Розрахунок випрямляча, розрахунок транзисторного підсилювального каскаду, синтез логічних схем

Міністерство транспорту Російської Федерації

Федеральне агентство залізничного транспорту

Державна освітня установа вищої професійної освіти

Омський державний університет шляхів сполучення (ОмГУПС)

Кафедра «Електричні машини і загальна електротехніка»

РОЗРАХУНОК Випрямлячі, РОЗРАХУНОК транзисторних каскадів, СИНТЕЗ ЛОГІЧНИХ СХЕМ

Пояснювальна записка до курсової роботи

з дисципліни «Електротехніка та електроніка»

Виконав: ст. гр. 6123

_________ І.А. Анісімова

Підпис Прізвище І.О.

«» 2009 р

Перевірив: доцент

кафедри ЕМ і ОЕ

____________ П.К. Шкодун

Підпис Прізвище І.О.

«» 20__ р

Омськ 2009

завдання

1. Розрахунок випрямляча

У процесі виконання завдання необхідно: 1) вибрати схему випрямляча і фільтра; 2) розрахувати режими роботи елементів; 3) визначити тип вентиля, параметри трансформатора; 4) розрахувати значення елементів фільтра, що згладжує; 5) побудувати зовнішню характеристику випрямляча.

Розрахувати випрямляч за наступними вихідними даними: номінальна випрямлена напруга U _{d н} = 160 В, номінальний випрямлений струм I _{d н} = 16 А, коефіцієнт пульсацій на виході k _{п вих} = 0,005, напруга мережі U _з = 220 В з частотою f _з = 50 Гц.

2. Розрахунок транзисторного підсилювального каскаду

У процесі виконання завдання необхідно визначити:

- положення робочої точки спокою і відповідні їй значення струмів,, напруг U _бе0, U _ке0;

- діапазон зміни вхідного ± U _{т вх} і вихідного ± U _{т вих} напруги;

-Значення опорів резисторів R _1, R _2, R _е, R _до і ємності конденсаторів З _е, С _р1 і C _{p 2,}

- параметри підсилювального транзисторного каскаду: вхідний R _{каско вх} і вихідна R _{каско вих} опору, коефіцієнти посилення по току K _I, напрузі До _і і потужності До _Р.

Тип біполярного транзистора для підсилювального каскаду МП41А. Гранично допустимі і h _б -параметри транзисторів наведені в таблиці 2.1. Напруга джерела живлення E _к = 13,5 В.

3. Синтез логічних схем

Необхідно виконати:

1. Уявити цю функцію таблицею істинності

2. Записати СДНФ і СКНФ

3. Мінімізувати функцію алгебраїчним методом

4. Скласти карту Карно

5. Мінімізувати функцію методом карт Карно

6. Реалізувати функцію на логічних елементах базисів І-АБО-НЕ, І-НЕ і АБО-НЕ.

Початкові дані:

f = {4, 6, 7} а, b, с.

реферат

Курсова робота містить 30 сторінок, 14 малюнків, 2 табл., 3 додатки, 4 джерела.

ВИПРЯМЛЮВАЧ, ВЕНТИЛЬ, ОПІР, ТРАНЗИСТОР, ЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА, КАРТИ Карно, таблиці істинності, ФІЛЬТР, РЕЖИМ

Мета роботи: закріплення теоретичних знань і набуття досвіду проектування і розрахунку випрямлячів, каскадів і логічних схем.

Виконані розрахунки дозволили розрахувати випрямляч, підсилювальний каскад, і скласти схеми на основі логічних елементів.

Отримані результати можуть бути використані при розрахунках реальних приладів.

зміст

Вступ

1. Розрахунок випрямляча

2. Розрахунок транзисторного підсилювального каскаду

3. Синтез логічних схем

висновок

бібліографічний список

Додаток 1.

Додаток 2.

Додаток 3.

Вступ

Практично у всіх областях діяльності сучасного суспільства застосовується електрична енергія. На базі електротехнічної науки почали розвиватися електроніка, радіотехніка, техніка виробництва різних електричних і електромеханічних пристроїв, частково обчислювальна техніка та інші галузі техніки. Теорія і практика багатьох з цих галузей техніки вже давно виділилися в окремі дисц-Пліній.

Електрифікація - широке впровадження в народне господарство електричної енергії, що виробляється централізовано на електростанціях, об'єднаних лініями електропередачі в енергосистеми.

Електричні і магнітні явища були відомі в далекій давнині, але початком розвитку науки про ці явища прийнято вважати 1600 рік, коли англійський фізик Гільберт опублікував результати дослідження електричних і магнітних явищ. Важливим етапом у розвитку науки про електрику були дослідження атмосферної електрики, виконані М. В. Ломоносовим, Г. В. Ріхманом і Б. Франкліном.

Сучасна електротехнічна наука, на базі якої розвиваються практичні застосування електротехніки, починається з відкриття М. Фарадеєм (1831 г.) закону електромагнітної індукції. У першій половині XIX століття був створений хімічне джерело постійного струму, були досліджені хімічні, світлові, магнітні прояви струму (А. Вольта, А. М. Ампер, В. В. Петров, Г. X. Ерстед, Е. X. Ленц) .

Розробкою теорії електромагнітних явищ Д. К. Максвеллом в «Трактаті про електрику і магнетизм» (1873 г.) завершується створення класичної теорії електричних і магнітних явищ. Досліди Г. Р. Герца (1886--1889 рр.), Роботи П. Н. Лебедєва (1895 г.), винахід радіо А. С. Як і повим (1895 г.) і роботи ряду зарубіжних вчених підтвер-ждают експериментально висновки теорії про поширення електромагнітних хвиль.

Теорія електричних і магнітних явищ і теоретичні основи електротехніки в наступний час викладалися в книгах А. А. Ейхенвальда, К. А. Круга. Протягом ряду років В. Ф. Міткевич розвивав і поглиблював основні положення теорії. Їм був опублікований перший в СРСР праця по фізичним основам електротехніки. Найближчі учні В. Ф. Миткевича - П. Л. Калантаром і Л. Р. Нейман - створили один з перших підручників з теоретичних основ електротехніки. Широко відомі у нас книги з теоретичних основ електротехніки Л. Р. Неймана і К. С. Демірчяна, К. М. Поліванова, П. А. Іонкін.

Разом з розвитком теорії йде і швидке розширення практичного застосування електротехніки, викликане потребами бурхливо розвивається промислового виробництва.

У перших електротехнічних установках використовувалися електрохімічні джерела енергії. Наприклад, в 1838 р Б. С. Якобі здійснив привід гребного гвинта шлюпки від двигуна, який одержував харчування від електрохімічного джерела енергії.

У 1870 р 3. Т. Г. сконструював перший генератор постійного струму з кільцевим якорем, який мав самозбудження. Генератор був удосконалений Е. В. Сіменсом. Використання постійного струму обмежувало застосування електротехнічних установок, так як не могла бути вирішена проблема централізованого виробництва та розподілу електроенергії, а що з'явилися установки однофазного змінного струму з однофазними двигунами не задовольняли вимогам промислового виробництва.

Електрична енергія в початковий період використовувалася в основному для освітлення. Система змінного струму була вперше застосована П. Н. Яблочкова (1876 г.) для харчування створених ним електричних свічок. Спільно з інженерами заводу Грамма їм був сконструйований і побудований багатофазних генератор змінного струму з рядом кільцевих незв'язаних обмоток, що забезпечують харчування груп свічок. У ланцюзі обмоток включалися послідовно первинні обмотки індукційних котушок, від вторинних обмоток яких отримували харчування групи свічок. За допомогою цих котушок, які є трансформаторами з розімкненим магнітним ланцюгом, був вперше вирішено питання про можливість дроблення енергії, по-ступають від Джерела змінного струму. Надалі трансформатори виконувалися із замкнутою магнітної ланцюгом (О. Блаті, М. Дерн, К. Циперновський).

Рішення проблеми централізованого виробництва енергії, її розподілу та створення простого і надійного двигуна змінного струму належить М. О. Доліво-Добровольському. На Всесвітній електротехнічній виставці в 1891 р їм демонструвалася система трифазного змінного струму, до складу якої входили лінія передачі завдовжки 175 км, розроблені ним трифазний генератор, трифазний трансформатор і трифазний асинхронний двигун.

З інших досягнень цього часу слід відзначити винахід Н. Г. Славяновим і Н. Н. Бенардосом електричного зварювання. З цього часу починається широке впровадження електричної енергії в усі галузі народного господарства: будуються потужні електростанції, в промисловість впроваджується електропривод, з'являються нові види приладів і електричних установок, розвивається електрична тяга, з'являються електрохімія і електрометалургія, електроенергія починає застосовуватися в побуті. На базі розвитку електротехнічної науки роблять перші успіхи електроніка і радіотехніка.

«Комунізм - це є Радянська влада плюс електрифікація всієї країни». У цій формулі В. І. Леніна визначено, що вища форма суспільного розвитку - комунізм - буде досягнута на базі високорозвиненої енергетики, електрифікації всієї країни. Революціонізує роль електроенергетики як бази промислового розвитку була відзначена свого часу К. Марксом і Ф. Енгельсом.

У дореволюційній Росії електрифікація була розвинена дуже слабо. Загальна потужність електростанцій була в сотні разів менше потужності в даний час.

Початком розвитку електрифікації в СРСР є прийняття VIII Всеросійським з'їздом Рад Державного плану електрифікації Росії (ГОЕЛРО). План ГОЕЛРО був розроблений під особистим керівництвом В. І. Леніна групою найбільш відомих фахівців в області енергетики: Г. М. Кржижановського, Р. Е. Классона, Т. Ф. Макарьева, М. А. Шатель та інших. У доповіді на VIII Всеросійському з'їзді Рад 22 грудня 1920 В. І. Ленін назвав план ГОЕЛРО «другою програмою партії». Первістками плану ГОЕЛРО були Каширська електростанція на підмосковному вугіллі, «Червоний Жовтень» поблизу Ленінграда (1922) і Волховская гідроелектростанція (1925 г.). Перша лінія електропередачі 110 кВ з'єднала Каширської електростанцію з Москвою.

В роки п'ятирічок радянський народ під керівництвом Ком-муністіческой партії створив передову промисловість, і Радянський Союз по виробництву електроенергії вийшов на перше місце в світі. Провідна роль належить СРСР в першу чергу в будівництві потужних теплових електростанцій і каскадів гідроелектростанцій, будівництво ліній електропередачі, Організації Об'єднаних енергосистем та створення сучасної потужної електротехнічної та електроенергетичної промисловості.

Розвиток енергетики визначило значне збільшення енергоозброєності нашого народного господарства.До 1980 р промисловість в СРСР споживала 75%, сільське господарство - 7%, транспорт - 7,3% усієї вироблюваної енергії. В одинадцятій п'ятирічці енергоозброєність праці в колгоспах і радгоспах збільшилася в 1,5 рази.

Одним із завдань економічного і соціального розвитку Росії на період до 2000 року є реалізація Енергетичної програми. Вироблення електроенергії зросте в 1990 році до 1840--1880 млрд. Кіловат-годин на рік, в тому числі на атомних електростанціях до 390 млрд. Кіловат-годин. Слід зауважити, що якщо перша атомна електростанція, пущена в СРСР в 1954 році, мала потужністю 5000 кВт, то в даний час ведеться будівництво атомних електростанцій потужністю понад 4 млн. Кіловат.

На першому етапі реалізації Енергетичної програми намічено також створити матеріально-технічну базу для широкого використання нетрадиційних джерел енергії (сонячної, геотермальної) з прямим Перетворюва-ням первинної (світловий, тепловий) енергії в електричну. На другому етапі передбачено активне залучення цих джерел енергії в енергетичний баланс.

У найближчі два десятиліття має бути завершено формування Єдиної електроенергетичної системи країни з підвищенням її маневреності і надійності шляхом будівництва пікових електростанцій, ліній електропередачі надвисокої напруги змінного і постійного струму, поліпшення якості електроенергії, що відпускається споживачам. Система зв'яже між собою потужні енергетичні вузли і райони споживання енергії та забезпечить найбільш ра-нальні використання ресурсів гідравлічної, теплової та атомної енергії.

Передбачається будівництво міжсистемних ліній електропередачі напругою 500, 750 і 1150 кВ змінного струму і 1500 кВ постійного струму, а також розподільних мереж напругою 35 кВ і вище. Найважливішими міжсистемними лініями є лінії Сибір - Казахстан - Урал (1150 кВ) і Екібастуз - Центр (1500 кВ).

Широке застосування електричної енергії в нашому народному господарстві є одним з необхідних умов прискорення переведення економіки країни на інтенсивний шлях розвитку. Енергетична програма передбачає прискорені темпи електрифікації народного господарства. Питома електроємність національного доходу повинна підвищитися на 5 - 6% в першому десятилітті і до 15% за 20 років. Одночасно передбачається зростання енергоспоживання на душу населення.

Розвиток власне електроенергетики також піде по шляху інтенсифікації. Технічне переозброєння в енерго- і електромашинобудуванні буде направлено на підвищення надійності та ресурсу роботи машин і устаткування, зниження їх металоємності. Буде створюватися необхідний науково-технічний потенціал для виробництва електрообладнання на основі ефекту надпровідності, машин і аппа-ратов для термоядерних електростанцій, а також для установок, що працюють на сонячній енергії.

Електротехніка як наука є галуззю знань, в якій розглядаються електричні та магнітні явища та їх практичне використання.

Сучасна енергетика - це в основному електроенергетика. Електрична енергія виробляється на станціях електричними генераторами, перетворюється на підстанціях і розподіляється по лініях електропередачі і електричних мереж.

Електрична енергія застосовується у всіх областях людської діяльності. Виробничі установки на фабриках і заводах мають в переважній більшості електричний привід, тобто приводяться в рух за допомогою електричних двигунів. Для вимірювань найширше використовуються електричні прилади та пристрої. Вимірювання неелектричних величин за допомогою електричних пристроїв становлять особливу дисципліну. Широко застосовуються електричні прилади та пристрої в сільському господарстві, зв'язку та в побуті.

Сучасні автоматичні системи управління в більшості випадків виконуються на базі електричних і електромеханічних елементів як власне системи управління, що забезпечують виконання заданого закону управління, так і виконавчі органи, службовці для приведення в дію різних пристроїв.

Цифрові (ЦВМ) і аналогові (АВМ) обчислювальні машини, побудовані на базі електричних елементів, виробляють складні розрахунки, наприклад розрахунки траєкторій космічних кораблів; входять в ряді випадків до складу технічних засобів АСУ ТП, наприклад, самохідних планетоходов; забезпечують дослідження процесів в динамічних систе-мах і вирішують багато інших завдань аж до перекладів з однієї мови на іншу. Автоматичні системи управління із застосуванням засобів обчислювальної техніки можуть забезпечувати оптимальне виконання виробничого або іншого процесу в умовах змінюються зовнішніх впливів і завдань, пристосовуючись до них (адаптивні системи).

1. Розрахунок випрямляча

1.1. Короткі теоретичні відомості

Випрямляч - пристрій, призначений для перетворення змінної напруги в постійне. Залежно від числа фаз змінного напруги розрізняють однофазні та багатофазні (зазвичай трифазні) випрямлячі. Структурна схема випрямляча наведена на рис. 1.

Малюнок 1.1 - Структурна схема випрямляча

Випрямляч містить трансформатор Т, необхідний для перетворення напруги мережі U _c до величини U _2, яка визначається вимогами навантаження; вентильну групу В, яка забезпечує одностороннє протікання струму в ланцюзі навантаження, в результаті чого змінна напруга U ₂ перетворюється в пульсуюче; фільтр Ф, передає на вихід схеми постійну складову напруги і згладжує пульсації напруги.

Випрямляч може бути доповнений схемою стабілізації, яка підключається до виходу фільтра і призначеної для підтримки напруги на навантаженні незмінним при зміні напруги U ₂ на трансформаторі.

Основними показниками роботи випрямляча є середні значення випрямленого струму I _d і напруги U _d:

, (1.1)

, (1.2)

де T - період зміни вихідного струму (напруги);

потужність навантажувального пристрою

; (1.3)

коефіцієнт пульсацій

, (1.4)

де U _{осн m} - амплітуда основної (першої) гармоніки випрямленої напруги;

коефіцієнт використання вентилів по напрузі

, (1.5)

де U _{обр т} - максимальне зворотне напруга на вентилі; U _{обр доп} - допустимий зворотна напруга вентиля;

коефіцієнт використання вентиля по струму

, (1.6)

де I _а - середнє значення струму, що протікає через діод, I _ан - номінальне значення струму вентиля;

типова потужність трансформатора

, (1.7)

де,;

коефіцієнт корисної дії

, (1.8)

де P _тр і P _д - втрати в трансформаторі і діодах.

Основною характеристикою випрямляча, як і будь-якого джерела живлення, є зовнішня (навантажувальна) характеристика U _d = f (I _d). Вона дозволяє визначити номінальне значення випрямленої напруги і вихідний опір випрямляча

. (1.9)

Властивості випрямляча в значній мірі залежать від характеру навантаження на його вихідних затискачах, яка може бути активною (омічний), що починається з індуктивності і починається з ємності.

Однофазна мостова схема (рис. 1.2) будується на однофазному трансформаторі Т. Диодная група утворює міст, до однієї діагоналі якого підводиться змінна напруга, а в іншу діагональ включається навантаження. Діоди працюють парами по черзі (рис. 1.3): в позитивні напівперіоди напруги U ₂ ток проводять діоди VD2 і VD3, інакше - діоди VD1 і VD4.

Через навантаження протікає пульсуючий струм в обидва напівперіоду напруги u _2. Перевагами даної схеми випрямлення (в порівнянні з однополупериодной схемою випрямлення) є збільшення середнього значення випрямленого струму і напруги в два рази і значне зменшення пульсацій випрямленої напруги, при цьому значення зворотної напруги на закритих діодах таке ж, як і в однополупериодной схемою випрямлення.

Схеми випрямлення трифазного струму застосовуються в основному для живлення споживачів великої і середньої потужності. Вони рівномірно навантажують мережу трифазного струму і відрізняються високим коефіцієнтом використання трансформатора, низьким рівнем пульсацій. Нижче розглядаються дві часто застосовуються схеми.

Трифазні випрямлячі з нейтральним висновком будуються на трифазному трансформаторі (рис. 1.4), вторинні обмотки якого з'єднуються «зіркою». Навантаження включається між об'єднаними катодами діодів і нульовою точкою трансформатора. З тимчасових діаграм (рис. 1.5) видно, що діоди проводять струм по черзі, кожен - протягом однієї третини періоду, коли потенціал початку однієї фази більш позитивний, ніж двох інших. Два інших діода в цей період закриті.

Така схема знайшла застосування на середніх потужностях (P _d> 1 кВт) при невисоких вимогах до пульсацій випрямленої напруги. Гідність такого випрямляча - висока надійність (мінімальне число діодів) і низьке значення k _п (в порівнянні з однофазної схемою випрямлення). Недолік схеми - підмагнічуванню осердя постійним струмом, що призводить до зниження його ККД.

Трифазний мостовий випрямляч (рис. 1.6) можна розглядати як два трифазних випрямляча, з'єднаних послідовно. Перший містить діоди VD1, VD3, VD5, другий - діоди VD2, VD4, VD6. В результаті середнє значення випрямленої напруги в два рази перевищує напругу в трифазній схемі з нульовим виводом. Струм в навантаженні і двох діодах з'являється тоді, коли до цих діодів докладено найбільшу напругу. З тимчасових діаграм (рис. 1.7) видно, що в інтервалі часу t ₁ - t ₂ відкриті діоди VD1, VD4, t ₂ - t ₃ - VD1, VD6, t ₃ - t ₄ - VD3, VD6 і т. Д. Тривалість роботи кожного з діодів становить 1/3 періоду. Схема Ларіонова забезпечує найкращі показники використання трансформатора і діодів, дає мінімальне значення коефіцієнта пульсацій і отримала високу поширення. Основні параметри розглянутих схем випрямлення наведені в табл. 1.

Обов'язковою приналежністю випрямляча є згладжує фільтр, що передає на вихід схеми постійну складову випрямленої напруги і знижує його пульсації. Основним параметром, що характеризує роботу фільтра, що згладжує, є коефіцієнт згладжування S. Він дорівнює відношенню коефіцієнтів пульсацій на вході і виході фільтра

. (1.10)

Найпростішими фільтрами є конденсатор, включений паралельно навантаженні (ємнісний фільтр, рис. 1.8, а), і дросель, включений послідовно з навантаженням (індуктивний фільтр, рис. 1.8, б).

Пульсації на виході ємнісного фільтра визначаються постійної розряду конденсатора, тому такі фільтри доцільно застосовувати з високоомним навантажувальним резистором при невеликій потужності випрямляча.

Малюнок 1.8 - Однополуперіодний випрямляч з різними фільтрами

Ефективність індуктивного фільтра залежить від його постійної часу. Тривалість імпульсу струму збільшується зі зростанням. Коефіцієнт згладжування індуктивного фільтра

. (1.11)

Чим більше значення L _ф або менше R _н, тим ефективніше фільтр. Індуктивні фільтри зазвичай застосовують в трифазних випрямлячах середньої і великої потужності з малим значенням опору навантаження.

Якщо необхідно забезпечити коефіцієнт згладжування 20 <40, застосовують Г-образні (LC-, RC-типу) (рис. 9) і багатоланкові П-подібні фільтри.

Малюнок 1.9 - Г-образні фільтри: а - LC-фільтр; б - RC-фільтр

О Р-образному LC-фільтрі змінна складова випрямленої напруги знижується через згладжує дії C _ф і падіння її на L _ф. Постійна складова на навантаженні R _н практично не зменшується, так як активний опір дроселя мало. Опір конденсатора повинно бути значно менше R _н, а опір дроселя. Коефіцієнт згладжування визначається за формулою:

. (1.12)

У малопотужних випрямлячах, у яких опір навантаження R _н становить кілька кіло, замість L _ф доцільно включати R _ф, що дозволяє зменшити масу, габарити і вартість фільтра. Оскільки при цьому дещо знижується напруга на навантаженні, значення опору R _ф вибирають із співвідношення:

; (1.13)

.

Для RC-фільтра коефіцієнт згладжування менше, ніж для LC-фільтра, і визначається він за формулою:

. (1.14)

П-подібний фільтр (рис. 10) являє собою каскадне з'єднання ємнісного і Г-образного фільтрів. Отже, коефіцієнт згладжування таких фільтрів визначається як добуток коефіцієнтів згладжування відповідних фільтрів:

, (1.15)

де S _c і S _г - коефіцієнти згладжування ємнісного і Г-образного фільтрів.

Малюнок 1.10 - Багатоланкові П-подібні фільтри

При опорі навантаження в кілька кіло використовується CRC-фільтр (рис. 10, а), при малому R _н - CLC-фільтр (рис. 10, б).

В результаті для випрямлячів без фільтра залежність U _d = f (I _d) описується наступним рівнянням:

, (1.16)

де U _{d х.х} - напруга холостого ходу випрямляча; R _пр - опір відкритих вентилів випрямляча, включених послідовно з навантаженням; R _т - активний опір обмотки трансформатора.

У випрямлячах з ємнісним фільтром зовнішня характеристика бере початок з точки, так як при I _d = 0 конденсатор заряджається до амплітудного значення напруги вторинної обмотки трансформатора. З ростом струму I _d крива 2 спадає швидше через зменшення постійної часу.

У разі використання індуктивного фільтра, що згладжує додається падіння напруги на внутрішньому опорі дроселя r _ін і враховується падіння напруги на індуктивному опорі обмотки розсіювання x _s:

, (1.17)

де, а параметри а і b наведені в табл. 2.

1.3. розрахунок

1.3.1 Вибір схеми випрямляча

Визначимо опір навантаження:

R _н = U _{d н} / I _{d н;}

R _н = = 10 Ом.

випрямлена потужність

P _d = U _{d н} · I _{d н;}

P _d = 160 · 16 = 2 560 Вт.

При потужностях, що перевищують 1 кВт, рекомендується застосовувати випрямлячі трифазного струму. Для зменшення розмірів трансформатора і фільтра вибираємо схему Ларіонова, що має високі техніко-економічні показники.

1.3.2 Вибір вентилів

Для обраної схеми визначимо середній струм через діод:

;

А

Орієнтовне значення зворотної напруги на вентилі

U _{обр m>} 1,045 U _{d н.}

Приймаємо U _{обр m} = 1,1 · 1,045U _{d н;}

U _{обр m} = 1,1 · 1,045 · 160 = 183,92 В.

За довідковими даними вибираємо тип вентиля. В даному випадку підходить діод типу Д215А (6 вентилів, по одному вентиля в кожному плечі моста), який має наступні параметри: номінальний прямий струм I _{а н} = 10 А; пряме падіння напруги U _а = 1 В; допустимий зворотна напруга U _{обр доп} = 200 В; середнє значення зворотного струму I _обр = 3 мА.

1.3.3 Вибір і розрахунок схеми фільтра

У трифазних схемах випрямлення середньої і великої потужності найбільш доцільно використовувати згладжує фільтр з індуктивної реакцією, т. Е. Починається з дроселя. Необхідний коефіцієнт згладжування фільтра з урахуванням явища комутації

де k _{п вх} - коефіцієнт пульсацій на виході вентильної групи.

Для трифазного мостової схеми випрямлення Ларіонова k _п = 0,057. Тоді коефіцієнт згладжування

S = (1,5, ..., 2,0) = 20,5.

Так як S> 20 вибираємо Г-подібний LС-фільтр.

Для схеми Ларіонова f _О.Г = 300 Гц. Розраховуємо мінімальне значення індуктивності дроселя, Гн

Гн.

Визначаємо значення ємності конденсатора, мкФ

.

Ф.

1.3.4 Розрахунок випрямляча

Пряме опір вентиля, Ом

Ом.

Коефіцієнти для значень опорів дроселя і трансформатора визначаються в залежності від потужності випрямляча:

R _т = 0,043R _н,

R _т = 0,043 · 10 = 0,43 Ом;

r _ін = 0,046R _н,

r _ін = 0,046 · 10 = 0,46 Ом.

Індуктивний опір розсіювання обмотки трансформатора

Ом.

Напруга холостого ходу для схеми Ларіонова

U _{d х.х} = 160 + 16 (2 0,1 + 0,43 + 0,46 +) = 180,65 В.

Параметри трансформатора (з урахуванням обраної схеми Ларіонова):

- напруга на вторинній обмотці

U ₂ = 0,43U _{d х.х;}

U ₂ = 0,43 · 180,65 = 77,68 В;

- коефіцієнт трансформації

.

- струм вторинної обмотки

I ₂ = 0,82 I _dн;

I ₂ = 0,82 · 16 = 13,12 А;

- струм первинної обмотки, A

.

- типова (габаритна) потужність трансформатора

S _тр = 1,045 U _{d н?} I _{d н;}

S _тр = 1,045 · 160 · 16 = 2 675,2 Вт.

Перевіримо навантажувальну здатність обраних вентилів, визначивши максимальне значення зворотної напруги:

U _{обр m} = 1,045 U _{d х.х;}

U _{обр m} = 1,045 · 180,65 = 188,78 В.

U _{обр m обр доп;}

U _{обр доп} = 200 В.

Отже, тип вентилів і схема їх включення обрані правильно.

Зовнішню характеристику випрямляча (рис. 1.11) U _d = f (I _d), яка являє собою пряму лінію, будуємо по двох точках: точці холостого ходу (U _d = U _{d х.х,} I _d = 0) і точці номінального навантаження (U _d = U _{d н,} I _d = I _{d н).}

Малюнок 1.11 - Зовнішня характеристика випрямляча

2. Розрахунок транзисторного підсилювального каскаду

У процесі виконання завдання необхідно визначити:

- положення робочої точки спокою і відповідні їй значення струмів I _б0, I _К0, I _е0 і напруг U _бе0, U _ке0;

- діапазон зміни вхідного ± U _{m вх} і вихідного ± U _{m вих} напруги;

- значення опорів резисторів R _1, R _2, R _е, R _до і ємності конденсаторів C _е, C _р1 і C _р2;

- параметри підсилювального транзисторного каскаду: вхідний R _{каско вх} і вихідна R _{каско вих} опору, коефіцієнти посилення по току K _I, напрузі K _U і потужності K _P.

Тип біполярного транзистора для підсилювального каскаду МП41А.Гранично допустимі і h _б -параметри транзисторів наведені в таблиці 2.1. Напруга джерела живлення E _к = 13,5 В.

Таблиця 2.1 - Вибір типу біполярного транзистора

Підсилювач - це електронний пристрій, що управляє потоком енергії, що йде від джерела живлення до навантаження. Причому потужність, яка потрібна для управління, як правило, набагато менше потужності, що віддається в навантаження, а форми вхідного і вихідного сигналів збігаються.

У усилительном каскаді на біполярному транзисторі, включеному за схемою з загальним емітером, в колекторних ланцюг транзистора включений резистор R _до, за допомогою якого формується вихідна напруга.

Малюнок 2.1 - Схема транзисторного підсилювального каскаду з емітерний стабілізацією робочого режиму

Дільник напруги на резисторах R ₁ і R ₂ визначає значення струму бази I _б0, що забезпечує положення робочої точки спокою Р _т в режимі класу А. Для зменшення впливу температури на режим роботи транзистора в ланцюг емітера включений резистор R _е, який здійснює послідовну негативний зворотний зв'язок за постійною складовою. Конденсатор C _е виключає вплив негативного зворотного зв'язку по змінної складової .Разделітельний конденсатор C ₁ усуває вплив внутрішнього опору джерела вхідного сигналу U _вх на режим роботи транзистора по постійному струму. Конденсатор C ₂ забезпечує виділення з колекторного напруги змінної складової U _вих, яка може подаватися на навантажувальний резистор R _н. R _до дозволяє регулювати різницю потенціалів U _ке.

Накреслимо вхідні характеристику I _б = f (U _бе) при U _ке = - 5 В і сімейство вихідних вольт-амперних характеристик I _к = f (U _ке) при I _б = const, на яких по декількох точках побудуємо криву допустимої потужності P _до, що розсіюється транзистором (рис. П2.1). Нижче цієї кривої з точки U _ке = 14, вибравши найбільш вподобаний кут нахилу, проведемо навантажувальну лінію U _ке = E _к - I _до (R _до + R _е), на якій виберемо і відзначимо положення робочої точки спокою Р _т в режимі класу А і допустимі при цьому межі зміни амплітуди базового струму ± I _{m б,} відповідні максимального значення вхідного сигналу. Положення робочої точки на вхідний характеристиці повинно відповідати значенню струму I _б0, при якому обрана робоча точка на перетині лінії навантаження і вихідної характеристики.

На графіках вихідних і вхідних характеристик зобразимо (подібно рис. П.2) криві i _к = I _{до 0} + I _{m до} sin (t), u _ке = U _{ке 0} + U _{m ке} sin (t), i _б = I _{б 0} + I _{m б} sin (t).

За графіками визначимо і значення:

I _б0 = 0,3 мА;

± I _{m б} = ± 0,5 (I _{б max} - I _{б min);} (2.1)

I _{m б} = 0,5 (0,5 0,1) = 0,2 мА;

I _К0 = 22 мА;

± I _{m к} = ± 0,5 (I _{до max} - I _{до min);} (2.2)

I _{m к} = 0,5 (34-8) = 13 мА;

I _е0 = I _б0 + I _К0; (2.3)

I _е0 = 0,0003 + 0,022 = 0,0223 А;

U _бе0 = 0,24 В;

± U _{m бе} = ± 0,5 (U _{б max} - U _{б min);} (2.4)

U _{m бе} = 0,5 (0,275 - 0,18) = 0,095 В.

U _ке0 = 6,2 B

± U _{m ке} = ± U _{m вих} = ± 0,5 (U _{ке max} - U _{ке min).} (2.5)

U _{m ке} = 0,5 (10,4 - 2,0) = 4,2 B.

Розрахуємо значення h _{е-параметрів} для схеми із загальним емітером:

h11е = h11б / (1 + h21Б);

h11е = 25 / (1 + (- 0,98)) = 1250 Ом.

h12е = (h11бh22б - h12бh21б - h12б) / (1 + h21Б);

h12е = (25 1 10-6 - 2 10-3 (-0,98) - 2 10-3) / (1-0,98) = -0,00075.

h21е = - h21Б / (1 + h21Б);

h21е = - (-0,98) / (1-0,98) = 49.

h22е = h22б / (1 + h21Б);

h22е = 1 10-6 / (1-0,98) = 1 10-5 Див

Для схеми включення транзистора із загальним емітером визначимо вхідний опір транзистора:

r _{вх транз} = h _11Е;

r _{вх транз} = 1250 Ом.

Визначимо коефіцієнт передачі струму:

= H _21е;

= 49.

Розрахуємо значення опорів резисторів і ємностей конденсаторів:

R _е = (0,2, ..., 0,3) E _к / I _е0; (2.10)

При підстановці значень отримуємо:

R _е = 0,25 / 0,0223 = 151,35 Ом.

Приймаємо I _справ = (2, ..., 5) I _б0; I _справ = 3,50,0003 = 0,00105 А.

Розрахуємо дільник напруги на резисторах R ₁ і R _2:

R ₁ = (I _е0 R _е + U _бе0) / I _справ; (2.11)

R _{1 = (0,0223151,35 + 0,24) /} 0,00105 = 3442,95 Ом.

R ₂ = (E _до - I _справ R ₁₎ / (I _справ + I _б0); (2.12)

R ₂ = (13,5 - 0,001053442,95) / (0,00105 + 0,0003) = 7323,15 Ом

Розрахуємо напруга, що дозволяє регулювати різницю потенціалів U _ке.

R _к = (E _до - U _ке0 - I _е0 R _е) / I _К0; (2.13)

R _к = (13,5 - 6,2-0,0223151,35) / 0,022 = 178,4 Ом.

Розрахуємо еквівалентний опір базової ланцюга для змінної складової вхідного струму:

R _б = R ₁ R ₂ / (R ₁ + R _2); (2.14)

R _б = 3442,957323,15 / (3442,95 + 7323,15) = 2341,9 Ом.

Значення ємності конденсаторів при частотній смузі вхідного сигналу в межах f _н = 100 Гц, f _в = 10000 Гц визначаються так:

C _е = 10 ⁷ / [(1, ..., 2) 2f _н R _е]; (2.15)

C _р1 = C _р2 = 10 ⁷ / [(1, ..., 2) 2f _н R _{каско вх],} (2.16)

де C _е, C _р1 і C _р2 - в мкФ.

При підстановці значень отримуємо:

C _е = 10 ⁷ / [1,523,14100151,35] = 76,75 мкФ.

Визначимо параметри підсилювального каскаду.

Вхідний і вихідний опору каскаду визначаються наступним чином:

R _{каско вх} = R _б r _{вх транз} / (R _б + r _{вх транз);} (2.17)

R _{каско вх} = 2341,9 1250 / (2341,9 + 1250) = 815 Ом.

R _{каско вих} = R _к / (1 + h _22е R _к); (2.18)

R _{каско вих} = ^{178,4 / (1 + 110 -5)} = 178,08 Ом.

C _р1 = C _р2 = 10 ⁷ / [1,523,14100815] = 13,03 мкФ.

Коефіцієнти підсилення каскаду без додаткової зовнішньої навантаження, а також без урахування внутрішнього опору джерела вхідного сигналу мають вигляд:

K _I = I _вих / I _вх; K _I = 49. (2.19)

K _U = - (R _к) / R _{каско вх;} (2.20)

K _U = - (49) / 815 = -10,73.

K _P = K _I K _U; (2.21)

K _P = 49 (-10,73) = -525,6.

Корисна вихідна потужність каскаду

P _вих = 0,5 (U _{m вих)} ² / R _к; (2.22)

P _вих = ^{0,5 (4,2) 2 / 178,4 =} 0,0494 Вт.

Повна потужність, що витрачається джерелом живлення,

P ₀ = I _{е 0} E _до + I ² _справ (R ₁ + R ₂₎ + I ² _{б 0} R _2; (2.23)

P _{^{0 = 0,0223 + (0,00105) 2}} (3442,95 + 7323,15) + (0,0003) 2 = 0,314 Вт.

Обчислимо електричний ККД підсилювального каскаду

_е = (P _вих / P ₀₎ 100%; (2.24)

_е = (0,0494 / 0,314) 100% = 15,7%.

Обчислимо коефіцієнт нестабільності каскаду по колекторного струму (бажано, щоб він був менше)

S = / (1 +); (2.25)

де = R _е / (R _б + R _е). (2.26)

= 151,35 / (2341,9 + 151,35) = 0,061;

S = 49 / (1 + 490,061) = 12,33.

S (R _б + R _е) / [(1 + h _{21 б)} R _б + R _е], (2.27)

S (2341,9 + 151,35) / ((1-0,98) 2341,9 + 151,35) = 12,58.

3. Синтез логічних схем

3.1. Короткі теоретичні відомості

Логічні (цифрові) схеми складають основу пристроїв цифровий (дискретної) обробки інформації - обчислювальних машин, цифрових через вимірювального приладів і пристроїв автоматики. Зв'язки між цими схемами будуються на основі виключно формальних законів. Інструментом такого побудови і аналізу служить булева алгебра, яка стосовно до цифрової техніки називається алгеброю логіки.

Логічна функція - логічна (залежна) змінна, значення ко-торою є функцією однієї або декількох логічних (незалежних) пе-ремінних.

Таблиця істинності - таблиця, в якій задані значення логічної функції для всіх можливих значень незалежних змінних.

Розглянемо функцію, задану у вигляді f = {4, 6, 7} а, b, с.

1) Складаємо таблицю істинності для даної функції. Заповнюємо стовпці аргументів а, b, з числовими значеннями в порядку зростання номерів наборів в двійковому коді. Оскільки в числовому вираженні функції присутні тільки номери поєднань, відповідні одиничним значенням функції, то це дозволяє проставити логічні одиниці для наборів 4, 6 і 7, а логічні нулі - для поєднань 0, 1, 2, 3 і 5 (табл. 3.1).

Таблиця 3.1 - Таблиця істинності

Для запису СДНФ з таблиці істинності вибираємо ті рядки, в яких значення функції дорівнює одиниці. Для кожної такого рядка складаємо кон'юнкцію всіх вхідних змінних, записуючи співмножник, якщо ця змінна приймає значення одиниці. Записуємо логічну суму всіх знайдених творів і приходимо до виразу виду:

Для запису СКНФ з таблиці істинності вибираємо рядки, в яких значення функції дорівнює нулю, інвертуємо аргументи і отримуємо:

3) З огляду на закони алгебри логіки, спрощуємо вираз СДНФ функції. Використовуємо розподільний закон для суми творів, виносимо за дужки загальні множники:

Застосовуючи правило заперечення, згідно з яким сума прямого і інверсного значення змінної а в дужках дорівнює одиниці, запишемо функцію у вигляді:

Для подальших перетворень використовуємо розподільний закон для твору сум логічних змінних:

І остаточно, застосовуючи правило заперечення для суми прямого і ін-версня значень змінної Ь, записуємо вираз:

Складаємо карту Карно для функції / Оскільки є три аргументи (а, b, с), то карта містить 2 ³ = 8 клітин. Позначаємо координати а, b, з карти, проставляємо одиниці в клітини, що відповідають 4, 6 і 7 наборам (використовуємо вираз СДНФ, отримане раніше), в усі інші клітини записуємо нулі (рис.3.2, а).

Мінімізація функції, заданої у вигляді координатної карти, передбачає склеювання парної кількості (2, 4 і 8) знаходяться поруч одиниць для отримання МДНФ, причому чим більше одиниць буде об'єднано, тим більше компактну алгебраїчну запис буде мати функція.

Об'єднуються одиниці виділяємо графічно на карті, як показано на рис. 2, б. Отримані твори аргументів записуємо у вигляді доданків МДНФ з подальшим винесенням за дужки загального множника:

а б

Рисунок 3.2 - Карта Карно: а - заповнення вихідної карти; б - мінімізація карти

6) Реалізуємо отриману функцію на логічних елементах базисів І-АБО-НЕ (п.3, а), АБО-НЕ (п.3, б) і І-НЕ (п.3, в), використовуючи Через Вестн способи реалізації основних логічних функцій.

висновок

У першому завданні був розрахований випрямляч для промислової установки. У процесі виконання завдання була обрана схема випрямляча і фільтра; розраховані режими роботи елементів; визначені тип вентиля, параметри трансформатора; розраховані значення елементів фільтра, що згладжує; побудована зовнішня характеристика випрямляча.

У другій задачі проведено графоаналітичний дослідження режиму роботи транзистора в класі А і визначені основні параметри транзисторного підсилювального каскаду в схемі з загальним емітером при одному джерелі живлення E _до з автоматичним зсувом і емітерний стабілізацією робочого режиму, з послідовною негативним зворотним зв'язком за постійною складовою струму.

В останній завданню вивчені принципи функціонування логічних елементів, мінімізовані логічні функції алгебраїчним методом і за допомогою карт Карно, а також реалізовані цифрові комбінаційні схеми в різних базисах.

Отримані результати можуть бути використані при розрахунках реальних приладів.

бібліографічний список

1. Методичні вказівки до самостійних занять з курсу електроніки / В.В. Харламов, Р.В. Сергєєв, П.К. Шкодун; Омський гос. ун-т шляхів сполучення. Омськ, 2007. 44с.

2. Загальна електротехніка / Под ред. А.Т. Блажкіна. Л .: Вища школа, 1986. 592 с.

3. Електротехніка / Под ред. В.Г. Герасимова. М .: Вища школа, 1985. 480с.

4. Основи промислової електроніки / Под ред. В.Г. Герасимова. М .: Вища школа, 1986. 336 с.