Сети переменного тока

Сети переменного тока

Министерство Образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический Университет

Кафедра «Электротехника и электроника»

Расчетно-графическая работа

Вариант №4

Выполнил

ст. группы 106819

Богуш А.В

Проверил

Розум Т.Т

Минск 2011г.

ЗАДАЧА 1

Напряжение и частота сети переменного тока: , . Тип выпрямителя, мощность и номинальное напряжение нагрузки, тип фильтра и допустимый коэффициент пульсации напряжения на нагрузке указаны в таблице 1.1:

Таблица 1.1 - Данные к задаче №1

1.1 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.

1.3     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.

Решение

Рисунок 1.1 - Расчетная схема

Находим ток нагрузки

Для данного выпрямителя среднее значение прямого тока через вентиль

Обратное максимальное напряжение на вентиле:

Выбираем вентили КД206А, для которых:

Действующее значение вторичного напряжения:

Откуда коэффициент трансформации:

Расчетная мощность:

Определим параметры фильтра.

Коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя:

Требуемый коэффициент пульсации:

Коэффициент сглаживания фильтра:

Г-образный фильтр состоит из простого C-фильтра и L-фильтра. Его коэффициент сглаживания:

Принимаем емкость конденсатора фильтра:

Тогда:

гдеm - число пульсаций выпрямленного напряжения за период (m=3).

 - сопротивление нагрузки.

выпрямитель трансформатор обмотка мощность

;

ЗАДАЧА 2

Рисунок 2.1 - Схема каскада

Таблица 2.1 - Данные к задаче №2

2.1
Начертить схему усилительного каскада с учетом заданного типа транзистора. На схеме указать токи и напряжения транзистора, а также U_вх и U_вых.

2.2     По заданным в табл. 2.1 параметрам на характеристиках транзистора нанести точку покоя и построить статическую линию нагрузки. Рассчитать величину сопротивлений резисторов, обеспечивающих заданный режим покоя. При расчете учесть, что I_к >> I_б.

.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 характеристиках 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.

Решение

В статическом режиме входное напряжение отсутствует и токи протекают только под действием источника питания E_к. Сопротивление конденсаторов постоянному току равно бесконечности, проведем расчет для определения параметров статического режима:

Для нахождения координат статической линии нагрузки имеем:

Отсюда

Найдем R_к:

Тогда

Где U_бэп выбираем по рисунку 2.2 при I_б=0,2 мА.

Т. к. по условию , следовательно:

Отсюда

Построение линии статической нагрузки представлено на рисунке 2.2

Рисунок 2.2 - Характеристики транзистора

По выходным характеристикам транзистора в точке покоя П определяем

По входной характеристике рассчитываем

В динамическом режиме источник питания закорочен, а токи протекают только за счет u_вх. Емкость конденсаторов выбирается так, чтобы на минимальной рабочей частоте их сопротивление было значительно меньше активных сопротивлений схемы и конденсаторы можно было считать закороченными. Тогда, заменив транзистор эквивалентной схемой с h-параметрами, получим схему замещения усилителя, изображенную на рисунке 2.3. В этой схеме

Входное сопротивление каскада:

Выходное сопротивление каскада:

Коэффициент усиления напряжения находим с помощью уравнений для входной и выходной цепей:

Коэффициент усиления тока определяется по формуле:

Коэффициент усиления мощности:

Уравнение динамической линии нагрузки записывается по второму закону Кирхгофа для выходного контура схемы замещения каскада:

Вторая точка динамической линии нагрузки будет иметь смещения:

Следовательно, координаты запишутся:

ДЛН пересекает  в точке , .

Максимальная выходная мощность:

ЗАДАЧА 4

На основе операционного усилителя (ОУ) проектируется усилитель низкой частоты с заданным коэффициентом усиления напряжения. Тип ОУ, требуемый коэффициент усиления и минимальное входное напряжения приведены в таблице 4.1.

Сопротивление нагрузки значительно больше выходного сопротивления ОУ.

Таблица 4.1 - Данные к задаче №4

4.1 Начертить заданную схему усилителя с цепью обратной связи и источниками питания. Указать входное и выходное напряжения.

4.2     Рассчитать сопротивления резисторов схемы для получения требуемого коэффициента усиления.

.3       Определить максимальную амплитуду входного синусоидального сигнала, при которой не будет значительных искажений выходного сигнала.

.4       Начертить амплитудную характеристику усилителя.

Решение

Схема неинвертирующего усилителя на ОУ представлена на рисунке 4.1:

Рисунок 4.1 - Схема усилителя на базе ОУ

Усилитель на ОУ К 140УД1А имеет следующие основные параметры: напряжение источников питания , разность входных токов , коэффициент усиления , максимальное выходное напряжение , входное сопротивление , выходное сопротивление .

Рассчитаем сопротивления резисторов схемы, для этого:

Принимаем , тогда

Отсюда:

Выходное сопротивление

Амплитуда выходного сигнала не может быть больше максимального выходного напряжения. Поэтому максимальная амплитуда входного синусоидального сигнала составит:

Амплитудная характеристика представлена

ЗАДАЧА 5

На основе операционного усилителя проектируется сумматор для выполнения заданной операции. Тип ОУ, выполняемая операция и сопротивление резистора обратной связи приведены в таблице 5.1. Сопротивление нагрузки значительно больше выходного сопротивления ОУ.

Таблица 5.1 - Данные к задаче №5

5.1

5.2     Начертить схему сумматора для реализации заданной операции с указанием источников питания, входного и выходного напряжений.

.3       Рассчитать величину сопротивлений резисторов входных цепей.

Решение

Схема инвертирующего сумматора представлена на рисунке 5.1:

Рисунок 5.1 - Схема сумматора на базе ОУ

Выходное напряжение инвертирующего сумматора:

 - сопротивление обратной связи (резистор ),

 - сопротивление в цепи данного входа.

По заданному значению  и весовым коэффициентам входов определяем

Для нормальной работы сумматора надо уравнять сопротивления по обоим входам. В противном случае входные токи ОУ вызовут на них неодинаковое падение напряжений и на входе ОУ появится разностный сигнал, который будет им усилен. На выходе будет U_вых при отсутствии U_вх. Входное сопротивление по инвертирующему входу:

Отсюда

По неинвертирующему входу, чтобы выровнять входные сопротивления параллельно инвертирующему входу, надо включить резистор R₄ так, чтобы:

Выходное напряжение при выполнении данной операции:

При единичном входном напряжении 100 мВ

Доля выходного напряжения за счет первого входа

Для других входов

, .

Выходное напряжение сумматора

ЗАДАЧА 6

Работа автоматизированного комплекса контролируется по N параметрам: положение рабочих органов и заготовок, давление и температура масла в системе, давление охлаждающей жидкости и т.д. Параметры контролируются двоичными датчиками. При отклонении хотя бы одного из параметров от нормы комплекс автоматически отключается. Система управления построена на элементах положительной логики, то есть наличие сигнала, например, о достаточном давлении масла соответствует 1, а отсутствие сигнала - 0. Число и нормальное значение контролируемых параметров заданы десятичным числом, которое получают сложением числа А (согласно таблице 6.1) с числом, которое задано в таблице 6.1. Его надо преобразовать в двоичное число, количество разрядов которого соответствует количеству параметров, а значение каждого разряда - нормальному значению параметра.

Таблица 6.1 - Данные к задаче №6

6.1 Сложить число А с числом согласно варианту.

6.2     Преобразовать полученное десятичное число в двоичное.

.3       Пронумеровать датчики от младшего разряда двоичного числа к старшему.

.4       Составить таблицу истинности и записать логическую функцию.

.5       Функция равна единице только для заданного набора.

.6       Преобразовать логическую функцию в соответствии с заданным типом логических элементов.

.7       Составить схему управления из заданных логических элементов.

.8       Проверить на схеме правильность работы, подав на входы заданный код.

Решение

Произведем суммирование заданных чисел:

+15=51

Число 53 содержит 6 разрядов, следовательно зададимся шестью переменными x₁, x₂, x₃… x₆. Число 51 в двоичной системе представлено в таблице 6.2:

Таблица 6.2 - Представление числа в двоичном коде

Составим и преобразуем выражение для более удобного вида

Составим схему управления из заданных логических элементов

Составим таблицу 6.3 называемую таблицей истинности. Ввиду того, что количество вариантов будет равно 2⁶, то ограничимся для примера несколькими числами:

На рисунке 6.1 произведена проверка схемы, в результате которой видно, что на выходе получается сигнал «1», что и необходимо.

Электропривод производственного механизма осуществляется тремя электродвигателями. Включение и отключение электродвигателей производится контакторами, которые управляются кнопочными постами. Для нормальной работы электродвигатели должны включаться и отключаться в определенном порядке, который задается схемой управления на логических элементах. Питание катушек контакторов осуществляется от схемы управления через усилители.

10.1   Для заданного в таблице 10.1 порядка включения и отключения двигателей составить схему управления на стандартных логических элементах, триггерах.

10.2   На схеме указать кнопки включения и выключения, усилители и катушки контакторов.

Решение

В данной схеме элементы расположены по порядку включения сверху вниз, и отключения снизу вверх, согласно условию, т. е. включение ведется согласно порядку 2-3-1, а отключение - 1-3-2.