Рефераты - Афоризмы - Словари
Русские, белорусские и английские сочинения
Русские и белорусские изложения
 

Типовые задачи расчета цепей, содержащих электронные элементы

Работа из раздела: «Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»

/

Введение

Электроника--это наука о формировании, передаче и обработке электрических сигналов.

В системах автоматического управления различными объектами важную роль играет информация, полученная от датчиков состояния объекта, ее переработка, с точки зрения формирования управляющего воздействия или выходной информации. Пример: необходимо следить за уровнем воды в баке. Следовательно, датчик уровня вырабатывает сигнал, который преобразуется в нужную форму, затем сравнивается с необходимой величиной (проходит обработку) и в зависимости от этого сравнения воздействует на клапан, предварительно пройдя превращение в мощный сигнал, способный переместить клапан.

Физическими носителями информации являются сигналы, например, акустические, механические, электрические, световые, пневматические и так далее. В современных системах используют в основном электрические сигналы, для которых характерны высокая скорость их обработки, простота формирования и передачи на длинные расстояния. В процессе формирования, передачи и обработки электрические сигналы подвергаются различным преобразованиям: усилению, фильтрации для устранения искажений и защиты от помех, формируются по форме, амплитуде и длительности. Для этого используют электронные устройства, которые состоят из электронных элементов и пассивных электрических цепей (резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности).

Современная промышленность выпускает два вида электронных элементов: в виде отдельных дискретных компонентов (диодов, транзисторов и так далее) и в виде микросхем (интегральных схем), в которых в одном корпусе собрана электронная схема, представляющая собой функциональный узел для обработки информации и располагающаяся на одном кристалле полупроводнике.

Полупроводником называют вещество, у которого сопротивление много больше, чем сопротивление проводника и много меньше, чем сопротивление изолятора. Проводниками являются элементы четвертой группы таблицы Менделеева (углерод, кремний, германий), пятой (фосфор, мышьяк, сурьма), шестой (селен), а также химические соединения (арсенид галлия).

Итак: электроника -- область науки, изучающая физические явления в полупроводниках и электровакуумных приборах, их характеристики, параметры, а также устройств, основанных на их применении.

В данной работе поставлена задача выполнения 6 заданий, в каждом из которых надо применить все практические знания по данному курсу. В первом задании надо рассчитать ток и напряжение на диоде, параметры цепи с диодом. Во втором нужно произвести расчет переходного процесса в цепи с нелинейным элементом и построить графики . В третьем задании требуется рассчитать нелинейную цепь с источниками питания различного типа. В четвертом задании требуется определить параметры выпрямителей. В пятом: определить положение рабочей точки и рассчитать параметры транзистора в этой точке. Шестое задание представляет собой переход от h-параметров транзистора с общим эмиттером к h-параметрам с общим коллектором.

Задача 1. Расчет электрической цепи, содержащей диод

При известных: ; ; ;J=0.05 A.

Для следующей цепи

Рис. 1. Схема исследуемой цепи.

1. Определить ток короткого замыкания Iкз

2. Определить напряжение холостого хода Uxx

3. Определить входное сопротивление относительно зажимов диода

4. Методом опрокинутой характеристики найти ток и напряжение на диоде. 5. Определить Е при Uvd =0 и Ivd=0

Решение

Рис. 2. Схема исследуемой цепи с обозначением контурных токов.

Составим выражения по методу контурных токов (направления обхода всех контуров по часовой стрелке) :

Подставим численные значения:

1000I11-800 I22-200 I33=26

-800I11+1000 I22 =0

-200I11+1000 I33=-10

Значения контурных токов:

I11=0,075А

I22=0,06А

I33=0,005А

Значение тока короткого замыкания:

Iкз= I22 - I33 =0,06 -0,005=0,055А

2.Для нахождения напряжения Uхх размыкаем цепь на месте диода:

Рис.3 цепь для нахождения напряжения холостого хода

Uxx=-E1+I1xR3-I2xR4=-10+5.2-12.8=17.6 B

3. Находим входное сопротивление в виде суммы значений резистивных элементов:

Выполним проверку:

Согласно методу эквивалентного генератора входное сопротивление можно найти как отношение напряжения холостого хода к току короткого замыкания:

следовательно, расчёты верны.

4. Используя метод опрокинутой характеристики найдем ток и напряжение на диоде.

Получаем что Ivd=0.028 A , Uvd=8 B.

5.Чтобы найти ЭДС источника при отсутствии диода используем раннее полученную формулу для нахождения напряжения холостого хода:

Uxx=-E1+I1xR3-I2xR4

Тогда при Uxx=0 находим что E=-13.3

Ответы:,Iкз=0,055 A;

Uхх=17,6 В

Rвх=320 Ом;

Uvd=8 В,Ivd=0,028 А;Е=-13.3 В при Ivd =0, Uvd=0.

Задача 2. Расчет переходного процесса в нелинейных цепях

Решение.

1. Составим дифференциальные уравнения цепи для конечного положения ключа на основе законов Кирхгофа:

2.Составим характеристическое уравнение для конечного положения ключа, исключая источник ЭДС.

Преобразуем схему, описанную выше, для нахождения характеристического уравнения.

Тогда получим следующее:

искомое характеристическое уравнение.

3.Определим корни характеристического уравнения, полученного выше:

4.Определим принужденную составляющую переходной величины.

Для этого рассмотрим цепь в установившемся режиме. Т.к. цепь питается от постоянного напряжения, то принужденные величины - это постоянные токи и напряжения.

, т.к. сопротивление на индуктивности при постоянном токе равно нулю.

Сопротивления и параллельны.

Тогда:

Тогда

5.Запишем решение в общем виде:

,

где

.

6.Определим независимые начальные условия:

Найдем

Запишем второй закон Кирхгофа для контура А:

Тогда

Определим постоянные интегрирования и запишем окончательное выражение искомой величины.

Запишем общее решение при :

,

Тогда

Ответ:

График тока на индуктивности:

Графики тока и напряжения на диоде включенном в прямом направлении:

Графики диода включенного обратно:

Задача 3. Расчет электрической цепи, содержащей стабилитрон

График ВАХ стабилитрона и схема стабилизатора:

1. Построить график напряжения на стабилитроне;

2. Построить график тока на стабилитроне;

3. Построить графики тока и напряжения на стабилитроне

Решение:

Преобразуем данную схему:

Найдем значение . Для этого упростим исходную схему, используя данные преобразования:

Первый этап перестроения:

Второй этап:

Третий этап:

Данную схему преобразуем к окончательному виду схемы:

Т.к. стабилитрон включен в обратном направлении и , то график напряжения на стабилитроне будет выглядеть так:

Построим график :

Подставляя значения из графика в суммарную вольтамперную характеристику, получим ток при данной . Т.к. все элементы цепи соединены последовательно, то ток стабилитрона равен току цепи.

График тока на стабилитроне.

Задача №4. Расчет выпрямителей

Рассчитать однофазный однополупериодный выпрямитель с фильтром.

Рассчитать однофазный двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом с фильтром.

Рассчитать однофазный мостовой выпрямитель с фильтром.

Определить параметры трансформатора и диода, при условии, чтобы амплитуда отрицательной полуволны напряжения на нагрузке равнялась бы 0,2 амплитуды отрицательной полуволны.

Решение:

Среднее значение выпрямленного напряжения равно:

.

Следовательно, действующее значение напряжения на нагрузке равно:

В.

Действующее значение тока нагрузки равно:

.

Среднее значение тока нагрузки равно:

.

Тогда действующее значение тока нагрузки равно:

.

Коэффициент трансформации равен:

В, мА.

Промежуточный ток через диод равен мA.

Обратное напряжение на диоде:

В.

Фильтр представляет собой конденсатор, присоединённый параллельно нагрузке.

Фильтр

Ф.

Среднее значение выпрямленного напряжения равно:

.

Следовательно, действующее значение напряжения на нагрузке равно:

В.

Действующее значение тока нагрузки равно:

.

Среднее значение тока нагрузки равно:

.

Тогда действующее значение тока нагрузки равно:

мA.

Коэффициент трансформации равен:

, А.

Промежуточный ток через диод равен:

А.

Обратное напряжение на диоде:

В.

Фильтр

Среднее значение выпрямленного напряжения равно:

.

Следовательно, действующее значение напряжения на нагрузке равно:

В.

Действующее значение тока нагрузки равно:

.

Среднее значение тока нагрузки равно:

.

Тогда действующее значение тока нагрузки равно:

мA.

Коэффициент трансформации равен:

, мА.

Промежуточный ток через диод равен: А.

Обратное напряжение на диоде:

В.

Ф.

Среднее значения напряжения на нагрузке равно:

Из полученного выражения следует, что

В.

Аналогично для тока

А.

Определим :

Ом;

;

Ом.

Определяем действующее значение переменного тока :

;

А.

Определяем :

и получаем В.

Определим параметры трансформатора:

Коэффициент трансформации:

, А..

Мощность трансформатора: Вт

Задача 5. Определение h-параметров транзистора типа ГТ322

Любой транзистор можно представить как активный четырехполюсник. Для описания четырехполюсника при малых амплитудах сигнала и при расчете и анализе соответстующих устройств используется так называемые малосигнальные параметры. Малосигнальные параметры являются дифференциальными параметрами. Наиболее употребительна система h-параметров.

Обычно в качестве независимых переменных принимают приращение входного тока и выходного напряжения , тогда зависимые переменные и можно найти как

Эти уравнения соответствуют схеме замещения транзистора:

h - параметры транзистора легко могут быть определены опытным путем из опытов холостого хода и короткого замыкания.

- коэффициент передачи тока при ;

- выходная проводимость при .

Конкретные значения h зависят от схемы включения транзистора и режима работы. Они могут быть определены по статическим характеристикам или схемам замещения.

Найдем параметры транзистора марки ГТ322 включенном по схеме ОБ.

Дано: входные и выходные характеристики ОБ.

Система уравнений h-параметров с общим эмиттером:

Решение:

1. Определяем рабочую точку А:

,

2. На входной характеристике указана точка А для того же режима, что и на выходных характеристиках. Проводим к точке А касательную и по приращениям между и при постоянном напряжении , находим

3. Если рассматривать как , как , а как , то есть коэффициент обратной связи по напряжению, обусловленной эффектом модуляции толщины базы:

Задав , определим значения для входных характеристик, построенных при (в точке D) и при (в точке А). Получаем

4. На выходной характеристике указана точка рабочая точка А, проводим к ней касательную и по приращениям между и точками E и F при постоянном токе , находим

5. Из выходных характеристик по заданным приращениям и между точками G и H при постоянном напряжении находим

Ответ:,,,

Задача 6. Определение h-параметров по физическим параметрам

Рисунок. Схема замещения транзистора в физических параметрах.

Рисунок. Схема замещения транзистора в h - параметрах.

- короткое замыкание коллектор-эмиттер.

Схема в физических параметрах примет следующий вид:

Рисунок. Короткое замыкание коллектор-эмиттер на схеме в физических параметрах.

Учтя, преобразования имеем:

;

;

;

;

.

;

;

;

.

;

;

;

;

.

;

;

;

.

транзистор диод стабилитрон напряжение

Ответ: ; ;

;.

Заключение

В данной курсовой работе были рассмотрены типовые задачи расчета цепей содержащих электронные элементы, изученных в курсе «Физические основы электроники»: были рассчитаны базовые схемы и параметры транзистора, выявлены особенности работы диода и стабилитрона.

Сопоставляя результаты, полученные в данной курсовой работе с введением, представленным выше, можно прийти к выводу, что все задания выполнены: в первом задании рассчитан диод, параметры цепи с диодом. Во втором - произведен расчет стабилитрона и построены графики его характеристик. В третьем задании определены параметры выпрямителей. В четвертом: найдено положение рабочей точки и рассчитаны параметры транзистора в этой точке. В пятом задании выведены h-параметры транзистора. В шестом был произведен переход от заданных параметров к необходимым.

Список использованной литературы

1. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. - М.: Высшая школа, 1991 г. - 622 с.

2. Основы промышленной электроники. Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: Высшая школа, 1986 г. - 336 с.

3. Бочаров Л.Н., Жеребятников С.К., Колесников И.Ф. Расчет электронных устройств на транзисторах. - М.: Энергия, 1978 г. - 208 с.

4. Изъюрова Г.И. и др. Расчет электронных схем: примеры и задачи. - М.: В.шк.,1987 г. - 395 с.

5. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник. Под общ. ред. Н.Н. Горюнова. - М.: Энергоиздат, 1982 г. - 744 с.

ref.by 2006—2019
contextus@mail.ru