модуль 3 (Семинары)

электротехника и электроника

Семинары Князьковой Т.О.

МОДУЛЬ 3. «Основы аналоговой электронной техники»

Любые упражнения по изучению электротехники необходимо начинать с проработки лекционного материала и соответствующего раздела в учебнике. Следует также выучить правила составления уравнений и свойств соединений элементов схем.

СЕМИНАР 11

Расчет параметров выпрямительных устройств

Задача 1

В однополупериодном выпрямителе с емкостным фильтром рис 1, рассчитать U_нср и U_{обрмакс}, если С_ф = ∞, U₂ = 150 В, частота напряжения сети 50 Гц, R_н = 2 кОм, построить временную диаграмму выпрямителя.

Задача 2

В двухполупериодной мостовой схеме выпрямителя с фильтром, напряжение на вторичной обмотке трансформатора U₂ = 150 В. Частота напряжения сети 50 Гц, R_н = 2 кОм, при условии, что емкость фильтра равна ∞. Определить среднее значение выпрямленного напряжения U_нср, значения: I_прд , I_нср, U_{обрмакс}, коэффициент пульсаций?

Решение:

С_ф = ∞, следовательно, р = 0

U_нср =√2·U₂ / (1 + р) = 212 В

I_нср = U_нср/ R_н = 212 / 2000 = 0,106 А

U_{обр макс} = √2·U₂ = 212 В

Задача 3

Определите емкость конденсатора фильтра С_ф в мостовом выпрямителе, если выпрямленное напряжение U_нср = 12 В, ток I_нср = 10 мА, а коэффициент пульсаций не должен превышать 0,05.

Решение:

Задача 4

В однополупериодном выпрямителе с емкостным фильтром рис. 1, напряжение на вторичной обмотке трансформатора U₂ = 10 В. Частота напряжения сети 50 Гц, R_н = 1 кОм, С_ф = 80 мкФ.

Определить среднее значение выпрямленного напряжения U_нср, I_нср, U_{обр макс}, коэффициент пульсаций р, построить временные диаграммы.

Решение:

U_нср =√2·U₂ / (1 + р) = 14,1/(1 + 0,2) = 11,75 В

U_{обр макс} = 2√2·U₂ = 28,2 В

τ_разр = С·R_н = 0,05 с

Строим временные диаграммы рис. 3:

Задача 5

В однополупериодном выпрямителе с фильтром рис. 1, напряжение на нагрузке U_нср = 40 В, коэффициент пульсаций не должен превышать 0,05.

С каким U_{обрмакс} нужно выбрать полупроводниковый диод?

Решение:

U_{обрмакс} = 2√2·U₂,

U_{обрмакс} = 84 В

Задача 6

Однофазный двухполупериодный управляемый выпрямитель имеет на входе напряжение 150В. Построить временную диаграмму, при угле регулирования 90 градусов. Построить регулировочную характеристику выпрямителя.

Решение:

Регулировочная характеристика:

Временные диаграммы:

Любые упражнения по изучению электротехники необходимо начинать с проработки лекционного материала и соответствующего раздела в учебнике. Следует также выучить правила составления уравнений и свойств соединений элементов схем.

СЕМИНАР 12

Расчет параметрических стабилизаторов

Задача 1

Нарисовать характеристику стабилитрона с параметрами:

U_ст = 12 В, I_{ст min} = 3 мА, R_диф = 25 Ом, I_{ст mах} = 50 мА.

Решение:

∆I_ст = I_{ст mах} - I_{ст min} = 50 – 3 = 47 мА

∆ U_ст = ∆I_ст ·R_диф = 0,047·25 = 1,175 В

U_{ст min} = U_ст - ∆ U_ст/2 = 11,42 В

U_{ст mах} = U_ст + ∆ U_ст/2 = 12,59 В

Строим ВАХ стабилитрона рис. 1.

Задача 2

Для схемы на рис. 2, стабилитрон имеет параметры:

U_ст = 20 В, I_{ст min} = 1 мА, R_диф = 40 Ом, I_{ст mах} = 71 мА.

Определить ток I в цепи графическим способом, если I_н =20 мА.

Решение:

I = I_ст + I_н

∆I_ст = I_{ст mах} - I_{ст min} = 71 - 1 = 70 мА

∆ U_ст = ∆I_ст ·R_диф = 0,07·40 = 2,8 В

U_{ст min} = U_ст - ∆U_ст/2 = 18,6 В

U_{ст mах} = U_ст + ∆U_ст/2 = 21,4 В

Строим ВАХ стабилитрона, ВАХ резистора. Суммируем ВАХ-ки. Графически определяем ток неразветвленного участка цепи рис 3.

I = 55 мА

Задача 3

Чему равно относительное изменение напряжение на выходе параметрического стабилизатора, если ток стабилитрона изменился на 2 мА, U_ст = 8 В, R_диф = 16 Ом?

Решение:

Задача 4

Для стабилизации напряжения в нагрузке R_н = 2 кОм используется параметрический стабилизатор напряжения рис. 4. Стабилитрон имеет параметры: I_стmin = 1 мА, I_стmax = 23 мА, R_диф = 30 Ом; номинальное напряжение на выходе равно 11 В, входное напряжение 22 В.

Определить К_ст и R_бал.

Решение:

Задача 5

Определить напряжение на входе стабилизатора рис. 5. Параметры стабилитрона:

U_ст = 12 В, I_{ст min} = 5 мА, I_{ст mах} = 35 мА, R_диф = 20 Ом, R_бал = 800 Ом, R_н = ∞.

Решение: ток через стабилитрон

Так как стабилитрон и балластное сопротивление включены в цепь последовательно, то

I = I_{ст mах} = 20 мА

По второму закону Кирхгофа:

Задача 6

Определить U₂ в стабилизаторе напряжения рис. 6, если U₁ = 16 В, R₁ = 300 Ом, R₂ = 1,2 кОм, U_{ст min} = 12 В, R_ст = 15 Ом.

Указание: решить задачу аналитическим методом, ис­пользуя схему замещения стабилитрона (ис­точник эдс Е = U_ст, включенный последовательно с резистором R_ст).

Решение: начертим схему замещения стабилизатора рис 7.

Используем метод двух узлов:

;

U₂ = 12,2 В

Любые упражнения по изучению электротехники необходимо начинать с проработки лекционного материала и соответствующего раздела в учебнике. Следует также выучить правила составления уравнений и свойств соединений элементов схем.

СЕМИНАР 13

Расчет усилительных каскадов на операционных усилителях

Задача 1

Определить коэффициент усиления по постоянному току транзистора, включенного по схеме с ОЭ, если ток коллектора стал равен 4 мА, а ток эмиттера 4,3 мА.

Решение:

∆I_б = ∆I_э - ∆I_к = 4,3 – 4 = 0,3 мА

Задача 2

Решение:

В режиме покоя

U_бэ = E_к - R_б·I_б ,

I_бп = E_к / R_б = 0,1·10^-3 А

I_кп = h_21э ·I_бп = 5 мА

U_кэп = E_к – R_к·I_к = 20 - 2000·0,005 = 10 В

Задача 3

Решение:

Построим линию нагрузки на выходных характеристиках транзистора для определения h-параметров транзистора.

Определяем h-параметры транзистора

U_кэп = Е_к / 2 = 12 / 2 = 6 B I_кп = 5,5 мА I_бп = 125 мкА

U_кэм = 7,2 B I_км = 4,5 мА I_бп = 0,1 мА

∆U_кэ = 1,2 B, ∆I_к = 1 мА, ∆I_б = 0,025 мА, ∆U_бэ =40 мВ

О пределим параметры усилителя:

Задача 4

В усилителе напряжения рис. 3 на транзисторе КТ3107А:

h₁₁ = 1300 Ом, h₂₁ = 100, h₂₂ = 10^-4; R_б = 24500 Ом

R_к = 3 кОм, E_к = 15 В, I_б = 600 мкА.

Определить R_вх усилителя, R_вых, U_вых, K_ус.

Решение:

K_U = U_вых/U_вх U_вых = K_U· U_вх = 177,5·0,78 = 138,5 В

Задача 5

Определите напряжение на выходе сумматора рис. 4, если:

U₁ = U₂ = U₃ = 1В, R₁ = 1 кОм, R₂ = 2 кОм, R₃ = 4 кОм, R₄ = 12 кОм

Решение:

U_вых = - (К_ос1U₁+ К_ос2U₂+ К_ос3U₃) К_ос = - R₄/ R_i

U_вых = - (12U₁+ 6U₂+3U₃) = - 1·21= - 21 В

Задача 6

Построить ЛАЧХ усилителя рис. 5, определить коэффициент усиления, f_н и f_в

R₁ = 20 кОм, R₂ = 10 кОм, R₃ = 100 кОм, К = 200000, f_ед = 3 МГц, С₁=0,7 мкФ

Решение: операционный усилитель

К_дб = 20 lgК = 20·5,3 = 106 дБ

lgf_ед = 6,5 дек

Входная цепь:

Т₁ = R₁· С₁ = 20000·0,7·10^-6 = 0,014 с

Частота точки излома ЛАЧХ входной цепи:

f₁ = 1/2πТ₁ = 11,4 Гц lgf₁ = lg11,4 = 1,06 дек

Звено обратной связи:

20lg β_ос = 20 lg0,09 = - 20,8 дБ

Так как в усилителе используется «глубокая» отрицательная обратная связь, то К_ос = 1/β = 11.

Построение ЛАЧХ рис. 6:

Рис. 6

Задача 7

Расчет инвертирующего усилителя рис. 7.

Дано: U_вх = 80 мВ, U_вых = 4 В, R_н = 10 кОм, ОУ типа 14ОУД7

М_В=√2 – коэффициент частотных искажений в области верхних частот. Рассчитать значения R₁, R_ос, R₂ в инвертирующем усилителе.

Рис 7.

Решение:

Определение сопротивления резисторов.

1). Определим коэффициент усиления усилителя

K_ос = (U_вых/U_вх) = 4·10³/80 = 50

2). Находим R_ос из соотношения R_ос ≥ 10·R_н = 10·10 = 100 кОм

1. Определяем R₁:

R₁= R_ос/ K_ос = 100/50 = 2 кОм

1. Рассчитаем значение R₂. Этот резистор устанавливают в усилителе для выравнивания входных токов.

R₂= R₁R_ос / ( R₁+ R_ос) = (2·100/102) ~ 2 кОм

Семинар 11 14