Главная | Обратная связь

По выполнению контрольной работы № 3

 

Контрольная работа №3 состоит из трех задач и вопроса по теории. Перед тем как преступить к решению задач контрольной работы, следует изучить соответствующий материал из рекомендованной литературы, методические указания к решению задач данной темы, где даются разъяснения и разбираются типовые примеры с пояснением хода решения. Домашняя контрольная работа должна быть представлена на экзамен с исправлениями в соответствии с замечаниями преподавателя.

Ответ на вопрос по теории дожжен быть конкретным с пояснением физической сущности работы того или иного устройства. При описании прибора или устройства следует обязательно пояснить ответ электрическими схемами, графиками и чертежами.

 

Указания к решению задач №№ 1-5

Данные задачи относятся к расчету выпрямителей переменного тока, собранных на полупроводниковых диодах. Подобные схемы выпрямителей находят сейчас применение в различных электронных устройствах и приборах.

При решении задачи следует помнить, что основными параметрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток I_доп, на который рассчитан данный диод, и величина обратного напряжения U_обр, которое диод выдерживает без пробоя в непроводящий период.

Обычно при составлении реальной схемы выпрямителя задаются величиной мощности потребителя Р_d, Вт, получающего питание от данного выпрямителя, и выпрямленным напряжением U_d, В, при котором работает потребитель постоянного тока. Отсюда нетрудно определить ток потребителя:

 

.

 

Сравнивая ток потребителя с допустимым током диода I_доп выбирают диоды в зависимости от выбранной схемы выпрямителя.

Для однополупериодного выпрямителя ток через диод равен току потребителя, то есть надо соблюдать условие

I_доп ≥ I_d

Для двухполупериодной и мостовой схем выпрямления ток через каждый диод равен половине тока потребителя, т.е. следует соблюдать условие

I_доп ≥0,5 ∙ I_d

 

Для трехфазного выпрямителя ток через диод составляет треть тока потребителя, чтобы

Величина напряжения на диоде, в непроводящий период U_b также зависит от той схемы выпрямления, которая применяется в конкретном случае. Так, для однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей

 

U_b = π ∙ U_d = 3,14 ∙ U_d,

для мостового выпрямителя

а для трехфазного выпрямителя

 

U_b = 2,1 ∙ U_d.

При выборе диода должно соблюдаться условие:

 

U_o6p ≥ U_b.

Рассмотрим примеры на составление схем выпрямителей.

 

Пример 9

 

Для питания постоянным током потребителя мощностью P_d = 300 Вт при напряжении U_d = 20 В необходимо собрать схему однополупериодного выпрямителя, используя имеющиеся стандартные диоды типа Д242А.

 

Дано: Р_d = 300 Вт,
Ud = 20 В,
Диод Д242А
Составить схему выпрямителя.

 

Решение

1. Выписываем из табл. 3 параметры диода Д242А:

I_доп = 10A, U_o6p = 100 B

 

2. Определяем ток потребителя:

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

 

U_b = 3,14 ∙ U_d = 3,14 ∙ 20 63B

 

4. Проверяем диод по параметрам I _доп и U_обр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям

U_o6p > U_b.
I_доп > I_d

 

В данном случае второе условие не соблюдается, так как 10 А < 15 А, т.е. I_доп < I_d

Первое условие выполняется, так как 100 В > 63 В.

 

5. Составляем схему выпрямителя. Для того, чтобы выполнить условие I_доп > I_d, надо два диода соединить параллельно, тогда

I_доп = 2 ∙ 10 = 20 А

20 А > 15 А.

Полная схема выпрямителя приведена на рис. 53.

 

 

Пример 10

 

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

 

Дано: P_d = 250 Вт,
U_d=100B,
Диод Д243Б

Составить схему выпрямителя.

 

Решение

1. Выписываем из табл. 3 параметры диода Д243Б:

I_доп = 2A,

U_o6p = 200 B

2. Определяем ток потребителя:

 

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

U_d = 3,14 ∙ U_d = 3,14 ∙100 = 314 В.

4. Проверяем диод по параметрам I _доп и U_обр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям

U_o6p > U_b.
I_доп > 0,5 ∙ I_d

 

В данном случае первое условие не соблюдается, так как 200 < 314 В, т.е. U_o6p < U_b. Второе условие выполняется, так как 0,5 ∙ I_d = 0,5 ∙ 2,5 = 1,25 < 2 А.

 

5. Составляем схему выпрямителя. Для того, чтобы выполнить условие U_o6p > U_b, надо два диода соединить последовательно, тогда

 

U_o6p = 200 ∙ 2 = 400 В > 314 В

Полная схема выпрямителя приведена на рис. 54.

 

Пример 11

 

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

 

Дано: U_d=150B,

Диод Д243

Определить P_d и составить схему выпрямителя.

 

Решение

1. Выписываем из табл. 3 параметры диода:

I_доп = 5A,

U_o6p = 200 B

 

2. Определяем допустимую мощность потребителя. Для трехфазного выпрямителя т. е.

P_d=3 ∙ U_d ∙ I_доп = 3 ∙ 150 ∙ 5 = 2250 Вт.

Следовательно, для данного выпрямителя P_d ≥ 2250 Вт.

 

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

 

U_d = 2,l ∙ U_d = 2,l ∙ 150 = 315 В.

 

4. Составляем схему выпрямителя. Проверяем диод по условию U_o6p > U_b. В данном случае первое условие не выполняется, так как 200 < 315 В, т.е. U_o6p < U_b. Чтобы условие выполнялось, необходимо в каждом плече два диода соединить последовательно, тогда

U_o6p = 200 ∙ 2 = 400В, 400>315В

 

Полная схема выпрямителя приведена на рис. 55.

 

Пример 12

Составить схему мостового выпрямителя, использовав один из четырех диодов: Д218, Д222, КД202Н, Д215Б. Мощность потребителя Р_d = 300 Вт, напряжение потребителя U_d = 200 В.

 

Дано: P_d = 300 Вт,
U_d = 200 В,
Диоды: Д218, Д222, КД202Н, Д215Б.

Составить схему мостового выпрямителя.

 

Решение

 

1. Выписываем из табл. 3 параметры указанных диодов:

2. Определяем ток потребителя:

 

3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период для мостовой схемы выпрямителя:

 

U_d = 1,57 ∙ U_d = 1,57 ∙ 200 = 314 В.

 

4. Выбираем из условий I_доп > 0,5 ∙ I_d > 0,5 ∙ 1,5 > 0,75 А, U_обp > U_b > 314 В. Этим условиям удовлетворяет диод КД202Н:

I_доп = 1,0 > 0,75 А, U_обp =500 > 314 В

 

Диоды Д218, Д222 удовлетворяют напряжению, так как 1000 и 600 больше 314 В, но не подходят по допустимому току, так как 0,1 и 0,4 меньше 0,75 А, диод Д215Б, наоборот, подходит по допустимому току, так как 2 > 0,75 А, но не подходит по обратному напряжению, так как 200 < 314 В.

 

5. Составляем схему мостового выпрямителя (рис. 56). В этой схеме каждый из диодов имеет параметры диода КД202Н: I_доп = 1 A; U_o6p = 500 В

 

 

 

Указания к решению задач №№ 6-10

 

В этих задачах надо составить схему из элементов, указанных на рисунке. Для правильного составления схемы необходимо найти в рекомендованной литературе раздел, к которому схема относится, и изучить принцип работы данного устройства.

Все схемы следует вычерчивать аккуратно, примерно на половине тетрадной страницы в соответствии с действующими ГОСТами на условные обозначения элементов электрических схем. После вычерчивания схемы надо объяснить назначение каждого элемента и ответить на вопрос своего варианта.

Рассмотрим пример на составление электронной схемы.

 

Пример 13

 

Составить схему двухкаскадного усилителя с резисторно-емкостной связью между каскадами на биполярных транзисторах из элементов, указанных на рис. 57. Объяснить назначение элементов схемы. Дать определение коэффициента усиления по напряжению каждого каскада и общего коэффициента усиления схемы. Как изменится работы схемы, если произойдет обрыв резистора R_б2?

 

Решение

 

Схема усилителя, представленная на рис. 58, двухкаскадная, т.е. входное напряжение усиливается два раза: сначала транзистором VT₁ , а затем транзистором VT₂.

Оба транзистора включены по схеме с общим эмиттером. В каждом каскаде эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей, а резисторы R_К1 и R_К2, с помощью которых создается выходное напряжение, включаются в коллекторные цепи транзисторов.

Полярность источника с ЭДС Е_к по отношению к коллекторной цепи зависит от типа транзистора. На рис. 58 полярность источника соответствует усилительным каскадам с транзисторами типа p-n-р. Резисторы R_б1 и R_б2 включены в цепи базы транзисторов, обеспечивающих их работу в режиме покоя, т.е. в отсутствие входного сигнала. Благодаря этим резисторам можно получить оптимальные значения тока базы I_б0 и напряжения между базой и эмиттером U_б0, соответствующие середине линейного участка нагрузочной характеристики. Конденсатор C_с1 не пропускает постоянную составляющую коллекторного напряжения транзистора VT₁ в базовую цепь транзистора VT₂. Конденсатор связи С_с2 не пропускает постоянную составляющую коллекторного напряжения транзистора VT₂ в нагрузку на выходе второго каскада. В каждом усилительном каскаде применена эмиттерная температурная стабилизация, обеспечиваемая резисторами R_э1 и R_э2 и конденсаторами С_э1 и С_э2.

1. При обрыве резистора R_б2 в цепи базы транзистора VT₂ не будет обеспечено заданное напряжение смещения U_б0, рабочая точка на нагрузочной характеристике сместится, и усилитель будет работать с искажениями.

2. Коэффициентом усиления одного каскада по напряжению называют отношение напряжения на выходе к напряжению на входе

 

Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления отдельных усилительных каскадов:

К = K_v1 ∙ К_v2.

 

Указания к решению задач №№ 10-15

 

Эти задачи относятся к расчету параметров и характеристик полупроводниковых триодов-транзисторов. При включении транзистора с общим эмиттером управляющим является ток базы I_б, а при включении с общей базой - ток эмиттера I_Э. В схеме с общей базой связь между приращениями тока эмиттера ∆I_Э и тока коллектора ∆I_К характеризуется коэффициентом передачи тока h_21б:

при U_кб = const,

где U_кб - напряжение между коллектором и базой.

Коэффициент передачи всегда меньше единицы. Для современных биполярных транзисторов h_21б = 0,9 0,995. При включении с общей базой ток коллектора:

I_к = h_21б ∙ I_э

Коэффициент усиления по току h_21э в схеме включения транзистора с общим эмиттером определяется как отношение приращения тока коллектора ∆I_К к приращению тока базы ∆I_б. Для современных транзисторов h_21э имеет значение 20-200.

 

при U_кэ = const,

 

где U_кэ - напряжение между коллектором и эмиттером.

Ток коллектора при включении с общим эмиттером:

I_к = h_21э ∙ I_б

Между коэффициентами h_21б и h_21э существует следующая связь:

 

или

 

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

P_к = U_кэ ∙ I_к

Рассмотрим примеры на расчет параметров транзистора.

Пример 14

Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, определить коэффициент усиления h_21э по его входной характеристике (см. рис. 59) и выходным характеристикам (см. рис. 60), если U_бэ = 0,4 В; U_кэ = 25 В. Подсчитать также коэффициент передачи по току h_21б и мощность Р_к на коллекторе.

 

Решение

1. Определяем по входной характеристике при U_бэ =0,4 В ток базы I_б = 500 мкА.

2. Находим по выходным характеристикам для U_кэ = 25 В и I_б = 500 мкА ток коллектора I_К = 36 мА.

3. На выходных характеристиках (рис. 60) строим отрезок АВ, из которого находим:

 

∆I_К = АВ = I_К1 - I_К2 = 36 - 28 = 8 мкА;
∆I_б= АВ = I_б1 - I_б2 = 500 - 400 = 100 мкА = 0,1 мА.

4. Определяем коэффициент усиления:

 

 

5. Определяем коэффициент передачи по току:

 

 

6. Определяем мощность на коллекторе:

 

Р_к = U_кэ ∙ I_к = 25 ∙ 36 = 900 мВт = 0,9 Вт.

 

 

 

Пример 15

Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, найти ток базы I_б, ток коллектора I_к и напряжение на коллекторе U_кэ, если напряжение U_бэ = 0,3 В; напряжение питания Е_к = 20 В; сопротивление нагрузки в цепи коллектора R_K = 0,8 кОм. Входная и выходная характеристики транзистора приведены на рис. 61 и 62.

 

Перед решением этого примера приведем некоторые пояснения. Для коллекторной цепи усилительного каскада в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно написать уравнение:

 

Е_к = U_кэ + I_к ∙ R_K,

 

Т.е. сумма напряжения на резисторе R_K и коллекторного напряжения U_кэ всегда равна Е_к - ЭДС источника питания.

Расчет такой нелинейной цепи, т.е. определение I_к и U_кэ для различных значений токов базы и сопротивления резистора R_K можно произвести графически. Для этого на семействе выходных характеристик необходимо провести из точки Е_к на оси абсцисс вольтамперную характеристику резистора R_K, удовлетворяющую уравнению:

U_кэ = Е_к - I_к ∙ R_K,

 

Эту характеристику удобно строить по двум точкам: U_кэ = Е_к
при I_к = 0 на оси абсцисс и при U_кэ = 0 на оси ординат.

Построенную таким образом вольтамперную характеристику коллекторного резистора R_K называют линией нагрузки. Точки ее пересечения с коллекторными выходными характеристиками дают графическое решение уравнения для данного резистора R_K и различных значений тока базы I_б.

 

Решение

1. Откладываем на оси абсцисс точку

U_кэ = Е_к = 20 В,

а на оси ординат - точку, соответствующую

Здесь R_K = 0,8 кОм = 800 Ом.

2. Соединяем эти точки прямой и получаем линию нагрузки.

3. Находим на входной характеристике для U_бэ = 0,3 В ток базы I_б = 250 мкА.

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

5. Определяем для точки А ток коллектора I_к =17 мА и напряжение U_кэ =7 В.