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..............................................................................




2

Перечень рекомендуемой литературы.....................................................




3

Тематический план.....................................................................................




4

Общие методические указания к выполнению контрольных работ......




5

Методические указания к выполнению контрольной работы № 1........




6

Контрольная работа № 1............................................................................




9

Методические указания к выполнению контрольной работы № 2........




15

Контрольная работа № 2............................................................................




23



^ 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



Раздел, тема

Количество учебных часов

на

самостоятельное изучение

всего

в том числе

дневная форма

заочная форма

установочная сессия

обзорная лекция

лабораторные и практические
Введение
2













2

Раздел 1. Общая электротехника



















1.1. Электрическое поле

2

1

1







1

1.2. Электрические цепи постоянного тока

10

4

1

1

2л

6

1.3. Электромагнетизм

4













4

1.4. Электрические измерения

8

3




1

2л

5

1.5. Электрические машины постоянного тока

6

2




2




4

1.6. Однофазные электрические цепи

12

2







2п

10

1.7. Трехфазные электрические цепи

6

1




1




5

1.8. Трансформаторы

6

1




1




5

1.9. Электрические машины переменного тока

6

1




1




5

1.10. Электропривод и аппаратура управления

4

1




1




3

1.11. Передача и распределение электрической энергии.

2

1




1




1

Раздел 2. Основы электротехники



















2.1. Полупроводниковые приборы

12

2




2




10

2.2. Фотоэлектронные приборы

2

1




1




1

2.3. Электронные выпрямители

8

3




1

2п

5

2.4. Электронные усилители

2

2







2л

-

2.5. Электронные генераторы

6

2




2




4

2.6. Интегральные схемы микроэлектроники.

6

1




1




5
Всего
104

28

2

16

10

76



^ 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 RАВ 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 RCD, учитывая, что резисторы R3 и R4 соединены последовательно между собой, а с резистором R5 параллельно: RCD = (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 RCD и R2 включены параллельно, поэтому RСЕ = RCDR2 / /(RCD+R2) = 6*3 / (6+3)=2 Ом (рис. 1, в).

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

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

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

Для определения тока I1 находим напряжение на резисторе R2, т. е. UCE. Очевидно, UCB меньше UAB на потерю напряжения в ре­зисторе R1, т. е. UСЕ = = UАВ – I1 R1 = 150 – 15*8 = 30 В. Тогда I1 = UCE/ R2 = 30/3 = 10 А. Так как UCD= = UCD, то можно определить токи I3,4 и I5 : I3,4 = UCD/(R3 + R4) = 30/(10 + 5) = 2 А; I5 = UCD/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 = UABI1t = 150*15*8 = 18 000 Вт*ч = 18 кВт*ч.


Пусть в схеме примера 1 известны сопротивления всех резисторов, а вместо напряжения UAB задан один из токов, например I2 = 2 А. Найти остальные токи и напряжение UAB. Зная I2, определяем UCE = I2R2 = 2-3 = 6 В. Так как UCE = UCD, то

I3,4 = UCD/(R3 + R4) = 6/(10 + 5) = 0,4 А;

I5 = UCD / R5 = 6/10 = 0,6 А.


На основании первого закона Кирхгофа I1 = I2 + I3,4 + I5 = 2 + 0,4 + 0,6 = =3А. Тогда UAB = UCE + I1R1 = 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 UAB остается неизменным, находим ток I1 = = UAB/R'AB = 150/10,5 = 14,28 А. Напряжение UCE = UAB – I1R1 = 150 - 14,28 * 8 = = 35,75 В.

Тогда токи

I2 = UCE/R2 = 35,75/3 = 11,9 A; I3,4 = UCE/R3,4 = 35,75/(10 + 5) = 2,38 A.

С
умма 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 RK = 3 Ом и индуктивным XL = 12 Ом, активное сопротивление R = 5 Ом и конденсатор с сопро­тивлением xC = 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:

Z

= V(RK+R)2+(xL-xC)2 + = V(3 + 5)2 + (12 - б)2 = 10 Ом.


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 = (xL- - xC)/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(RK+ R) = 102 (3+5) =800 Вт;

Q = I2(xL-xC) = 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

S

= VP2 +Q2 = V8002 + 6002 = 1000 В*А.

5. Определяем падения напряжения на сопротивлениях цепи: URK=10*3 = 30 В; UL = IxL = 10*12 = 120 В; UR = IR = 10*5 = 50 В; UC = IхC = = 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 URK и UR: 30 В/20 В/см = 1,5 см; 50 В/20 В/см = 2,5 см.

И
з конца вектора UR откладываем в сторону опережения вектора тока на 90° вектор падения напряжения UL на индуктивном сопро­тивлении длиной 120 В/20 В/см = 6 см. Из конца вектора UL 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 URK, UR, UL, UC 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 U5. 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


Номера

вариантов


Номера

рисунков


Задаваемая

величина

Действие

с резисторами


Номера теоретических вопросов

замыкается

накоротко

выключается из схемы

01

1

J4,5=6А

-

R3

1,26,40

02

1

U2=100В

R6

-

3,18,42

03

1

J2=10А

-

R4

7,29,38

04

1

U3=40В

R5

-

5,20,44

05

1

U1=100В

-

R2

6,19,45

06

1

UАВ=200В

R3

-

8,17,30

07

2

UАВ=30В

-

R6

9,16,32

08

2

J1=1,08А

R4

-

10,21,33

09

2

U1=10,8В

-

R1

11,22,34

10

2

J2=0,72А

R5

-

12,23,43

11

2

J3=1,8А

-

R2

13,29,44

12

2

U4=12В

R3

-

14,35,45

13

3

UАВ=60В

-

R2

15,36,46

14

3

J2=6А

R1

-

16,26,37

15

3

U1=36В

-

R4

2,20,43

16

3

J3,4=2,16А

R2

-

7,23,46

17

3

U5=14,4В

-

R3

1,26,40

18

3

J1=2,4А

R3

-

3,18,42

19

4

J1,2=3,6А

-

R6

7,29,38

20

4

U5=21,6В

R1

-

5,20,44

21

4

J3=10,8А

-

R5

6,19,45

22

4

U6=108В

R4

-

8,17,30

23

4

J5=7,2А

-

R3

9,16,32

24

4

U4=72В

R2

-

10,21,33

25

5

J1=8А

-

R2

11,22,34

26

5

U6=48В

R1

-

4,30,46

27

5

J3=3,2А

-

R3

7,23,43

28

5

U1=32В

R2

-

9,21,46

29

5

UАВ=80В

-

R4

13,20,45

30

5

J6=4,8А

R3

-

16,22,38


Р
ис. 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

Номер варианта
Номер
рисунка

R1,

Ом

R2,

Ом

XL1,

Ом

XL2,

Ом

XC1,
Ом
XC2, Ом

Дополнительная

величина

01

6

8

4

18

-

2

-

J = 10 А

02

6

10

20

50

-

10

-

P = 120Вт

03

6

3

1

5

-

2

-

P2 = 100Вт

04

7

6

-

2

10

4

-

U = 40 В

05

7

4

-

6

2

5

-

P = 16Вт

06

7

16

-

15

5

8

-

QL1 = 135вар

07

8

4

-

6

-

4

5

P = 100Вт

08

8

8

-

6

-

8

4

UC2 = 40 В

09

8

80

-

100

-

25

15

J = 1А

10

9

10

14

18

-

20

30

UR2 = 28 В

11

9

6

2

10

-

1

3

P = 200Вт

12

9

40

20

20

-

80

20

QC1 = -320вар

13

10

12

-

10

4

20

10

Q = - 64вар

14

10

32

-

20

20

6

10

J = 4А

15

10

32

-

25

15

8

8

UL1 = 125В

16

11

4

2

5

6

3

-

J = 5А

17

11

8

4

10

15

9

-

J = 10А

18

11

4

8

10

15

9

-

Q = 1600вар

19

12

8

-

12

-

-

6

P = 72Вт

20

12

4

-

15

-

-

12

U = 30В

21

12

8

-

6

-

-

12

Q = - 48вар

22

13

2

6

-

10

4

-

U = 20В

23

13

6

10

-

8

20

-

Q = - 192вар

24

13

10

6

-

20

8

-

Y = 4А

25

14

3

-

-

-

1

3

J = 6А

26

14

16

-

-

-

8

4

P = 64Вт

27

14

4

-

-

-

2

1

Q = - 48вар

28

15

24

-

8

-

125

15

P = 24Вт

29

15

4

-

10

-

3

4

P = 64Вт

30

15

8

-

12

-

4

2

U = 80В

Р

ис. 8 Рис. 9

Р
ис. 10 Рис. 11

Рис. 12 Рис. 13





Рис. 14 Рис. 15


^ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

к контрольной работе №1


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

Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

Краткие сведения о различных электроизоляционных материалах и их практическое использование.

Электрическая емкость. Конденсаторы. Соединения конденсаторов.

Общие сведения об электрических цепях.

Электрический ток: разновидности, направление, величина и плотность.

Электрическая проводимость и сопротивление проводников.

Законы Ома.

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

Основные элементы электрических цепей постоянного тока. Режимы электрических цепей.

Источники и приемники электрической энергии, их мощность и КПД.

Законы Кирхгофа.

Нелинейные электрические цепи постоянного тока.

Основные свойства и характеристики магнитного поля.

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

Электромагнитные силы.

Магнитные свойства вещества.

Электромагнитная индукция.

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

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

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

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

Измерение электрического сопротивления. Косвенные и прямые измерения.

Переменный ток: определения, получение. Характеристики.

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

Трехфазная система электрических цепей трехфазная цепь.

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

Соединение потребителей, применение этих соединений.

Назначение трансформаторов. Классификация, конструкция.

Принцип действия и устройство трансформатора. Режимы работы.

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

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

Пуск и регулировка частоты вращения двигателей переменного тока.

Однофазный электродвигатель.

Устройство и принцип действия машины постоянного тока.

Генераторы постоянного тока.

Электродвигатели постоянного тока.

Понятие об электроприводе. Классификация.

Выбор электродвигателей по техническим характеристикам.

Нагрев и охлаждение электродвигателей. Режимы работы электродвигателей.

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

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

Простейшие схемы электроснабжения промышленных предприятий, схемы осветительных электросетей.

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

Выбор проводов и кабелей.

Эксплуатация электрических установок: компенсация реактивной мощности, экономия электроэнергии.

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.

Типы диодов

Iдоп,. А

Uобр, В

Типы диодов

Iдоп, А

Uобр, В

Д218

0.1

1000

КД202Н

1

500

Д222

0.4

600

Д215Б

2

200


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)

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

(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


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 21б

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