Реферат: Методические рекомендации и выполнение контрольных заданий для учащихся заочной формы обучения специальность: «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов»

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Новополоцкий государственный политехнический

техникум»

Утверждаю

Директор УО «НГПТ»

______________ Сапего Н.В.

«____» _____________2007 г.

«ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА С ОСНОВАМИ ЭЛЕКТРОНИКИ»

методические рекомендации и выполнение контрольных заданий

для учащихся заочной формы обучения

специальность: «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов»

Новополоцк

2007

Автор: И.В.Евсюкова – преподаватель спецдисциплин учреждения образования «Новополоцкий государственный политехнический техникум»

Обсуждено и одобрено на заседании цикловой комиссии электротехнических предметов

Протокол № 1 от 31.08.2007

Председатель комиссии И.В.Евсюкова

СОДЕРЖАНИЕ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Программа предмета «Общая электротехника с основами электроники» предусматривает изучение процессов, происходящих в электрических цепях постоянного и переменного тока; устройств, принципа действия электроизмерительных приборов, электромагнитных аппаратов, электрических машин и их практического применения; устройств и принципа действия электронных, фотоэлектронных и полупроводниковых приборов.

При изучении предмета следует соблюдать единство терминологии и обозначения в соответствии с действующими стандартами, Международной системной единицы (СИ).

Для закрепления и углубления теоретических знаний учащихся программой предусматривается проведение лабораторных, практических занятий.

Лабораторные работы выполняются непосредственно после изучения соответствующей темы. Каждый учащийся должен самостоятельно собрать схему, снять показания приборов и сделать соответствующие выводы.

Тематика лабораторных и практических работ может быть изменена в зависимости от профиля специальностей, наличия лабораторного оборудования.

В результате изучения предмета «Общая электротехника с основами электроники» учащиеся должны знать :

основные электрические и магнитные явления, лежащие в основе построения электрических машин и аппаратов;

основные законы электротехники (Ома, Джоуля-Ленца, Кирхгофа, Ленца);

единицы электрических величин;

закономерности построения и сборки электрических схем;

правила безопасности труда при эксплуатации электрических установок;

классификацию электроизмерительных приборов, условные обозначения на их шкалах;

основные элементы конструкции и характеристики электроизмерительных приборов, трансформаторов, асинхронных двигателей, схемы электроснабжения потребителей электрической энергией;

устройство и принцип действия основных типов полупроводниковых и фотоэлектронных приборов, их практические применение; краткие сведения о логических элементах и интегральных микросхемах.

должны уметь:

собирать простейшие схемы при последовательном и параллельном соединении элементов;

подбирать по назначению электроизмерительные приборы;

включать в цепь амперметры, вольтметры, производить элементарные расчеты электрических цепей постоянного, однофазного переменного и трехфазного токов;

производить реверс электрических машин;

чертить схемы выпрямителя с фильтром, усилителя;

пользоваться осциллографом.

ЛИТЕРАТУРА

Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. – М., 1983.

Обозначения условные графические в схемах. ГОСТ 2.728-74, 2.747-68, 2.730-732.785-74.

Попов В.С., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. – М., 1976.

Усс Л.В., Красько А.С., Климович Г.С. Общая электротехника с основами электроники. – Мн., 1990.

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

По электротехнике каждая контрольная работа содержит 2 задачи и теоретические вопросы. Варианты для каждого учащегося – индивидуальные. Номер варианта определения номером в журнале учебной группы.

Задачи и ответы на вопросы, выполненные не по своему варианту, не защитываются и возвращаются учащемуся.

Контрольная работа выполняется в отдельной тетради, желательно в клеточку. Условия задачи и формулировки вопросов переписываются полностью, оставляются поля шириной 25-30мм для замечаний рецензента, а в конце тетради страницу для рецензии. Формулы, расчеты, ответы на вопросы пишутся чернилами, а чертежи, схемы и рисунки делаются карандашом, на графиках и диаграммах указывается масштаб. Решение задач обязательно ведется в Международной системе единиц (СИ). Страницы тетради нумеруются для возможности ссылки на них преподавателя.

Вычисления следует производить с помощью электронного микрокалькулятора. После получения работы с оценкой и замечаниями преподавателя надо исправить отмеченные ошибки, выполнить все его указания и повторить недостаточно усвоенный материал. Если контрольная работа получила неудовлетворительную оценку, то учащийся выполняет ее снова по старому или новому варианту в зависимости от указания рецензента и отправляет на повторную проверку. В случае возникновения затруднений при выполнении контрольной работы учащийся может обратиться в техникум для получения письменной или устной консультации. Лабораторные работы выполняют в период экзаменационно-лабораторной сессии. К этим работам учащиеся допускаются после сдачи всех контрольных работ. По каждой лабораторной работе составляется отчет по установленной форме. Сдача экзаменов разрешается учащимся, получившим положительные оценки по всем контрольным работам и имеющим зачет по лабораторным работам.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ № 1

В контрольную работу входят 11 тем, т.е. весь первый раздел программы. На темы 1.2. и 1.6. предусмотрены задачи, на остальные темы - теоретические вопросы. В таблице 1 указаны варианты и данные к этим задачам, а также номера теоретических вопросов.

Методические указания к решению задачи 1

Решение задачи требует знаний закона Ома для всей цепи и ее участков, законов Кирхгофа, методики определения эквивалентного сопротивления цепи при смешанном соединении резисторов, а также умения вычислять мощность и работу электрического тока. Содержа­ния задач и схемы цепей приведены в условии, а данные к ним — в таблице 1. Перед решением задачи рассмотрите типовой пример 1.

Пример 1. Для схемы, приведенной на рис. 1, а, определить экви­валентное сопротивление цепи R_АВ и токи в каждом резисторе, а также расход электроэнергии цепью за 8 ч работы.

Решение. Задача относится к теме «Электрические цепи по­стоянного тока». Проводим поэтапное решение, предварительно обозна­чив стрелкой ток в каждом резисторе; индекс тока должен соответство­вать номеру резистора, по которому он проходит.

1. Определяем общее сопротивление разветвления R_CD , учитывая, что резисторы R₃ и R₄ соединены последовательно между собой, а с резистором R₅ параллельно: R_CD = (R₃ + R₄ ) R₅ / (R₃ + R₄ +R₅ ) = (10 + 5)_* 10 / (10 + 5 + 10) = 6 Ом (рис. 1,6).

2. Определяем общее сопротивление цепи относительно вводов СЕ. Резисторы и R_CD и R₂ включены параллельно, поэтому R_СЕ = R_CD R₂ / /(R_CD +R₂ ) = 6_* 3 / (6+3)=2 Ом (рис. 1, в).

3. Находим эквивалентное сопротивление всей цепи: R_АВ = R₁ + R_СЕ = = 8 + 2 = 10 Ом (рис. 1, г).

4. Определяем токи в резисторах цепи. Так как напряжение U_AB приложено ко всей цепи, а R_АВ = 10 Ом, то согласно закону Ома I₁ = U_AB / R_AB = = 150/10 = 15 А.

Внимание! Нельзя последнюю формулу писать в виде I₁ = U_AB / R₁ , так как U_АВ приложено ко всей цепи, а не к участку R₁ .

Для определения тока I₁ находим напряжение на резисторе R₂ , т. е. U_{CE .} Очевидно, U_CB меньше U_AB на потерю напряжения в ре­зисторе R₁ , т. е. U_СЕ = = U_АВ – I₁ R₁ = 150 – 15_* 8 = 30 В. Тогда I₁ = U_CE / R₂ = 30/3 = 10 А. Так как U_CD = = U_CD , то можно определить токи I_3,4 и I₅ : I_3,4 = U_CD /(R₃ + R₄ ) = 30/(10 + 5) = 2 А; I₅ = U_CD /R₅ = 30/10 = 3 А.

На основании первого закона Кирхгофа, записанного для узла С, проверим правильность определения токов:

I₁ = I₂ + I₃ ,₄ + I₅ , или 15 = 10 + 2 + 3 = 15 А.

5. Расход энергии цепью за восемь часов работы:

W = Pt = U_AB I₁ t = 150_* 15_* 8 = 18 000 Вт_* ч = 18 кВт_* ч.

Пусть в схеме примера 1 известны сопротивления всех резисторов, а вместо напряжения U_AB задан один из токов, например I₂ = 2 А. Найти остальные токи и напряжение U_{AB .} Зная I₂ , определяем U_CE = I₂ R₂ = 2-3 = 6 В. Так как U_CE = U_CD , то

I_3,4 = U_CD /(R₃ + R₄ ) = 6/(10 + 5) = 0,4 А;

I₅ = U_CD / R₅ = 6/10 = 0,6 А.

На основании первого закона Кирхгофа I₁ = I₂ + I_3,4 + I₅ = 2 + 0,4 + 0,6 = =3А. Тогда U_AB = U_CE + I₁ R₁ = 6 + 3_* 8 = 30 В.

При расплавлении предохранителя Пр₅ резистор R₅ выключается и схема принимает вид, показанный на рис. 1, д. Вычисляем экви­валентное сопротивление схемы: R'_AB = R₁ + (R₃ + R₄ )R₂ / (R₃ +R₄ R₂ ) = 8 + (10 + 5)_* 3 / (10 + 5 + 3) = 10,5 Ом. Так как напряжение U_AB остается неизменным, находим ток I₁ = = U_AB /R'_AB = 150/10,5 = 14,28 А. Напряжение U_CE = U_AB – I₁ R₁ = 150 - 14,28 _* 8 = = 35,75 В.

Тогда токи

I₂ = U_CE /R₂ = 35,75/3 = 11,9 A; I_3,4 = U_CE /R_3,4 = 35,75/(10 + 5) = 2,38 A.

Сумма этих токов равна току I₁ : 11,9 + 2,38 = 14,28 А.

Рис. 1

Методические указания к решению задачи 2

Эта задача относится к неразветвленным и разветвленным це­пям переменного тока. Перед ее решением изучите материал темы 1.5, ознакомьтесь с методикой построения векторных диаграмм, изложен­ной ранее.

Пример 2. Неразветвленная цепь переменного тока содержит катушку с активным, сопротивлением R_K = 3 Ом и индуктивным X_L = 12 Ом, активное сопротивление R = 5 Ом и конденсатор с сопро­тивлением x_C = 6 Ом (рис. 2,а). К цепи приложено напряжение U = 100 В (действующее значение). Определить: 1) полное сопротив­ление цепи; 2) ток; 3) коэффициент мощности; 4) активную, реак­тивную и полную мощности; 5) напряжение на каждом сопротивле­нии. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи.

Решение. 1. Определяем полное сопротивление цепи:

2. Определяем ток цепи

I = U/Z = 100/10 = 10 А.

3. Находим коэффициент мощности цепи. Во избежание потери знака угла (косинус - функция четная) определяем sin φ: sin φ = (x_L - - x_C )/Z = (12 - 6)/10 = 0,6; φ = 36°50'. По таблицам Брадиса определяем коэффициент мощности cos φ = cos 36°50' = 0,8.

4. Определяем активную, реактивную и полную мощности цепи:

Р = U I cosφ = 100-10_* 0,8 = 800 Вт или Р = I² (R_K + R) = 10² (3+5) =800 Вт;

Q = I² (x_L -x_C ) = 10² (12 - 6) =600 вар или Q=U I sinq>=1000-10-0,6=600 вар;

S = UI = 100_* 10 = 1000 B_* А или S = I² Z = 10² -10 = 1000 В_* А или

5. Определяем падения напряжения на сопротивлениях цепи: U_RK =10_* 3 = 30 В; U_L = Ix_L = 10_* 12 = 120 В; U_R = I_R = 10_* 5 = 50 В; U_C = Iх_C = = 10_* 6 = 60 В.

Построение векторной диаграммы начинаем с выбора масштаба для тока и напряжения. Задаемся масштабом по току: в 1 см - 2,0 А и масштабом по напряжению: в 1 см - 20 В. Построение векторной диаграммы (рис. 2, б) начинаем с вектора тока, который откладываем по горизонтали в масштабе 10 А/2 А/см = = 5 см.

Вдоль вектора тока откладываем векторы падений напряжения на активных сопротивлениях U_RK и U_R : 30 В/20 В/см = 1,5 см; 50 В/20 В/см = 2,5 см.

Из конца вектора U_R откладываем в сторону опережения вектора тока на 90° вектор падения напряжения U_L на индуктивном сопро­тивлении длиной 120 В/20 В/см = 6 см. Из конца вектора U_L отклады­ваем в сторону отставания от вектора тока на 90° вектор падения напряжения на конденсаторе Uc длиной 60 В/20 В/см = 3 см. Гео­метрическая сумма векторов U_RK , U_R , U_L , U_C равна полному напря­жению, приложенному к цепи.

Рис. 2

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

Задача 1. Цепь постоянного тока содержит шесть резисторов, соединенных смешанно. Схема цепи и значения резисторов указаны на соответствующем рисунке. Номер рисунка и величина одного из заданных токов или напряжений приведены в таблице 1. Индекс тока или напряжения совпадает с индексом резистора, по которому проходит этот ток или на котором действует указанное напряжение. Например, через резистор R₅ проходит ток I₅ и на нем действует напряжение U_5. Определить: 1) эквивалентное сопротивление цепи относительно вводов АВ; 2) ток в каждом резисторе; 3) напряжение на каждом резисторе; 4) расход электрической энергии цепью за 10 ч.

Т а б л и ц а 1

Рис. 5

Задача 2. Неразветвленная цепь переменного тока, показанная на соответствующем рисунке, содержит активные и реактивные сопротивления, величины которых заданы в таблице № 2. Кроме того, известна одна из дополнительных величин (U, I, P, Q, S). Определить следующие величины, если они не заданы в таблице вариантов: 1) полное сопротивление цепи Z; 2) напряжение U, приложенное к цепи; 3) силу тока в цепи; 4) угол сдвига фаз φ (величину и знак); 5) активную Р, реактивную Q, и полную S мощности, потребляемые цепью. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и пояснить ее построение. С помощью логических рассуждений пояснить, как изменится ток в цепи и угол сдвига фаз, если частоту тока увеличить вдвое. Напряжение, приложенное к цепи, считать неизменным.

Таблица 2

Рис. 8 Рис. 9

Рис. 10 Рис. 11

Рис. 12 Рис. 13

Рис. 14 Рис. 15

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

к контрольной работе №1

1. Основные характеристики электрического поля: напряженность электрического поля, электрическое напряжение.

2. Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

3. Краткие сведения о различных электроизоляционных материалах и их практическое использование.

4. Электрическая емкость. Конденсаторы. Соединения конденсаторов.

5. Общие сведения об электрических цепях.

Электрический ток: разновидности, направление, величина и плотность.

6. Электрическая проводимость и сопротивление проводников.

7. Законы Ома.

8. Проводниковые материалы: основные характеристики, материалы с малым удельным сопротивлением, сверхпроводники, материалы с большим удельным сопротивлением.

9. Основные элементы электрических цепей постоянного тока. Режимы электрических цепей.

10. Источники и приемники электрической энергии, их мощность и КПД.

11. Законы Кирхгофа.

12. Нелинейные электрические цепи постоянного тока.

13. Основные свойства и характеристики магнитного поля.

14. Индуктивность: собственная, катушки, взаимная. Коэффициент магнитной связи.

15. Электромагнитные силы.

16. Магнитные свойства вещества.

17. Электромагнитная индукция.

18. Принципы преобразования механической энергии в электрическую и электрическую энергию в механическую.

19. Общие сведения об электрических измерениях и электроизмерительных приборах. Классификация электроизмерительных приборов.

20. Измерение тока. Приборы, погрешности, расширение пределов измерения амперметров.

21. Измерение напряжения. Приборы, погрешности, расширение пределов измерения вольтметрами.

22. Измерение электрического сопротивления. Косвенные и прямые измерения.

23. Переменный ток: определения, получение. Характеристики.

24. Векторная диаграмма и ее обоснование. Элементы и параметры электрических цепей переменного тока.

25. Трехфазная система электрических цепей трехфазная цепь.

26. Соединение обмоток генератора. Фазные и линейные напряжения, соотношения между ними.

27. Соединение потребителей, применение этих соединений.

28. Назначение трансформаторов. Классификация, конструкция.

29. Принцип действия и устройство трансформатора. Режимы работы.

30. Типы трансформаторов и их применение: трехфазные, многообмоточные, сварочные, измерительные, автотрансформаторы.

31. Назначение машин переменного тока и их классификация. Устройство машин переменного тока.

32. Пуск и регулировка частоты вращения двигателей переменного тока.

33. Однофазный электродвигатель.

34. Устройство и принцип действия машины постоянного тока.

35. Генераторы постоянного тока.

36. Электродвигатели постоянного тока.

37. Понятие об электроприводе. Классификация.

38. Выбор электродвигателей по техническим характеристикам.

39. Нагрев и охлаждение электродвигателей. Режимы работы электродвигателей.

40. Схемы управления электродвигателей: общие сведения, магнитные пускатели, релейно-контактная аппаратура

41. Схемы электроснабжения потребителей электрической энергии, общая схема электроснабжения, понятие об энергетической системе и электрической системе.

42. Простейшие схемы электроснабжения промышленных предприятий, схемы осветительных электросетей.

43. Элементы устройства электрических сетей: воздушные линии, кабельные линии, электропроводки, трансформаторные подстанции.

44. Выбор проводов и кабелей.

45. Эксплуатация электрических установок: компенсация реактивной мощности, экономия электроэнергии.

46. Защитное заземление, защита от статического электричества.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ № 2

Контрольная работа 2 содержит два вопроса по теории и три задачи: на расчет выпрямителей, на двоичную систему счисления и на определение параметров транзисторов по их характеристикам.

Прежде чем приступить к решению задач контрольной работы, следует изучить методические указания к решению задач данной темы. В методических указаниях даются разъяснения, как следует отвечать на данный вопрос, разбираются типовые примеры с пояснением хода решения, что позволяет учащимся составить правильный план при индивидуальном выполнении контрольной работы.

Указания к ответу на теоретический вопрос.

Для правильного и качественного ответа следует изучить соответствующий материал из рекомендованной литературы. Ответ на вопрос должен быть конкретным с пояснением физической сущности работы того или иного устройства. При описании прибора или устройства следует обязательно пояснить свой ответ электрическими схемами, графиками и рисунками.

Во многих вопросах требуется сравнить различные электронные приборы с точки зрения особенностей их работы, отметить преимущества и недостатки, рассказать о применении. Так, при сравнении электровакуумных ламп и полупроводников следует отметить такие преимущества полупроводниковых приборов, как малые габаритные размеры, массу, механическую прочность, мгновенность действия (т. е. отсутствие накаливаемого катода), малую потребляемую мощность, большой срок службы и т.п. Наряду с этим надо указать их недостатки: зависимость параметров полупроводников от температуры окружающей среды и нестабильность характеристик (разброс параметров).

Указания к решению задачи 1

Задача I относится к расчету выпрямителей переменного тока, собранных на полупроводниковых диодах. Подобные схемы широко применяются в различных электронных устройствах и приборах. При решении задач следует помнить, что основными параметрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток Iдоп, на который рассчитан данный диод, и обратное напряжение Uобр, выдерживаемое диодом без пробоя в непроводящий период.

Обычно при составлении реальной схемы выпрямителя задаются значением мощности потребителя Ро, Вт, получающего питание от данного выпрямителя, и выпрямленным напряжением Uо, В, при котором работает потребитель постоянного тока. Отсюда нетрудно определить ток потребителя Iо = Pо/Uо. Сравнивая ток потребителя с допустимым током диода Iдоп, выбирают диоды для схем выпрямителя. Следует учесть, что для однополупериодного выпрямителя ток через диод равен току потребителя, т.е. надо соблюдать условие Iдоп ≥ Iо. Для двухполупериодной и мостовой схем выпрямления тока через диод равен половине тока потребителя, т.е. следует соблюдать условие Iдоп ≥ 0.5Iо. Для трехфазного выпрямителя ток через диод составляет треть

тока потребителя, следовательно, необходимо, чтобы Iдоп ≥ I₀

Напряжением, действующее на диод в непроводящий период Ub, также зависит от той схемы выпрямления, которая применяется в конкретном случае. Так, для однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя Ub = πUо = = 3.14 Uо, для мостового выпрямителя Ub = 2π Uо /2 = 1.57 Uо, а для трехфазного выпрямителя Ub = 2.1 Uо. При выборе диода, следовательно, должно соблюдаться условие Uобр ≥ Ub.

Рассмотрим примеры на составление схем выпрямителей.

Пример 1. Составить схему мостового выпрямителя, использовав один из четырех диодов: Д218, Д222, КД202Н, Д215Б. Мощность потребителя Ро = 300В, напряжение потребителя Uо = 200В.

Р е ш е н и е . 1. Выписываем из табл.2.8 параметры указанных диодов и записываем их в таблицу.

2. Определяем ток потребителя Iо = Pо/ Uо = 300/200 = 1.5 A.

3. Находим напряжение, действующее на диод в непроводящий период для мостовой схемы выпрямителя, Ub = 1.57 Uo = 1.57 * 200 = 314В.

4. Выбираем диод из условия Iдоп > 0.5Iо > 0.5 * 1.5 > 0.75 А, Uобр > UВ ≥ 314 В. Эти условиям удовлетворяет диод КД202Н: Iдоп = 1.0 > 0.75А; Uобр = 500 > 314В.

Диоды Д218 и Д222 удовлетворяют напряжению (1000 и 600 больше 314В), но не подходят по допустимому току (0.1 и 0.4 меньше 0.75А). Диод 215Б, наоборот, подходит по допустимому току ( 2 > 0.75А), но не подходит по обратному напряжению (200 < 314В).

5. Составляем схему мостового выпрямителя (рис 21). В этой схеме каждый из диодов имеет параметры диода КД202Н; Iдоп = 1А; Uобр = 500В.

рис.2.1 рис.2.2

Пример 2. Для питания постоянным током потребителя мощностью Ро = =250Вт при напряжении Uо = 100В необходимо собрать схему двухполупериодного выпрямителя, использовав стандартные диоды типа Д243Б.

Р е ш е н и е . 1. Выписываем из таблицы 2.8 параметры диода Iдоп = 2А; Uобр = 200В.

2. Определяем ток потребителя: Iо = Pо/ Uо = 250/100 = 2.5 A.

3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период:

UВ = 3.14 Uо = 3.14 * 100 = 314 B.

4. Проверяем диод по параметрам Iдоп и Uобр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям Uобр ≥ UВ и Iдоп > 0.5 Iо. В данном случае первое условие не соблюдается (200< 314), т.е. Uобр < UВ; второе выполняется

(0.51 Iо = 0.5 * 2.5 = 1.25 < 2 A).

5. Составляем схему выпрямителя. Чтобы выполнялось условие Uобр > UВ, необходимо два диода соединить последовательно, тогда Uобр = 200 * 2 = = 400 > 314В. Полная схема рис. 22.

Пример 3. Для питания постоянным током потребителя мощностью Ро = 20В необходимо собрать схему однополупериодного выпрямителя, использовав имеющиеся стандартные диоды Д242А.

Р е ш е н и е. 1. Выписываем из таблицы 2.8 параметры диода: Iдоп = 10А, Uобр = 100В.

2. Определяем ток потребителя Iо = Pо/ Uо = 300/200 = 15 A.

3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период: Ub = 3.14 Uo = 3.14 * 20 = 63В.

4. Проверяем диод по параметра Iдоп и Uобр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям Uобр > Ub, Iдоп > Iо. В данном случае второе условие не соблюдается ( 10 < 15А, т.е Iдоп < Iо). Первое условие выполняется (100 > 63В).

5. Составляем схему выпрямителя. Чтобы выполнялось условие Iдоп > Iо, надо два диода соединить параллельно, тогда Iдоп = 2 * 10 = 20А; 20 > 15А. Полная схема выпрямителя приведена на рис. 23.

Пример 4 . Для составления схемы трехфазного выпрямителя на трех диодах заданы диоды Д243. Выпрямитель должен питать потребитель с Uо = = 150В. Определить допустимую мощность потребителя и пояснить составления схемы выпрямителя.

Р е ш е н и е. 1. Выписываем из таблицы 2.8 параметры диода: Iдоп = 5А, Uобр = 200В.

2. Определяем допустимую мощность потребителя. Для трехфазного выпрямителя Iдоп > 1 Iо, т.е. Ро = 3Uо Iдоп 3 * 150 * 5 = 2250 Вт.

3

Следовательно, для данного выпрямителя Ро ≥ 2250 Вт.

3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период:

Ub = 2.1 Uo = 2.1 * 150 = 315В.

4. Составляем схему выпрямителя. Проверяем диод по условию. В данном случае это условие не выполняется (200 < 315В). Чтобы это условие выполнялось, необходимо в каждом плече выпрямителя два диода соединить последовательно, тогда Uобр = 200 * 2 = 400В; 400 > 315В. Полная схема выпрямителя приведена рис. 24.

Указания к решению задачи 2. В этой задаче необходимо выполнить арифметические операции с двоичными числами, которые используются при работе ЭЦВМ. Характерной особенностью двоичной системы счисления является то, что арифметические действия в ней очень просты.

При сложении двоичных чисел пользуются следующим правилом:

0 + 0 = 0; 1 + 0 = 1

0 + 1 = 1; 1 + 1 = 10 (два).

рис. 2.3 рис. 2.4

При сложении необходимо учитывать, что 1 + 1 дают нуль в данном разряде и единицу переноса в следующий разряд.

Пример 1. Сложить в двоичной системе числа 38 и 28.

1. Переводим данные числа в двоичную систему. Для перевода чисел из одной системы счисления в другую пользуются следующим правилом. Чтобы перевести число из одной системы счисления в другую, необходимо последовательно делить это число на основание новой системы до тех пор, пока не получится частное, меньшее делителя. Число в новой системе следует записывать в виде остатков деления, начиная с последнего, т.е. справа налево. Последнее частное дает старшую цифру числа в новой системе счисления. Напомним, что основание двоичной системы –2, десятичной –10.

2. Выполняем операцию сложения

100110 38

+ 11100 + 28

---------- ------

1000010 66

3. Проверяем решение

1000010 = 1 * 2⁶ + 0 * 2⁵ + 0 * 2⁴ + 0 * 2³ + 0 * 2² + 0 * 2¹ + 0 * 2⁰ = 66.

Приводим правила вычитания двоичных чисел:

0 – 0 = 0; 1 – 1 = 0

1 - 0 = 1; 10 – 1 = 1.

При вычитании многоразрядных двоичных чисел может возникнуть необходимость заема единицы в ближайшем старшем разряде, что дает две единицы младшего разряда. Если в соседних старших разрядах стоят нули, то приходится занимать единицу через несколько разрядов. При этом единица, занятая в ближайшем значащем старшем разряде, дает две единицы в младшем разряде и единицы во всех нулевых разрядах, стоящих между младшим и тем старшим разрядом, у которого брали заем.

Например:

10010 (18)

- 101 (5)

----------------

1101 (13)

Проверяем решение:

1101 = 1 * 2³ + 1 * 2² + 0 * 2¹ + 1 * 2⁰ = 1 * 8 + 1 * 4 + 0 * 2 + 1 * 1 = 13.

Приводим правила умножения двоичных чисел:

0 * 0 = 0; 1 * 0 = 0

0 * 1 = 0; 1 * 1 = 1.

Умножение двоичных чисел производят по тем же правилам, что и для десятичных чисел. При этом используют таблицу умножения и сложения. Умножение многоразрядных двоичных чисел сводится к умножению множимого на каждый разряд множителя, последующему сдвигу множимого или множителя и суммированию получающихся частичных произведений.

Например,

11011 (27)

* 101 (5)

-------------------

11011

+ 11011

-------------------

1000011 (135)

Проверяем решение:

10000111 = 1 * 2⁷ + 0 * 2⁶ + 0 * 2⁵ + 0 * 2⁴ + 0 * 2³ + 1 * 2² * 1 * 2¹ + 1 * 2⁰ =

= 1 * 128 + 0 * 64 + 0 * 32 + 0 * 16 + 0 * 8 + 1 * 4 + 1* 2 + 1 * 1 = 135

При делении двоичных чисел используются таблицу умножения и вычитания. Правила деления аналогичны делению в десятичной системе и сводятся к выполнению умножений, вычитаний и сдвигов.

Например, разделить 117 на 9;

1110101 1001

-1001 1101

1011

-1001

1001

-1001

117 9

- 9 13

-----

27

27

Проверяем решение:

1101 = 1 * 2³ + 1 * 2² + 0 * 2¹ + 1 * 2⁰ = 1 * 8 + 1 * 4 + 0 * 2 + 1 * 1 = 13

Указания к решению задачи 3. Эта задача относится к расчету параметров и характеристик полупроводниковых триодов – транзисторов. При включении транзистора с общим эмиттером управляющим является ток базы Iб , а при включении с общей базой – ток эмиттера Iэ.

В схеме с общей базой связь между приращениями тока эмиттера ∆Iэ и тока коллектора ∆Iк характеризуется коэффициентом передачи тока h216:

h 21б = ∆Iк/∆IЭ при Uкб = const,

где Uкб – напряжение между коллектором и базой.

Коэффициент передачи всегда меньше единицы. Для современных биполярных транзисторов h21б = 0.9 ÷ 0.995. При включении с общей базой ток коллектора Iк = h21б Iэ.

Коэффициент усиления по току h21э в схеме включения транзистора с общим эмиттером определяется как отношение приращения тока коллектора Δ Iк к приращению тока базы ΔIб . Для современных транзисторов h21э имеет значение 20 – 200.

h 21э = ∆Iк/∆Iб при Uкэ = const,

где Uкэ – напряжение между коллектором и эмиттером.

Ток коллектора при включении с общим эмиттером Iк = h21эIб. Между коэффициентами h21б и h21э существует следующая связь:

h21б = h 21э или h21э = h 21 б

1 + h21э 1- h21б

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора, Pк = Uкэ Iк. Рассмотрим примеры на расчет параметров транзистора.

Пример 1. Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, определить коэффициент усиления h21э по его входной характеристике (см. рис. 2.17) и выходным характеристикам (см. рис. 2.18), если Uбэ = 0.4 В; Uкэ = 25В. Подсчитать также коэффициент передачи по току h21б и мощность Pк на коллекторе.

Р е ш е н и е. 1. Определяем по входной характеристике при Uбэ = 0.4 В ток базы Iб = 500 мкА.

2. Находим по выходным характеристикам для Uкэ = 25В и Iб = 500мкА ток коллектора Iк = 36 мА.

3. На выходных характеристиках (рис. 2.1) строим отрезок АВ, из которого находим:

ΔIк = АВ = Iк1 - Iк2 = 36 – 28 = 8 мА;

ΔIб = АВ = Iб1 - Iб2 = 500 – 400 = 100 мкА = 0.1 мА.

4. Определяем коэффициент усиления

R21э = ΔIк/ ΔIб = 8/0.1 = 80.

5. Коэффициент передачи по току

h21б = h21э/(h21э + 1) = 80/(80 + 1) = 0.98.

6. Мощность на коллекторе

Рк = Uкэ Iк = 25 * 36 = 900 мВт = 0.9 Вт.

Пример 2. Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, найти ток базы Iб, ток коллектора Iк и напряжение на коллекторе Uкэ, если напряжение Uбэ = 0.3В; напряжение питания Ек = 20В; сопротивление нагрузки в цепи коллектора Rк = 0.8 кОм. Входная и выходные характеристики транзистора приведены на рис. 2.19., 2.20.

Перед решением этого примера приведем некоторые пояснения. Для коллекторной цепи усилительного каскада в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно написать уравнение: Ек = Uкэ + Iк Rк, т.е. сумма напряжений на резисторе Rк и коллекторного напряжения Uкэ всегда равна Ек – ЭДС источника питания.

Расчет такой нелинейной цепи, т.е. определение Iк и Uкэ для различных значений токов базы Iб и сопротивления резистора Rк , можно произвести графически. Для этого на семействе выходных характеристик необходимо провести из точки Ек на оси абсцисс вольт-амперную характеристику резистора Rк, можно произвести графически. Для этого на семействе выходных характеристик необходимо провести из точки Ек на оси абсцисс вольт-амперную характеристику резистора Rк, удовлетворяющую уравнению: Uкэ = Eк – Iк Rк.

Эту характеристику удобно строить по двум точкам: Uкэ = Ек при Iк = 0 на оси абсцисса Iк = Ек/ Rк при Uкэ = 0 на оси ординат.

Построенную таким образом вольт-амперную характеристику коллекторного резистора Rк называют линией нагрузки. Точки ее пересечения с выходными характеристиками транзистора дают графическое решение уравнения для данного резистора Rк и различных значений тока базы Iб.

Р е ш е н и е. Откладываем на оси абсцисс точку Uкэ = Ек = 20В, а на оси ординат – точку, соответствующую Iк = Ек/ Rк = 20/800 = 0.025мА. Здесь Rк =

= 0.8кОм = 800 Ом.

2. Соединяем эти точки прямой и получаем линию нагрузки.

3. Находим на входной характеристике для Uбэ = 0.3 В ток базы Iб = 250мкА.

4. Находим на входных характеристиках точку А при пересечении линии нагрузки с характеристикой, соответствующей Iб = 250мкА.

5. Определяем для точки А ток коллектора Iк = 17мА и напряжение Uкэ= 7В.

Пример 3. Мощность на коллекторе транзистора Рк = 6Вт, напряжение на коллекторе Uкэ = 30В; напряжение питания Ек = 40В. Используя выходные характеристики рис.2.2, определить ток базы Iб, ток коллектора Iк, коэффициент усиления h21э и сопротивление нагрузки Rк.

Р е ш е н и е. 1. Определяем ток коллектора

Iк = Рк/ Uкэ = 6/30 = 0.2А.

2. Находим на выходных характеристиках точку А, соответствующую Iк = 0.2А и Uкэ = 30В. Из рисунка видно, что точка А лежит на характеристике для Iб = 2мА.

3. Соединяем прямой точку А и точку на оси абсцисс, соответствующую Ек = 40В. На пересечении прямой с осью ординат получаем точку Iк1 = 0.8А.

4. Определяем Rк = Ек/ Iк1 = 40/0.8 = 50 Ом.

На выходных характеристиках строим отрезок АВ, из которого находим

Δ Iк = АВ = 0.4 - 0.2 = 0.2А = 200мА;

Δ Iб = АВ = 4 –2 = 2мА.

6. Определяем коэффициент усиления транзистора

h21э = Δ Iк/ Δ Iб = 200/2 = 100.

П р и м е ч а н и е. При решении задачи 3 обратите внимание, что в таблицах вариантов контрольной работы не указана размерность токов базы Iб и токов коллектора Iк, так как на рис. 2.1 – 2.20, где изображены входные и выходные характеристики транзисторов, эти токи имеют различную размерность: ампер – А, миллиамперы – мА и микроамперы – мкА.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 2

Ответь на вопрос своего варианта из табл. 2.1 Таблица 2.1

Задача 1а (варианты 1-10). Мостовой выпрямитель должен питать потребитель постоянным током. Мощность потребителя Ро, Вт, при напряжении питания Uо, В. Следует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены в табл. 2.2., для схемы выпрямителя, и пояснить, на основании чего сделан выбор. Начертите схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из табл. 2.2.

Таблица 2.2

Задача 1б(варианты 1-10). Составить схему однополупериодного выпрямителя,. Использовав стандартные диоды,.. параметры которых приведены в табл. 2.8. Мощность потребителя Ро, Вт, с напряжением питания Uо, В. Пояснить порядок составления схемы для диодов с приведенными параметрами. Данные для своего варианта взять из табл. 2.3.

Таблица 2.3.

Задача 1а (варианты 11-20) .Составить схему двухполупериодного выпрямителя, использовав стандартные диоды,. Параметры которых приведены в табл. 2.8. Определить допустимую мощность потребителя, если значение выпрямленного напряжения Uо, В. Данные для своего варианта взять из табл. 2.4.

Таблица 2.4.

Задача 1б(варианты 11-20). Трехфазный выпрямитель, собранный на трех диодах, должен питать потребитель постоянным током. Мощность потребителя Ро, Вт при напряжении Uо, В. Следует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены в табл. 2.8. для схемы выпрямителя, и пояснить, на основании чего сделан выбор. Начертить схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из табл. 2.5.

Таблица 2.5.

Задача 1а(варианты 21-30). Составить схему мостового выпрямителя, использовав стандартные диоды, параметры которых приведены в табл. 2.8. Мощность Ро, Вт, с напряжением питания Uо, В. Пояснить порядок составления схемы для диодов с приведенными параметрами. Данные для своего варианта взять из табл. 2.6.

Таблица 2.6.

Задача 1б (варианты 21-30). Двухполупериодный выпрямитель должен питать потребитель постоянным током. Мощность потребителя Ро, Вт, при напряжении Uо, В. Следует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены в табл. 2.8. для схемы выпрямителя, и пояснить, на основании чего сделан выбор. Начертить схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из табл. 2..7.

Таблица 2.7.

Таблица 2.8

Задача 2 (варианты 1-30). Выполнить арифметические действия в двоичной системе счисления и произвести проверку, переведя ответ из двоичной в десятичную систему счисления. Данные для своего варианта взять из таблицы 2.9

Таблица 2.9

Задача 3 (вариант 1-10). Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, используя входную и выходную характеристики, определить коэффициент усиления h 21э , величину сопротивлений нагрузки Rк1 и Rк2 и мощность на коллекторе Rк1 и Rк, если известно напряжение на базе Uбэ, напряжения на коллекторе Uкэ1 и Uкэ2 и напряжение источника питания Ек. Данные для своего варианта взять из табл. 2.10.

Таблица 2.10.

Задача 3 (варианты 11 – 20). Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, заданы напряжение на базе Uбэ, сопротивление нагрузки Rk и напряжение источника питания Ек. Используя входную и выходные характеристики, определить напряжение на коллекторе Uкэ, ток коллектора Iк, коэффициент усиления Uкэ1 и мощность на коллекторе Рк. Определить также коэффициент передачи тока h21б. Данные для своего варианта взять из табл. 2.11

Таблица 2.11

Задача 3 (варианты 21 – 30). В цепь транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, включено сопротивление нагрузки, которое изменяется по величине Rк1 до Rк2. Используя выходные характеристики, определить напряжение Uкэ1 и Uкэ2, коэффициент усиления Uкэ1, мощность на коллекторе Рк1 и Рк2, если заданы ток базы Iб и напряжение источника питания Ек. Данные своего варианта взять из таблицы 2.12.

Таблица 2.12

рис. 2.1 рис. 2.2

рис. 2.3 рис. 2.4

рис. 2.5 рис. 2.6

рис. 2.7 рис. 2.8

рис. 2.9 рис. 2.10

рис. 2.11 рис. 2.12

рис. 2.13 рис. 2.14

рис. 2.15 рис. 2.16

рис. 2.17 рис. 2.18

рис. 2.19 рис. 2.20