Nastavení této zpětné vazby, napětí sepnutí lze ovlivnit proudem řídící elektrody, prakticky proudem báze jedné z tranzistorových struktur)
Tyristor má čtyřvrstvou strukturu PNPN :Schematická značka :
A - anoda
K - katoda
G – hradlo (gate)
- existují jak tyristory PNPN tak NPNP
- spíná se napětími (kV) a proudy (kA)
- maximální kmitočet je 20 kHz
Charakteristika :

Princip :
Proud IG=0. Při zvyšování napětí mezi anodou a katodou UAK se toto napětí rozloží na dva krajní přechody PN v přímém směru (nepatrné napětí). Téměř celé napětí je na středním přechodu PN (ten je v závěrném směru). Při zvyšování napětí UAK dojde po určité době k průrazu středního přechodu PN. Po tomto průrazu klesne napětí na hodnotu napětí na krajních PN přechodech (tento jev umožní zpětná vazba mezi tranzistory PNP a NPN). Zpětnou vazbu lze ovlivnit proudem do báze jedné z tranzistorových struktur (její princip udávají rovnice I2=β1*IG a I2=β1*I2= β1* β2*IG)
23) Nakreslete strukturu tranzistoru typu MOS FET s trvalým (technologickým) kanálem N. Nakreslete jeho převodní charakteristiku pro oblast saturace.
(Kanál je vytvořen technologicky, existuje při nulovém napětí hradla UGS a znamená to, že proud v kanále může při připojení napětí UDS procházet. Šířku kanálu a tím i proud ID lze modulovat (rozšiřovat nebo zužovat kanál) napětím hradla a to oběma polaritami. Z toho vyplyne průběh převodní charakteristiky. Posuďte, proč lze kanál rozšiřovat – vliv povrchového náboje)
Struktura tranzistoru MOSFET s trvalým kanálem N :
Z obrázku je zřejmé, že kanál je vytvořen již před připojením napětí UDS . Po nastavení UDS tedy může ihned procházet proud. Velikost proudu a šířku kanálu řídíme pomocí UDS (jeho velikosti). Můžeme kanál rozšiřovat nebo zužovat, na což reaguje i převodní charakteristika.
24) Nakreslete strukturu tranzistoru typu MOS FET s indukovaným kanálem N. Nakreslete jeho převodní charakteristiku pro oblast saturace.
(Kanál ve struktuře není vytvořen technologicky a vytváří se teprve vlivem napětí mezi hradlem G a elektrodou S - UGS. Proud ID tedy může protékat teprve po dosažení určitého napětí UGS,označovaného jako prahové napětí, kdy se vytvoří (indukuje) kanál. Z toho vyplývá průběh převodní charakteristiky – proud při napětí UGS=0 je nulový.)
Struktura tranzistoru MOSFET s indukovaným kanálem: N :
U tranzistoru s indukovaným kanálem není technologicky vytvořen žádný kanál. Ten se začne vytvářet až po zavedení napětí UGS (mezi hradlem a elektrodou S). Proud Id ale nezačne protékat ihned po přiložení napětí. Teprve po dosažení prahového napětí Up se vytvoří (INDUKUJE) kanál. Poté může začít protékat proud Id. Tomuto principu odpovídá i převodní charakteristika při Up=UGS je proud nulový.
25) Porovnejte zesilovací vlastnosti, tj. proudové a napěťové zesílení tranzistoru bipolárního v zapojení SE a unipolárního typu MOS FET v zapojení SS (SE) tj. se společnou elektrodou S, označovanou také jako emitor, odtud SE. Uveďte parametry, které zesílení charakterizují a ze které charakteristiky je lze odečíst.
(Zesílení tranzistoru bipolárního charakterizujeme proudovým zesilovacím činitelem h21e, který určuje proudové zesílení a spolu s hodnotou odporu zatěžovacího rezistoru i napěťové zesílení. U tranzistoru MOS FET je vstupní proud zanedbatelný a zesílení charakterizujeme poměrem změny výstupního proudu a změny vstupního napětí, označovaný jako strmost. Parametry, které charakterizují zesílení lze odečíst z převodních charakteristik. Uveďte, o jaké závislosti se v uvedených případech jedná.)
Schéma zapojení bipolárního tranzistoru SE :
Proudový zesilovací činitel β = 1/1-α
Proudový zesilovací činitel při výstupu nakrátko
h21e určuje proudové a napěťové zesílení (spolu s hodnotou zatěžovacího odporu)
Zesilovací vlastnosti MOSFET tranzistoru v zapojení SS (SE) je vstupní proud zanedbatelný a zesílení charakterizujeme poměrem změny výstupního proudu a změny vstupního napětí. K těmto poznatkům se dojde z vlastností MOSFETu : mají větší hodnotu vstupního odporu a vstupní kapacita bývá menší.
26) Nakreslete zatěžovací přímku do soustavy výstupních charakteristik bipolárního tranzistoru pro zadané zapojení např. pro: U0=10 V, RC=1k( .Pracovní bod je určen proudem báze IB=40 (A. V zadaném pracovním bodě určete přibližně proudový zesilovací činitel (=h21e a proudové a zesílení tranzistorového zesilovače AI. Pro přibližné určení volte změnu ((IB=20 (A.
(Zatěžovací přímka vyhovuje rovnici pro výstupní obvod: U0=ICRC+UCE. Pro zakreslení určíme průsečíky s osou IC (kde je UCE=0) a osou UCE (kde je IC=0). Proudový zesilovací činit, který charakterizuje tranzistor (nikoliv jakékoliv zapojení zesilovače) se určí pro konstantní napětí v pracovním bodě, tj. UCE(P)=konst. Proudové zesílení závisí na proudovém zesilovacím činiteli a konkrétním zapojení, tj. odporu zatěžovacího rezistoru. Určí se na zatěžovací přímce (při změně IB se mění napětí UCE)).
h21e = i2/i1=Ai
27) V zapojení v úloze 26. uvažujeme, že obvod pracuje jako spínač. Zakreslete zatěžovací přímku do soustavy výstupních charakteristik bipolárního tranzistoru pro zadané zapojení např. pro: U0=10 V, RC=1k(. V síti vstupních charakteristik určete přibližně napětí a proud v případě sepnutí a rozepnutí. Jaký minimální proud je nutné přivést do báze, aby došlo k úplnému sepnutí. Jak se bude měnit proud a napětí při dalším zvyšování proudu báze?
(Body, odpovídající sepnutí a rozepnutí odpovídají průsečíkům zatěžovací přímky s výstupní charakteristikou pro IB=0 (A a mezní přímkou při dostatečně velkém proudu IB. Minimální hodnotu tohoto proudu lze odhadnout z průběhů charakteristik. Při dalším zvyšování proudu báze IB se prakticky proud tranzistorem ani napětí na něm nemění. Tranzistor je v saturaci.)

Z  toho plyne že přímka bude stejná jako v předchozím případě.
Úplné sepnutí je bude při Ib= 100mikro A Uces o něco větší než 1V
Vypnuté při Ib= 0mikro A Un je o něco menší než 10V
Při dalším zvyšování proudu báze IB se prakticky proud tranzistorem ani napětí na něm nemění. Tranzistor je v saturaci.
28) V zapojení MOSFET s indukovaným kanálem je zadáno např.: Un=24 V, RG1=20 k(, RG2=30 k(, RD=1 k(, UP=5 V, proudový faktor k=0,1 mA/V2. Určete UGS, ID, UDS.
(Řešení vychází z Ohmova zákona. Pro proud tranzistoru ID platí vztah , který vyjadřuje kvadratickou závislost proudu ID a napětí na hradle UGS)
URG2= Un*( RG2/( RG1+ RG2 )
URG2= 24*(20 k( / 50 k() = 14,4V
URG2= UGS
UGS= 9,6V
UDS= UN - ID * RD
UN= UDS + ID * RD UDS= 24 – 0,0021 * 1000 = 15,164
29) Pro MOSFET s indukovaným kanálem je zadáno např.: Un=10 V, RG1=RG2=10 M(, RD=RS=6 k(, ID=0,5 mA, UP=1 V. Určete UGS a UDS a rozhodněte, zda tranzistor pracuje v nasycení.
(Řešení vychází z Ohmova zákona a znalosti, že musí platit UDS(UGS-UP)
URG2= Un*( RG2/( RG1+ RG2 )
URG2= 10*(10 M( / 20 M() = 5V
URG2= UGS + ( RS* ID )
UGS= URG2 - ( RS* ID )
UGS= 5 - ( 6000 * 0,0005 ) = 2V
UN= UDS + ID * ( RD + RS )
UDS= UN - ID * ( RD + RS )
UDS= 10 – 0,0005 * ( 6000 + 6000 ) = 4V
UDSP = UGS - Up
UDSP = 2 – 1 = 1V
Tranzistor pracuje v nasycení protože UDSP < UDS
30) Nakreslete ampérvoltovou charakteristiku fotodiody potmě a při určité hodnotě osvětlení ( [W] a dvojnásobném 2( [W]. Jaký parametr musí splňovat optické záření, aby fotodioda reagovala? (Proud ideální polovodičové diody lze vyjádřit vztahem I=I0(expU/UT-1), kde I0 je saturační proud, tvořený minoritními nosiči. Při zapojení ve zpětném směru je pro napětí několikanásobně větší než UT(26 mV pro T=300 K  zanedbatelně malý a prakticky konstantní, nezávislý na napětí. Vlivem osvětlení dochází ke generaci minoritních nosičů a proud se zvětší. AV charakteristika se o určitou hodnotu proudu, generovaného optickým zářením posune. Dvojnásobné zvětšení dopadajícího optického záření znamená dvojnásobný posun. Frekvence optického záření ( musí splňovat podmínku, kdy energie fotonů musí být větší než šířka zakázaného pásu, tj. h((Wg, kde je h – Planckova konstanta a Wg – šířka zakázaného pásu.)
Princip:
- při zapojení fotonky ve zpětném směru je pro napětí několikanásobně větší než UT(26 mV pro T=300 K saturační proud  zanedbatelně malý a prakticky konstantní, nezávislý na napětí. Vlivem osvětlení ale dochází ke generaci minoritních nosičů a proud se zvětší. AV charakteristika se o určitou hodnotu proudu, generovaného optickým zářením posune. Dvojnásobné zvětšení dopadajícího optického záření znamená dvojnásobný posun.
- frekvence záření musí mít splňovat tuto podmínku: Energie fotonů musí být větší než šířka zakázaného pásu Wg : hv> Wg …….kde h je Planckova konstanta
31) Nakreslete energetické pásové schéma přechodu PN při připojení napětí v přímém směru. Znázorněte na něm princip generace optického