RGR_Electronica
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Энергетический факультет Кафедра электротехники и электроники
Расчетно-графическая работа по дисциплине ¾Электроника¿
Исполнитель: студент гр. 106421 Родько А.В.
Руководитель: доцент Розум Т.Т.
Минск-2013
Содержание
1 Задача 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 Задача 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3 Задача 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4Задача 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2
1Задача 1
Исходные данные:
1.Тип выпрямителя трехфазный с нулевым выводом (схема Миткевича).
2.Первичная обмотка трансформатора подключена к сети частотой f = 400 Гц и фазным напряжением U1 = 80 В.
3.Номинальное напряжение нагрузки Uн = 150 В, номинальная мощность нагрузки Pн = 1500 Вт.
4.Тип фильтра простой индуктивный, допустимый коэффициент пульсации q2 = 5%.
Задание:
1.Начертить схему выпрямителя с фильтром, на которой обозначить напряжения и токи в обмотках трансформатора, вентилях и нагрузке. Указать полярность выходных клемм.
2.Рассчитать необходимые параметры и выбрать тип вентилей при условии работы выпрямителя на заданную активную нагрузку. Индуктивностью и сопротивлением обмоток трансформатора пренебречь.
3.Определить расчетную мощность, напряжение вторичной обмотки и коэффициент трансформации трансформатора. Вентили считать идеальными.
4.Рассчитать амплитуды тока и напряжения при работе выпрямителя без фильтра и начертить в масштабе временные диаграммы тока и напряжения на нагрузке.
5.Рассчитать параметры сглаживающего фильтра, который обеспечит допустимый коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке.
6.Указать на схеме выпрямителя тип вентилей, параметры элементов фильтра, мощность и коэффициент трансформации трансформатора.
3
A B C
- n |
U1 |
|
|
Ií Uí |
U2 I2 |
Rí |
|
|
|
|
a |
b |
c |
Lô=0,01IÃí |
|
|
|
+ |
Iâ |
|
Uâ |
|
|
|
80/132,75 Sí=2,5IêÂÀ
Ä304
Рис. 1. Схема замещения трехфазного выпрямителя с нулевым выводом
Расчет средних токов и напряжений в выпрямителе
Напряжение во вторичной обмотке трансформатора для схемы Миткевича находится по формуле:
U2 = 0; 885 Uн = 0; 885 150 = 132; 75 В |
(1.1) |
Максимальное обратное напряжение на вентилях для схемы Миткевича:
p |
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
Uоб.max = 6 U2 = |
|
6 150 = 325; 75 В |
(1.2) |
||||||||
Средний ток нагрузки: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Pн |
|
1500 |
|
(1.3) |
||||
Iн = |
|
= |
|
|
= 10 |
А |
|||||
|
|
||||||||||
|
|
Uн |
|
150 |
|
|
|
4
Находим сопротивление нагрузки:
|
Uн |
|
150 |
|
||
Rн = |
|
= |
|
|
= 15 Ом |
(1.4) |
I |
10 |
|||||
|
н |
|
|
|
|
|
Поскольку диод на каждой фазе активен только одну треть периода, формула для среднего тока вентиля имеет вид:
Iн |
|
10 |
|
||
Iв.ср = |
|
= |
|
= 3; 33 А |
(1.5) |
|
3 |
||||
3 |
|
|
|
По полученным данным из приложения 1 выбираем тип вентилей. Нужные параматры (средний ток 3.33 А и максимальное обратное напряжение 325,75 В) обеспечивает диод КД206А (10А/400В) или четыре последовательно соединенных Д304 (5А/400В). Выбираем батарею из Д304, поскольку её стоимость ниже и параметры ближе к расчетным, чем у КД206А.
Выбор трансформатора
Коэффициент трансформации:
n = |
U2 |
= |
132; 75 |
= 1; 659 |
(1.6) |
|
U1 |
80 |
|||||
|
|
|
|
Расчетная мощность трансформатора для трехфазного выпрямителя с нулевым выводом находится по формуле:
Sр = 1; 35 Pн = 1; 35 1500 = 2025 ВА |
(1.7) |
По стандартному ряду мощностей выбираем трансформатор с номинальной мощностью Sном = 2500 ВА > 2025 ВА и коэффициентом трансформации n = 1; 659.
Временные диаграммы токов и напряжений
Амплитуда напряжения на нагрузке равна амплитуде напряжения на вторичной обмотке трансформатора:
p |
|
|
p |
|
|
|
Uн.max = U2max = 2 U2 = |
|
2 132; 75 = 187; 74 В |
(1.8) |
5
Амплитуда тока на нагрузке и вентилях равна отношению амплитуды напряжения нагрузки к сопротивлению нагрузки:
Iн.max = |
Uн.max |
= |
Uн.maxIн |
= |
187; 74 10 |
= 12; 52 А |
(1.9) |
|
|
150 |
|||||
|
Rн |
Uн |
|
|
Временные диаграммы напряжения и тока на нагрузке без фильтра приведены на рисунке 2.
Uí, Â |
|
|
200 |
|
|
150 |
|
|
100 |
|
|
50 |
Uí.max=187,74 Â Uí.ñð=150 Â |
|
0 |
n |
2n |
|
Ií, À 15
10
5 |
Ií.max=12,52 À |
Ií.ñð=10 À |
|
0 |
|
||
|
n |
2n |
|
|
|
Рис. 2. Временные диаграммы напряжения и тока на нагрузке
wt
wt
Расчет простого L-фильтра
Коэффициент пульсации на выходе трехфазного выпрямителя с нулевым выводом q1 = 0; 25. Требуемый коэффициент пульсации q2 = 0; 05. Находим коэффициент сглаживания фильтра S:
S = |
q1 |
= |
0; 25 |
= 5 |
(1.10) |
||
|
|
|
|||||
q2 |
0; 05 |
||||||
|
|
|
|
6
Для простого L-фильтра S = SL. SL = m!Lф . Из этого выражения нахо-
Rн
дим требуемую индуктивность фильтра:
LФ = |
RнSL |
= |
|
15 5 |
|
= 0; 01 Гн |
(1.11) |
|
|
2 3; 14 |
|
||||
|
m! 3 |
400 |
|
Для эффективной работы фильтра значение индуктивного сопротивления фильтра должно превышать сопротивление нагрузки в 5 10 раз.
XLФ = m!LФ = 3 2 3; 14 400 0; 01 = 75; 36 > 5 Rн = 75 Ом (1.12)
Условие эффективности фильтра выполняется.
Схема выпрямителя со всеми необходимыми обозначениями приведена на рис. 1, стр. 4.
7
2Задача 2
Исходные данные:
1.Тип транзистора КТ301А.
2.Напряжение источника питания Eк = 24 В.
3.Ток коллектора покоя Iк.п = 4 мА, напряжение КЭ покоя Uкэ.п = 12 В.
4.Сопротивление нагрузки Rн = 3 кОм.
Задание:
1.Начертить схему усилительного каскада с учетом заданного типа транзистора. На схеме указать токи и напряжения транзистора, а также Uвх
и Uвых.
2.По заданным в исходных данных параметрам на характеристиках транзистора нанести точку покоя и построить статическую линию нагрузки. Рассчитать величину сопротивлений резисторов, обеспечивающих заданный режим покоя. При расчете учесть, что Iк Iб.
3.В точке покоя по характеристикам транзистора определить его h- параметры (h11, h21, h22). Параметр h12 принять равным нулю.
4.Начертить схему замещения усилителя в динамическом режиме, заменив транзистор эквивалентной схемой с h-параметрами.
5.Рассчитать с учетом нагрузки входное и выходное сопротивление каскада, коэффициенты усиления тока, напряжения и мощности.
6.Построить динамическую линию нагрузки на выходных ха-
рактеристиках транзистора и определить максимальную амплитуду выходного напряжения, усиливаемого без заметных искажений сигнала, и максимальную выходную мощность.
7.Построить амплитудную характеристику каскада.
8.Определить коэффициент полезного действия каскада.
8
+ Eê
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rá |
|
|
Rê |
|
|
|
iê |
+ |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
C2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
iâõ |
C1 |
VT |
+ |
|
|
iá |
iêý |
|
|
|||
|
Uêý |
|
||||
|
|
|
+ |
|
||
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
Uáý |
~Uâûõ |
Rí |
|
|
|
|
|
|
~Uâõ |
iý |
|
|
Rý |
Ñý |
- |
- |
- |
Рис. 3. Схема замещения усилительного каскада
СЛН и расчет сопротивлений резисторов
Строим на выходной характеристике (рис.5, стр.11) статическую линию покоя. Первая её точка точка покоя П с Iк.п = 4 мА и Uкэ.п = 12 В. Вторая точка точка отсечки М с Iк = 0, Uкэ = Eк = 24 В.
В режиме покоя Rн = 1 и по каскаду проходит только постоянный ток. Вид схемы замещения в этом случае представлен на рис. 4, стр. 10.
Для контура Eк Rк V T Rэ запишем уравнение второго закона Кирхгофа:
Eк = Iк.пRк + Uкэ.п + IэRэ |
(2.1) |
Учитывая, что Iк Iэ (поскольку ток базы пренебрежительно мал) и принимая Rэ = 0; 1 Rк, получаем следующие выражения для Rк и Rэ:
Rк = |
Eк Uкэ.п |
= |
24 12 |
= 2727; 27 |
Ом |
(2.2) |
|
1; 1 4 10 3 |
|||||
|
1; 1 Iк.п |
|
|
|
||
Rэ = 0; 1 Rк = 0; 1 2727; 27 = 272; 73 Ом |
|
(2.3) |
9
+ Eê
Rá |
Rê iê.ï |
iá.ï |
VT |
|
Uêý.ï
Uáý.ï
iý.ï
Rý
Рис. 4. Схема замещения усилительного каскада в режиме покоя
По выходной характеристике (рис. 5, стр. 11) находим ток базы покоя Iб.п = 0; 0375 мА. По рекомендации из методического пособия для кремниевого транзистора принимаем Uбэ.п = 1 В.
Запишем уравнение 2-го закона Кирхгофа для контура Eк Rб V T Rэ:
|
Eк = Iб.пRб + Uбэ.п + IкRэ |
|
(2.4) |
||
Выражаем значение Rб: |
|
|
|
||
Rб = |
Eк Uбэ.п IкRэ |
= |
24 1 272; 74 0; 004 |
= 584242; 13 Ом |
(2.5) |
|
0; 0375 10 3 |
||||
|
Iб.п |
|
|
Расчет h-параметров
По входной и выходной характеристикам (рис. 5) определям h11, h21, h22. h12 принимаем равным нулю.
10