Електроніка 2

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Завдання 1. Відповісти на питання, наведені в розділі 4 «Питання для самоперевірки» до зазначених тем курсу. Номер тем і питань взяти з таблиці 13.
Номер
варіанту
(Дві останні цифри шифру)
Номери питань
18
5.3.3
5.4.7
5.4.32
5.7.1
Примітка 1 - Тут і далі в таблицях після двадцятих варіанту перший вважати 21-им і т.д.
5.3.3 Привести порівняльну таблицю формул для наближеного розрахунку параметрів різних схем однофазних випрямлячів. Вказати, за якими параметрами вибираються типи вентилів.
Відповідь: Однофазні випрямлячі класифікуються за різними ознаками: за формою випрямленої напруги, за схемою з'єднання вентилів, за потужністю, за напругою і за частотою випрямленого струму. Крім того, розрізняють некеровані і керовані випрямлячі, а також на параметри випрямляча істотно впливають різні типи навантажень. Відповідно до цього, однофазні випрямлячі можуть бути побудовані за численних варіантів схем.
До основних параметрів випрямляча в першу чергу відносяться вихідні параметри: середні значення випрямленої напруги U 0, струму I 0 і допустимий коефіцієнт пульсації k п. Вихідні параметри спільно з напругою і частотою мережі змінного струму визначають параметри основних елементів випрямляча.

Розглянемо варіанти однополупериодного і двухполупериодного випрямлячів.


Найпростіша однополуперіодної схема випрямляча з активним навантаженням.

двухполуперіодний схема випрямляча з нульовим виводом.
Величина діючої напруги вторинної обмотки, при напрузі на навантаженні рівним напрузі на вторинній обмотці , Де - Амплітудне значення напруги на вторинній обмотці. Оскільки струм протікає лише протягом половини періоду, одержимо (1) Оскільки
можна записати
Величина постійної складової випрямленої напруги в двохполуперіодній схемою вдвічі більше, ніж у однополуперіодної. На підставі (1) можна записати де - Амплітудне значення напруги на одній половині вторинної обмотки. Чинне значення напруги у вторинній обмотці (3)
Чинне значення струму вторинної обмотки з урахуванням протікання струму тільки протягом половини періоду З огляду на співвідношення отримаємо (2)
Табличний інтеграл дає .   Зіставляючи (1) і (2) запишемо
Якщо діюче значення напруги у вторинній обмотці (3), тоді (4)
Для кожної з половин вторинної обмотки маємо (див. 2) (5)
Підставивши значення з (4) в (5), отримаємо для діючого значення струму вторинної обмотки
Коефіцієнт пульсації - відношення амплітуди змінної складової основної частоти до середнього значення випрямленої напруги: (6)
На епюра однополупериодного випрямляча видно, що напруга на навантаженні досягає максимуму один раз за період випрямленої напруги. Тому частота основної гармоніки дорівнює частоті мережевої напруги. Для визначення коефіцієнта пульсації (6) потрібно знайти амплітуду основної гармоніки , Розклавши в ряд несинусоїдальну криву випрямленої напруги Коефіцієнт пульсації тут
На епюра двухполупериодного випрямляча видно, що напруга на навантаженні досягає максимуму два рази за період випрямленої напруги. Тому частота основної гармоніки дорівнює подвоєній частоті напруги. Розкладаючи в ряд несинусоїдальну криву випрямленої напруги, можна знайти амплітуду основної гармоніки, яка Отже, коефіцієнт пульсації тут
До вентилів пред'являються наступні основні вимоги:
1) мінімальний опір прямому струму;
2) мінімальний зворотний струм;
3) висока електрична міцність, обумовлена ​​припустимою величиною зворотної напруги;
4) великий к. п. д.;
5) стабільність параметрів вентиля в часі та при зміні зовнішніх умов.
Для вентиля основними параметрами є середнє, чинне і максимальне значення струму, а також зворотна напруга, що припадає на вентиль. У сучасної нормативно-технічної документації та довідкової літератури передбачено кілька граничних значень зворотних напруг і прямих струмів, як це умовно показано на малюнку.
SHAPE \ * MERGEFORMAT Вольт-амперна характеристика випрямного діода з позначенням основних параметрів.
Uобр max відповідає максимально допустимому постійній напрузі, при якому діод може перебувати на протязі всього терміну служби.
Uобр, і, max - величина максимально припустимого імпульсного (амплітудного) повторюваного напруги. Цей параметр важливий для роботи в випрямлячах.
Значення повторюється імпульсного зворотної напруги (Uобр, і, нп max) визначає перевантажувальну здатність вентиля по напрузі.
Кожне з перерахованих значень напруги встановлюється, як правило, для всього діапазону температур, за винятком деяких типів приладів.
Для прямого струму в залежності від умов експлуатації діодів вказується також декілька його значень. Максимально допустимий прямий постійний струм (Іпр max) в основному наводиться для діодів малої потужності, в даний час вказується максимально допустимий середній струм Іпр, пор max, що властиво застосування цих приладів в випрямлячах. Необхідно враховувати, що приводяться в довідниках середні значення струмів (Іпр, пор max) випрямних діодів відповідають їхній роботі на активне навантаження. У цьому режимі амплітудне значення струму становить 3,14 Іпр, пор max, а чинне його значення 1,57 Іпр, пор max. При роботі діодів у випрямлячах на активно-ємнісне навантаження амплітудне і чинне значення струму можуть значно перевищувати їх нормоване значення, ніж при активному навантаженні.
При розробці випрямлячів слід враховувати струм перевантаження вентилів: Iпрг max - максимально допустимий струм перевантаження і Іпр, уд max - ударний струм. Струм перевантаження характерний початкового включенню діодів випрямляча на ємнісне навантаження, коли ємність фільтра випрямляча не заряджена. Допустимі значення Iпрг max і Іпр, уд max залежать від тривалості імпульсу перевантаження (tи), часу проходження імпульсів (tпер) і температури.
При виборі типів приладів необхідно враховувати зміну вольт-амперної характеристики при зміні температури корпусу вентиля і частоти змінної напруги, при яких вони будуть працювати.

5.4.7 Привести схему і пояснити принцип роботи паралельно-балансного (диференціального) каскаду підсилювача постійного струму (ППС).

Балансная схема підсилювача постійного струму з паралельним з'єднанням транзисторів.
У системах автоматики та у вимірювальній техніці застосовують посилення постійного або повільно мінливого напруги. Для цієї мети використовуються підсилювачі постійного струму (ППС).
Зв'язок між каскадами ППС повинна бути безпосередньою (гальванічної), так як не перехідною конденсатор, ні трансформатор не пропускають постійний або повільно змінюваний струм Розглянемо вище наведену схему.
В основі схеми паралельно-балансного ППС лежить збалансований міст постійного струму, в якому діагоналі «розв'язані» один від одного і зміна напруги або струму в одній з них не впливає на напругу і струм в іншій.
Плечі моста складають ідентичні транзистори VT1 ​​і VT2 і резистори R1 і R2. В одну з діагоналей включений джерело живлення (між движком змінного резистора R5 і корпусом), а з іншого знімається вихідна напруга (між колекторами транзисторів). Резистор R5 включається для точної балансування (установки нуля) мосту. Коли міст збалансований, а схема абсолютно симетрична, будь одночасна зміна колекторного напруги обох транзисторів не викликає появи напруги на вихідних клемах напруги. На опорі резистора R6 в загальній емітерний ланцюга створюється напруга зсуву, яке надходить на бази транзисторів через опору витоку (резистори R7 і R8).
На практиці транзисторні ППС виконуються тільки по балансной схемами з загальним стабілізуючим елементом (резистор R6) у ланцюзі емітера. Кремнієві транзистори краще підходять для цієї мети, так як їх характеристики менше залежать від температури. Крім того, необхідно ретельно підбирати транзистори попарно з близькими температурними характеристиками.
5.4.32 Розрахувати загальний коефіцієнт посилення трехкаскадного підсилювача, якщо K 1 = 60; K 2 = 40; K 3 = 40. Відповідь: K заг = 96000; K U (дБ) = 99,65 дБ.
Для багатокаскадних підсилювачів загальний коефіцієнт посилення дорівнює добутку коефіцієнтів посилення всіх окремих каскадів, оскільки вихідний сигнал попереднього каскаду є вхідним для подальшого:
K заг = K 1 K 2 ... K n = U вх 2 / U вх 1 · U вх 3 / U вх 2 ... U вих n / U вх n = U вих / U вх. Отже K заг = 60.40.40 = 96000 (у відносних одиницях).
На практиці частіше значення коефіцієнт посилення записується в логарифмічних одиницях - децибелах:
K U (дБ) = 20lg U вих / U вх. Таким чином, K U (дБ) = 20 · lg96000 = 99,65 дБ.

5.7.1 Наведіть визначення напівпровідникових, плівкових, гібридних та суміщених ІС.
За технологією виготовлення інтегральні схеми (ІС) поділяються на напівпровідникові і гібридні. У свою чергу кожен з цих великих класів має свої підрозділи по технологічним принципам виготовлення.
Інтегральну мікросхему (ІС) або збірку можна отримати або в пластині твердого матеріалу, або на її поверхні. У першому випадку в тілі напівпровідникового матеріалу створюють шари резисторів, структури транзисторів, діодів і конденсаторів, що несуть задані електронні функції. Такі ІС називаються напівпровідниковими.
Напівпровідникові ІС являють собою закінчені електронні пристрої у вигляді єдиного блоку (пластинки) з кремнію (Si), германію (Ge) та інших матеріалів, на якому методами напівпровідникової технології (переважно планарної) утворені зони, що виконують функції активних і пасивних елементів (діодів, транзисторів , резисторів, конденсаторів і т. д. Елементи напівпровідникових (твердих, монолітних) ІС формуються в об'ємі і (або) на поверхню напівпровідникового матеріалу (підкладки). Напівпровідникові ІС в залежності від застосовуваних активних елементів поділяють на мікросхеми на основі звичайних (біполярних) і уніполярних структур (зокрема, МОП-транзисторів). Залежно від технологічних методів ізоляції елементів вони діляться на мікросхеми з ізоляцією дифузійними pn переходами і мікросхеми з ізоляцією діелектриком.
Елементи гібридної ІС виконуються у вигляді плівок, які наносяться на поверхню діелектричного матеріалу (підкладки), а деякі з них мають самостійне конструктивне оформлення і кріпляться до поверхні підкладки. Гібридні ІС в залежності від товщини плівок і методів їх нанесення на поверхню діелектричної підкладки ділять на тонкоплівкові і товстоплівкові, а в залежності від технології виготовлення безкорпусних активних елементів - на мікросхеми з гнучкими і з жорсткими висновками.
Всі елементи плівковою інтегральної схеми (крім активних) наносять на діелектричну пластину (підкладку) у вигляді полікристалічних або аморфних шарів (плівок), що виконують задані функції пасивних елементів. Отриману ІВ при необхідності поміщають в корпус із зовнішніми виводами. Активні елементи (діоди і транзистори) навішують на плівкову схему, в результаті чого отримують змішану (плівковий-дискретну), або поєднану ІС, яку і називають гібридною. Гібридна ІС (ГІС) - це гнучкий, дешевий, оперативно проектований тип ІС, добре пристосований до вирішення спеціальних приватних завдань. Специфікою ГІС можуть бути або високі номінали резисторів і конденсаторів, недосяжні в напівпровідникових ІС, або прецизійність резисторів, обумовлена ​​тим, що їх номінали можна підганяти до завершення технологічного циклу і приміщення ГІС в корпус, або, нарешті, підвищена функціональна складність.

7.2 Задача 2
7.2.1 Провести графоаналітичний дослідження режиму роботи в класі А і визначити основні параметри транзисторного підсилювального каскаду у схемі із загальним емітером, з одним джерелом живлення Е к і з емітерний стабілізацією робочого режиму, тобто з послідовною негативним зворотним зв'язком за постійною складовою емітерного струму, що проходить через R Е (див. малюнок 2 і малюнки 3 і 4). Варіант для виконання завдання взяти з таблиці 14. Деякі гранично допустимі параметри рекомендованих транзисторів можна взяти в додатку А або з довідника. Сімейство статичних вхідних і вихідних вольт-амперних характеристик можна взяти з додатка Б або з довідника.

Таблиця 14 - До задачі 2 контрольної роботи № 1
Номер варіанта (за передостанньою цифрі шифру)

Параметри

U m вх
U m вих
R н
F н F в
М в = М н
t o окр
Ек
мВ

У

кОм

кГц

-
о С
У
5
70
3,7
1
0,5 20
1,18
+ 34 про
24
Примітка - У таблиці 14 наведені наступні параметри для розрахунку підсилювача:
         U m вх, мВ - амплітудне значення підсилюється напруги;
U m вих, В - амплітудне значення напруги на виході підсилювача;
         R н, кОм-опір в ланцюзі навантаження підсилювача;
         F н F в, кГц - Діапазон підсилюються частот;
М в = М н = 1,18 - коефіцієнт частотних спотворень;
         t o окр, о С - робоча температура підсилювача;
Ек, В - напруга джерела постійного струму в ланцюзі колектора.

Рисунок 2 - Схема транзисторного підсилювального каскаду з емітерний стабілізацією робочого режиму
8.2.2.1 Вибрати тип транзистора. Для цього обчислити:
1) - Коефіцієнт передачі струму в схемі ОЕ за формулою:

де - Вхідний опір транзистора, включеного за схемою ОЕ (це параметр , Який спочатку можна задати в межах від 200 Ом до 1кОм);

2) - Необхідний коефіцієнт посилення по напрузі.

3) - Необхідну граничну частоту коефіцієнта передачі струму транзистора по формулі

.
де - Верхня гранична частота за умовою задачі, кГц
- Коефіцієнт частотних спотворень верхній частоті за умовою задачі.
5) За довідником вибираємо найбільш підходящий тип транзистора, у якого параметри і більше або дорівнювати значенням, отриманим за формулами. Транзистор КТ3102А (аналог 2N3709) цілком підходить. Максимально допустиме значення напруга цього транзистора більше напруги джерела постійного струму:

6) Виписуємо з довідника наступні параметри обраного транзистора: - 100 ... 250, - 100 МГц, - 50 В, - 0,1 А, - 0,25 Вт.
2. Зробимо вибір режиму роботи транзистора по постійному струму:
1) Знаходимо амплітуду струму колектора.
,
де .
Задамо = (3 5) = 3000 (Надалі уточнюємо).
2) Знаходимо постійну складову струму колектора.
,
де = (0,95 ÷ 0,7) - коефіцієнт запасу.
3) Розраховуємо значення за формулою
,
де = (1 2) У - область нелінійних значень.
4) Графо-аналітичним методом на сімействі вихідних статистичних характеристик будуємо криву допустимої потужності, що розсіюється транзистором . Нижче цієї кривої через точки і точку П з координатами провести навантажувальну пряму . Точка перетину навантажувальної прямої з віссю дає значення струму колектора в режимі короткого замикання (КЗ).
5) За графіком визначаємо величини:
- Струм бази спокою;
- Напруга база-емітер спокою;
і розраховуємо струм емітера спокою
,
6) Графо-аналітичним методом визначаємо h-параметри транзистора в точці спокою (т.п):
- Вихідний опір транзистора по схемі ОЕ за формулою
при
- Коефіцієнт передачі струму бази транзистора за схемою ОЕ за формулою
при
і в подальшому при розрахунках використовуємо ці значення.
7) Розраховуємо потужність, що розсіюється на колекторі транзистора в точці спокою за формулою

Вона менше, ніж потужність , Розсіюється при робочій температурі, яка розраховується за формулою
,
де - Максимальна температура, при якій може працювати транзистор (довідкова величина);
- Температура, при якій працює підсилювач (таблиця 14).
8.2.2.3 Зробимо розрахунок каскаду по змінному струму:
1) Визначити загальний опір колекторному ланцюзі постійного струму

Загальний опір колекторному ланцюзі складається з резистора в ланцюзі колектора і опору в ланцюзі емітера .
Резистор забезпечує негативну місцеву зворотний зв'язок (ООС) у каскаді. ООС робить каскад термостабільним, тобто зменшує залежність параметрів каскаду від зміни температури навколишнього середовища.
Введення ООС даного типу збільшує вхідний опір каскаду.
2) Знайдемо опір , Що забезпечує ООС в каскаді, за формулою

де - Коефіцієнт передачі ланцюга ОС;
- Необхідний коефіцієнт посилення по напрузі;
- Коефіцієнт посилення каскаду без ООС.
3) Уточнити опір в ланцюзі колектора за формулою

8.2.2.4 Визначити опір базового подільника R б1 і R б2. Задаємося струмом дільника I ділить ≈ (2 ÷ 5) I б п.

Тоді



8.2.2.5. Знайти величину еквівалентного опору базового ланцюга змінної складової вхідного струму R б за формулою


8.2.2.6. Визначити величину вхідного і вихідного опору каскаду по формулі



8.2.2.7 Визначити ємності розділових конденсаторів З р1, р2 З і ємність шунтуючого конденсатора в ланцюзі емітера З е. за формулами



8.2.2.8 Визначити вихідну потужність каскаду за формулою

8.2.2.9 Визначити повну потужність, що витрачається джерелом харчування за формулою

8.2.2.10 Визначити коефіцієнт корисної дії каскаду за формулою

Точність розрахунків підтверджується перевіркою працездатності схеми на емуляторі "Electronics Workbench". Амплітуда вихідного напруги практично не змінювалася від частоти вхідного сигналу в усьому заданому діапазоні.


Література:

1) Промислова електроніка, А. К. Кріштафовіч, М. «Вища школа», 1976р.
2) Довідник по напівпровідникових діодів, транзисторів і інтегральних мікросхем / Горюнов М. М., Клейман А. Ю., Комков Н. Н. і др., - М.: Енергія, 1979р.
3) У допомогу радіоаматори: Збірник. Вип. 111/В80 Сост. І. М. Алексєєва .- М.: Патріот, 1991.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Контрольна робота
74.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Автомобільна електроніка
Енергетична електроніка
Емісійна електроніка
Квантова електроніка
Функціональна електроніка
Статичну електрику та напівпровідникова електроніка
РУП Завод Електроніка та його система управління якістю продукції
Аналіз основних техніко економічних показників роботи підприємства РУП Завод Електроніка
Аналіз основних техніко-економічних показників роботи підприємства РУП Завод Електроніка
© Усі права захищені
написати до нас