КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ. на засіданні кафедри

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

І КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ

З ПРОМИСЛОВОЇ ЕЛЕКТРОНІКИ

Затверджено

на засіданні кафедри

електромеханіки і ТОЕ

Протокол № 1 від 28.08.2012

Донецьк – ДонНТУ 2012

УДК 621.317 (075)

Методичні вказівки і контрольні завдання з промислової електроніки / Склад. Л. О. Васильєв. - Донецьк: ДонНТУ. - 2012. - 39с.

Наведено задачі для розрахунково-графічних робіт і контрольних завдань, що охоплюють основні розділи з напівпровідникових приладів, транзисторних підсилювачів, імпульсних і цифрових пристроїв, силової електроніки у обсязі, передбаченом програмою навчальної дисциплини для студентів енергетичних спеціальностей денної та заочної форм навчання. Дано методичні вказівки і рекомендації щодо розв’язання запропонованих задач, що відсутні у навчальній літературі.

Складач: доц. Васильєв Л.О.

Комп’ютерна верстка: студ. Коляка Д. Б.

студ. Романцов Р.

ВСТУП

Посібник призначено для студентів енергетичних спеціальностей, що вивчають дисципліну “Промислова електроніка”.

У процесі вивчення дисципліни студенти виконують розрахунково-графічні роботи та контрольні завдання, кількість яких передбачена навчальним планом, а конкретний зміст задає викладач.

Посібник містить 20 задач, кожна з яких має 25 варіантів. Варіант вибирається за порядковим номером студента у журналі групи або за вказівкою викладача, студенти заочної форми вибирають варіант відповідно двом останнім цифрам навчального шифру, як остача від їх ділення на 25.

При виконанні розрахунково-графічних робіт належить керуватися такими загальними вказівками:

1. Розв’язок знаходити у загальному вигляді, підставляючи числові значення величин у кінцеві формули. Отриманний результат округлили до трьох значущих цифр з указанням розмірності.

2. Графіки, ВАХ, діаграми, осцилограми будувати у масштабі з указанням розмірності. Масштаби потрібно вибирати так, щоб розмір графічної побудови був не менше, ніж половина сторінки формату А4.

3. Електричні схеми рисувати акуратно та відповідно до прийнятих позначек елементів.

4. При використанні довідкових матеріалів потрібно давати посилання на джерело інформації та наводити перелік використованої літератури.

5. Розв’язання задач повинно бути послідовним та містити стислі пояснення основних положень розрахунку.

6. Наприкінці розрахунку слід чітко виділити відповідь на задачу.

КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ

ЗАДАЧА 2.1. Осцилографування вольт-амперних характеристик напів-провідникових приладів

Розробити схему для спостереження ВАХ напівпровідникового приладу за допомогою електронно-променевого осцилографа. Вибрати та розрахувати параметри необхідного для проведення досліду обладнання так, щоб зображання ВАХ займало не меньше 80% екрана осцилографа по вертикалі та горизонталі. Показати осцилограму, яка буде виходити на екрані.

Вихідні дані наведено у табл. 2.1, параметри досліджуємого напівпроводникового приладу взяти з довідника, а основні технічні дані осцилографів наведено у додатку (табл.Д1).

Примітка. Студенти першої групи вибирають різновид зазначеного напівпроводникового приладу з літерою А, другої групи – з літерою Б, а третьої – з літерою В або без літери.

Таблиця 2.1 – Вихідні дані до задачі 2.1

ЗАДАЧА 2.2. Випрямні діоди

Накреслити діаграму вихідної напруги для схеми рис. 2.2 (за номером варіанта), при находженні до входу синусоїдної напруги U_вх=U_msinωt. Діоди вважати ідеальними. Значення резисторів вибрати за табл. 2.2.

Таблиця 2.2 – Вихідні дані до задачі 2.2

ЗАДАЧА 2.3. Діодний ключ

Накреслити діаграму вихідної напруги діодного ключа за схемою рис. 2.3.1 для періодичних вхідних сигналів U_ВХ1 і U_ВХ2 і параметрів схеми, заданих на рис. 2.3.4 та у табл. 2.3.1 і 2.3.2. Діоди вважати ідеальними.

Таблиця 2.3.1 – Вхідні напруги

Таблиця 2.3.2 – Вихідні дані до задачі 2.3

ЗАДАЧА 2.4. Діодний обмежник

Визначити вихідну напругу діодного обмежника, схема якого наведена на рис. 2.4 (номер схеми відповідає номеру варіанта), а параметри – у табл. 2.4, при дії на вході синусоїдної напруги з амплитудою U_m=50В. Накреслити у масштабі діаграму вихідної напруги. Діоди вважати ідеальними.

Таблиця 2.4 – Вихідні дані до задачі 2.4

ЗАДАЧА 2.5. Режим роботи діода

Діод підключається послідовно з резистором навантаження R_H до джерела живлення EPC E.

1. За умовами, які задано у табл. 2.5, вибрати з довідника тип діода і навести його довідкові дані.

2. Використуючи ВАХ діода, визначити струм у колі, а також напругу на діоді і на R_H.

3. Розрахувати коефіцієнт неідеальності ВАХ вибраного діода.

Таблиця 2.5 – Вихідні дані до задачі 2.5

ЗАДАЧА 2.6. Біполярні транзистори

Транзистор працює у схемі, зображеній на рис. 2.6. Користуючись ВАХ транзистора, графічно визначити робочу точку, якщо значення Е_Н і R_H відомі (табл. 2.6).

Примітка. Студенти першої групи вибирають транзистор з літерою А, другої – Б, третьої – В.

Таблиця 2.6 – Вихідні дані до задачі 2.6

Рис. 2.6 – Режим біполярного транзистора

ЗАДАЧА 2.7. Транзисторний підсилювач

Провести розрахунок підсилювального каскаду з загальним емітером.

1. Згідно з вихідними даними, наведеними у табл. 2.7, вибрати чисельні значення елементів підсилювального каскаду і указати основні довідкові параметри транзистора.

2. Виконати аналітичний розрахунок підсилювача.

3. Виконати графо-аналітичний розрахунок підсилювача для області середніх частот. Визначити параметри режиму спокою.

4. Обчислити:

а) коефіцієнти підсилення напруги, струму і потужності;

б) вхідний і вихідний опір каскаду;

в) коефіцієнт корисної дії каскаду;

г) найбільшу амплітуду вхідного сігналу, при якому транзистор не виходить за межи активного режиму;

д) смугу пропускання за умови, що коефіцієнти частотних спотворень не перевищують М_Н=М_В=√2;

е) фазові спотворення на межах смуги пропускання.

Примітка. Студенти першої групи вибирають зазначений у табл. 2.7 транзистор з літерою А, другої – Б, третьої – В.

Таблиця 2.7 – Вихідні дані до задачі 2.7

ЗАДАЧА 2.8. Підсилювальний каскад з польовими транзисторами

Провести розрахунок підсилювального каскаду з загальним витоком.

1. Згідно з даними табл. 2.8.1 вибрати тип транзистора і указати його основні довідкові параметри.

2. За даними табл.2.8.2 вибрати чисельні значення елементів каскаду.

3. Виконати аналітичний розрахунок підсилювача.

4. Виконати графо-аналітичний розрахунок каскаду для області середніх частот. Визначити параметри режиму спокою.

5. Обчислити:

а) коефіцієнт підсилення за напругою;

б) вхідний і вихідний опір каскаду;

в) найбільшу амплітуду вхідного сигналу, при якому транзистор не виходить за межи активного режиму.

Таблиця 2.8.1 – Тип транзистора

Таблиця 2.8.2 – Вихідні дані до задачи 2.8

ЗАДАЧА 2.9. Транзисторний ключ

Визначити режим роботи (активний чи ключовий) і накреслити у масштабі графік вихідної напруги транзисторного ключа за схемою рис. 2.9.1 для параметрів, наведених у табл.2.9.1 і 2.9.2, та форми вхідних сигналів, показаних на рис. 2.9.2 (згідно з номером варіанта).

Обчислити значення вхідного сигналу, при якому транзистор ключа входить у режим насичення.

Зворотним струмом колекторного переходу знехувати, характеристику транзистора у режимі підсилення вважати лінійною.

Таблиця 2.9.1 – Вихідні дані до задачі 2.9

Таблиця 2.9.2 – Вихідні дані до задачі 2.9

ЗАДАЧА 2.10. Ключ з польовими транзисторами

Визначити режим роботи і збудувати у масштабі графік вихідної напруги ключа з польовим транзистором за схемою рис. 2.10 для параметрів, наведених у табл. 2.10.1 і 2.10.2, та форми вхідних сигналів, показаних на рис. 2.9.2 (згідно з номером варіанта).

Обчислити значення вхідного сигналу, при якому транзистор ключа входить у режим насичення.

Остатковим струмом і остатковою напругою ключа знехтувати, характеристику транзистора у режимі підсилення вважати лінійною.

Таблиця 2.10.1 – Вихідні дані до задачі 2.10

Таблиця 2.10.2 – Вихідні дані до задачі 2.10

ЗАДАЧА 2.11. Різницевий ОП

Розрахувати вимірювальний підсилювач на основі ОП для підсилення різницевого сигналу з діагоналі моста (рис. 2.11), в одно з плечей якого ввімкнено терморезистор з опором R_T=R_T0+αΔT. За вихідними даними табл. 2.11.1 і 2.11.2 визначити:

1) резистори підсилювача R₄, R₅, R₆, R₇ для отримання заданого значення коефіцієнта підсилення K_U;

2) диференційний U_{ВХ Д} і синфазний U_{ВХ СФ} сигнали на вході ОП при підвищенні температури на ΔТ;

3) коефіцієнт ослаблення синфазних вхідних сигналів ОП, якщо розкид номіналів резисторів підсилювача складає δ_R;

4) корисний вихідний сигнал U_{ВИХ Д} підсилювача;

5) величину синфазної завади на виході підсилювача і відносну похибку вимірювання температури;

6) діапазон вимірювання температури, якщо вихідна напруга ОП обмежується значенням U_{ВИХ MAX} =0.9E_ОП.

Привести схему вмикання підсилювача.

Таблиця 2.11.1 – Вихідні дані до задачі 2.11

Таблиця 2.11.2 – Вихідні дані до задачі 2.11

ЗАДАЧА 2.12. Інтегратор на ОП

Розрахувати і збудувати в масштабi графiк вихiдноi напруги iнтегратора на ОП при дii на входi перiодичноi напруги, графiк якоi зображено на рис2.12. Навести схему iнтегратора. Вихідні даны взяти з табл.2.12.

Таблиця 2.12

Вихідні дані до задачі 2.12

ЗАДАЧА 2.13. Компаратор

Збудувати графік вихідної напруги компаратора, до вихдів якого підведено напруги, які вкаазані у табл.2.13. Амплитуди сигналів вважати рівними.

Таблиця 2.13 – Вихідні дані до задачі 2.13

ЗАДАЧА 2.14. Логічні пристрої

Скласти функціональні схеми пристроїв, реалізуючих логічні функції, задані у табл. 2.14 на логічних елементах: а) І-НІ; б)АБО-НІ.

Таблиця 2.14 – Вихідні дані до задачі 2.14

№ вар.	Функція	№ вар.	Функція
	_ _ _ X1+X2+X3		_ _ _ X1+X2X3+X4
	_ ___ X1+X2+X3X4		_ _ X1X4+X2+X1X3
	_ _ _ X1X2+X2X3+X1X3		_ _ X1+X2+X3X4
	_ _ ______ X1 X2 +X1 X3 +X1 X2 X3		_ _ X1X2X3+X2+X3
	_ _ _ X1+X1X2+X2X3		___ X1X2+X2X3+X1X3
	_ _ X1X3+X2X3+X2X3		_ _ _ X2X3X1+X2X1X3
	_ _ _ X1X3+X2X3+X1X2		_ ___ X1X2+X2X3+X3
	_ X1X2+X3X1+X2		_ (X2+X1)(X3+X1)
	_ X3X2+X2X1+X1		_ _ (X1+X3)(X1+X2+X3)
	_ _ X1X2X3+X2X3		_ _ (X1+X3)(X1+X2)X2
11	_ _ _ X1X3+X2X3+X2X3		_ _ _ (X1+X2)(X2+X3)
	_ _ X1X2+X1X3+X3		_ _ X1 (X2+X3)(X1+X3)
	_ _ _ X1X2+X2X3+X2

ЗАДАЧА 2.15. Автоколивні мультивібратори на логічних елементах

Спроектувати автоколивний мультивібратор (схема рис. 2.15) на інтегральних мікросхемах серії К155 з пороговую напругою U_ПОР=1.4 В. Напруга на виході схеми у режимі логічної одиниці U_ВИХ =2.4 В, у режимі логічного нуля U_ВИХ=0.4 В, вихідний опір при високому рівні вихідної напруги R_ВИХ=0.2 кОм, вхідний струм при низькому рівні вхідного сигналу I_ВХ=0.8 мА, напруга живлення Е_К= 5 В. Робочу частоту f і шпаруватість повторення вихідних імпульсів Q задано у табл. 2.15.

Таблиця 2.15 – Вихідні дані до задачі 2.15

Рис. 2.15 – Схема автоколивного мультивібратора

ЗАДАЧА 2.16. Лічильник імпульсів

Спроектувати лічильник імпульсів на лічильних тригерах з коефіцієнтом лічби К_Л, заданим у табл. 2.16. Збудувати часові діаграми лічильника і навести таблицю станів.

Таблиця 2.16 – Вихідні дані до задачі 2.16

ЗАДАЧА 2.17. Подільник частоти

Розробити схему подільника частоти на основі двійково – десяткових лічильників К155ИЕ6 з коефіцієнтом ділення К_Д, заданим у табл. 2.17.

Таблиця 2.17 – Вихідні дані до задачі 2.17

ЗАДАЧА 2.18. Джерело живлення

Розрахувати джерело живлення малої потужності на основі мостового або нульового випрямляча з фільтром і стабілізатором напруги при роботі на активне навантаження і живленні від мережі 220В, 50Гц.

1. озрахувати і вибрати елементи схеми і навести їх основні довідкові дані.

2. Вибрати живлячий трансформатор.

3. Визначити допустимі границі змінювання напруги живлення і опору навантаження, при яких вихідна напруга джерела буде стабілізована.

4.Обчислити ККД схеми.

5.Накреслити повну схему джерела живлення та діаграми напруг і струмів.

Вихідні дані до розрахунку (вихідна напруга U_ВИХ, опір навантаження R_H і допустимий коефіцієнт пульсації К_П) наведено у табл. 2.18.1 і 2.18.2.

Таблиця 2.18.1 – Схема випрямляча

Таблиця 2.18.2 – Вихідні дані до задачі 2.18

ЗАДАЧА 2.19. Керований випрямляч

Розрахувати керований випрямляч за схемою, указаною у табл. 2.19.1.

1. Визначити необхідні параметри і, вибрати вентилі, навести їх довідкові дані.

2. З урахуванням комутаційних процесів визначити кут керування a_Н, необхідний для отримання на навантаженні напруги U_H при струмі I_H.

3. Знайти потужність живлячого трансформатора.

4. Накреслити схему випрямляча і графіки напруг і струмів на вході випрямляча, на навантаженні та на вентілях при куті керування a_Н.

5. Збудувати зовнішну (навантажувальну) характеристику випрямляча при кутах керування a = 0 і a = a_Н.

Вихідні дані до задачі, де Х_S – зведений індуктивний опір обмоток трансформатора і живлячої мережи, наведено у табл. 2.19.1 і 2.19.2.

Таблиця 2.19.1 – Схема випрямляча

Таблиця 2.19.2 – Вихідні дані до задачі 2.19

ЗАДАЧА 2.20. Тиристорний регулятор напруги

Розрахувати однофазний тиристорний регулятор напруги із зустрічно – паралельно ввімкнених тиристорів при живленні від мережи промислової частоти з напругою U.

1. Визначити діапазон регулювання напруги на навантаженні U_H.

2. Розрахувати і збудувати графік залежності U_H від кута керування a.

3. Розрахувати і і збудувати часові діаграми струму навантаження і_Н при критичному значенні кута керування і при максимальному куті керування a_m.

4. Визначити параметри тиристорів регулятора і вибрати тиристори з довідника.

5. Накреслити схему регулятора.

Навантаження регулятора є активно-індуктивним. Параметри навантаження (R_Н і L_Н), а також максимальний кут керування наведено у табл. 2.20. Напругу живлення прийняти рівною для першої групи 220 В, для другої – 380 В, для третьої – 660 В.

Таблиця 2.20 – Вихідні дані до задачі 2.20

Поиск по сайту: