Электротехника и электроника

Если к р-п переходу приложить напряжение обратной полярности (рис. 6.2в), то в полупроводнике возникнет электрическое поле Еобр, совпадающее по направлению с полем Ек, и результирующее поле Ер станет больше поля Ек. Потенциальный барьер увеличится, сопротивление запирающего слоя увеличивается. Такое включение р-п перехода называется обратным включением, а внешнее напряжение обратным напряжением Uобр. Ток, обусловленный преимущественно неосновными носителями зарядов, называется обратным током Iобр. Вольт- амперная характеристика р-п перехода (рис. 6.3а). Основные свойства р-п перехода - зависимость его сопротивления от полярности приложенного напряжения. При прямом включении оно мало, а при обратном - велико, таким образом р-п переход обладает односторонней проводимостью.

6.3 Полупроводниковые диоды и стабилитроны

Полупроводниковым диодом называется полупроводниковый прибор с р-п переходом и двумя выводами, в котором используется свойство односторонней проводимости перехода. Стабилитрон также состоит из одного р-п перехода, и нормально эксплуатируется при обратном напряжении.

Выпрямительный полупроводниковый диод предназначен для выпрямления переменного тока. Основные электрические свойства полупроводникового диода выражаются вольтамперной характеристикой I = f(u), показывающей зависимость тока через диод от приложенного к нему напряжения. Характеристика имеет две ветви, соответствующие проводящему состоянию диода при прямом напряжении Unp и непроводящему состоянию при обратном напряжении Uобр. (6.3. б).

Рис.6.3. Вольт- амперные характеристики: р-п перехода (а) выпрямительного диода (б), стабилитрона (в)

При подаче на диод обратного напряжения в нем возникает незначительный обратный ток, обусловленный не основными носителями заряда через р-п переход. В случае приложения большого обратного напряжения может произойти лавинный пробой р-п перехода, что вызывает разогрев диода, рост тока и тепловой пробой, ведущий к разрушению диода. Основными параметрами выпрямительного диода являются: прямое напряжение Unp максимально допустимый прямой ток Inр.mах, максимально допустимое обратное напряжение Uобр. mах обратный ток Ioбр.

Стабилитрон - полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом, обратная ветвь вольт- амперной характеристики имеет участок со слабой зависимостью напряжения от величины тока (рис. 6.3в). Прямая ветвь вольт- амперной характеристики стабилитрона имеет обычную форму. При обратном напряжении, равном Ucm, развивается лавинный пробой р-п-перехода - в переходе происходит размножение зарядов по типу цепной реакции. Цепной процесс увеличения зарядов, и, следовательно, тока i через р-n-переход чрезвычайно чувствителен к изменению напряжения U: при изменении Ucm на десятые доли процента ток i изменяется в десятки раз от Imin до Imах. Практически в указанном интервале изменение тока i напряжение Uст постоянно. Лавинный пробой в стабилитроне не разрушает его, поэтому такой пробой называется электрическим. Основное применение стабилитрон находит в стабилизаторах напряжения.

6.4 Простейший однополупериодный выпрямитель

Простейший однополупериодный выпрямитель (рис. 6.4) состоит из последовательно включенных источника напряжения, диода и активного сопротивления. Переменное синусоидальное напряжение U2. подают на диод Д. За счет односторонней проводимости диодов ток i протекает только в положительные периоды напряжения U2, и, следовательно имеет импульсную форму. Постоянная составляющая этого тока Io определяется средним значением тока i, протекающего через нагрузку RH за полупериод.

Рис. 6.4. Схема однополупериодного выпрямителя (а) Кривые тока и напряжения (б)

При отрицательной полярности диод закрыт и ток не проходит. Среднее значение выпрямленного тока Io (постоянная составляющая пульсирующего тока) (рис. 6.4б)

Io = Im/ = 0,32 Im, a Uo = 0,32 U2m среднее значение выпрямленного напряжения.

Важнейшим параметром, характеризующим работу выпрямителя является коэффициент пульсации, где кп = Uoг.м/Uo, Uoг.м - амплитуда основной гармонической составляющей, Uо - среднее значение выпрямленного напряжения.

Для однополупериодной схемы выпрямления кп = 1,57. Кп для данной схемы велик, что является главным недостатком схемы.

6.5 Тиристор

Тиристор - полупроводниковый прибор с тремя (или более) р-п переходами, используемый для переключения. Два крайних слоя p1 и п2 -эмиттеры: п2 - катод; p1 - анод. Два средних слоя (n1 и р2) -базы. Электрод, которому приложено напряжение управления, называется управляющим, (рис. 6.5а). Питающие напряжение подается на тиристор так, что переходы П1 и П3 будут открытыми, а П2 - закрытый. Сопротивление П1 и П3 - мало, а П2 - велико, поэтому почти все питающее напряжение оказывается приложенным к переходу П2. Ток тиристора мал. При повышении Unp (при увеличении ЭДС источника питания Е) ток тиристора мало увеличивается.

Рис. 6.5. Структура тиристора (а).

Вольт- амперная характеристика тиристора (б)

При достижении Unp = Uвкл происходит лавинное увеличение носителей заряда в переходе П2 за счет дырок и электронов, прибывших из слоев n2 и p1 в базы п1 и р2. Ток в тиристоре возрастает. Происходит пробой промежутка перехода П2. После пробоя напряжение снижается до Unp = 0,5 IB. При дальнейшем увеличении ЭДС Е, ток нарастает в соответствии с вертикальным участком характеристики. Напряжение Uвкл, при котором происходит лавинообразное нарастание тока, снижают за счет введения не основных носителей в слой р2. С увеличением управляющего тока Iу увеличивается число добавочных носителей заряда, напряжения пробоя уменьшается (рис. 6.5 б).

Поэтому важным параметром тиристора является отпирающий ток управления Iу - ток управляющего электрода, обеспечивающий переключение тиристора в открытое состояние.

При изменении полярности напряжения Е на обратную переходы П1 и П3, смещены в обратном направлении, и вольт- амперная характеристика не отличается от обратной ветви характеристики диода. Тиристоры, как управляемые переключатели, обладающие выпрямительными свойствами, нашли применение в управляемых выпрямителях.

6.6 Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру из чередующихся полупроводников р - и п - типа (рис. 6.6)

Рис. 6.6 Устройство, обозначение биполярных транзисторов р-п-р (а) и п-р-п (б) типов и полярности напряжения на коллекторе относительно эмиттера



Слои и присоединенные к ним выводы имеют названия: эмиттер (Э), база (Б) и коллектор (К). В транзисторе создается два р-п- перехода (рис.6.6): база-эмиттер ПБЭ и база-коллектор ПБК. В режиме усиления к эмиттерному переходу ПБЭ. прикладывается прямое напряжение UБЭ, а к коллекторному переходу ПБК - обратное напряжение UKБ.

Рис. 6.7 Движение зарядов в транзисторе р-п-р- типа.

Рассмотрим принцип действия на примере р-п-р- транзистора (рис.6.7) Через открытий эмиттерный переход ПБЭ источником UБЭ создается прямой ток Iу образуемый инжекцией (движением) как дырок 15, так и электронов 6. Дырки 15, пройдя открытый переход ПБЭ, попадают в область базы, где их дальнейшее движение осуществляется по двум направлениям. Первое направление образуют дырки типа 5, которые встречаются в базе с электронами 6 и, рекомбинируя с ними, образуют нейтральные атомы 7. Так как в рекомбинации участвуют электроны 6, поступающие на базу от источника UБЭ, то за счет рекомбинации создается ток базы IБ. Второе направление образуют не прорекомбинировавшие дырки 14, которые достигают границы коллекторного перехода ПБK и, подхваченные ускоряющим полем ЕБК этого перехода, проходят в коллектор и образуют эмиттерную составляющую IЭ тока коллектора IK. Причем эта составляющая меньше тока эмиттера ( < 1) на величину тока базы 1Б. Так как рекомбинация дырок в базе, осуществимая в результате встречи их с электронами базы маловероятна из-за малой толщины базы и малой концентрации электронов в ней, то подавляющая часть дырок достигает коллектора. Значит эмиттерная составляющая тока коллектора практически равна прямому току эмиттерного перехода. Кроме тока IЭ через коллекторный переход течет обратный ток Iк.обp, вызванный в нем источником UКБ, который включен к переходу в обратном направлении. Так как обратный ток на 3-5 порядка меньше прямого тока, то в режиме инжекции ток коллектора IK практически равен IЭ. А при отсутствии инжекции, когда IБ = 0, ток коллектора IK уменьшается в 103 105 раз и становится равным току Iк.обp- Причем, так как указанное изменение тока коллектора IK происходит при одном и том же напряжении на коллекторе UKБ, то это эквивалентно изменению сопротивления коллекторного перехода в103 105 раз.

Из приведенного описания видно, что назначение базы состоит в том что база вызывает из эмиттера на себя поток .зарядов, которые с приобретенной при этом скоростью проходят через базу, как через сито и достигают коллектора. Причем, так как ток базы IБ мал. то, очевидно, и мощность источника UБЭ, используемая для управления токами IБ, IЭ и IK, также мала. Таким образом, биполярный транзистор управляется током, подводимым к базе. Основными параметрами транзистора являются коэффициента передачи тока эмиттера и базы :

(6.1)

Коэффициент называют коэффициентом усиления транзистора по току. Характерные значения напряжений UБЭ и UK для биполярных транзисторов составляют UБЭ ? 0,3 0,7 В и UK = 3 500 В.



6.7 Полевые транзисторы

Полевой транзистор представляет собой двухслойную структуру (рис. 6.8), конструктивно выполненную в виде центрального полупроводника - канала - одной проводимости, окруженного полностью или частично полупроводником другой проводимости (затвора). Особенностью полевого транзистора является то, что концентрация примесей в затворе намного превышает концентрацию примесей в канале. Три вывода транзистора имеют названия: исток (И), сток (С) и затвор (З).

Принцип действия полевого транзистора основан на изменении площади поперечного сечения канала и, следовательно, сопротивления канала под действием поперечного электрического поля Е3, создаваемого приложенным к затвору напряжением (рис.6.9). Рассмотрим физические процессы, приводящие к сужению канала под действием приложенных напряжений ЕЗИ и ЕСИ. Если к транзистору приложено только напряжение ЕЗИ (рис.6.9 а), которое для р-п- перехода затвор - канал является обратным, то под действием поперечного поля ЕЗ расширяется запирающий слой.

Рис. 6.8 Устройство и обозначение полевого транзистора с затвором в виде р-п- перехода с каналом п-типа (а) и р-типа (б) и полярности напряжения на затворе и стоке относительно истока

Так как концентрация примесей в канале меньше, чем в затворе, то расширение запирающего слоя происходит практически за счет канала, причем одинаково по всей длине канала. При некотором напряжении UЗИ, называемом напряжением отсечки UOTC. канал полностью перекрывается.

Рис. 6.9 Изменение сечения канала p-типа при действии напряжений UЗИ -.(a), UСИ (б) и одновременно UЗИ и UСИ (в); запирающий слой обозначен точками.

Таким образом, полевой транзистор - это прибор, в котором входным управляющим сигналом является напряжение затвора UЗИ, выходным сопротивление канала или ток стока I. Так как UЗИ является для р-п- перехода затвор-канал является обратным, то ток затвора ничтожно мал и на 5 6 порядков меньше тока базы биполярного транзистора и составляет 0,01 0,0001 мкА. Сопоставляя биполярный (БТ) и полевой (ПТ) транзисторы отметим два принципиальных отличия:

1) БТ управляется током (базы), а ПТ- напряжением (затвор);

2) при увеличении входного сигнала выходной сигнал ток у БТ

возрастает, у ПТ уменьшается.

6.8 Усилители постоянного тока и операционные усилители

Усилители постоянного тока служат для усиления постоянных и медленно изменяющихся сигналов напряжения и тока. Усилители постоянного тока должны обеспечивать:

1) нулевой выходной сигнал при нулевом сигнале на входе;

2) изменение знака выходного сигнала при изменении знака входного сигнала;

3) линейную зависимость между входным и выходным сигналами;

4) постоянство перечисленных характеристик при воздействии внешних факторов, например, температуры, отклонений напряжений источников от номинальных и т.п.

Схемные решения усилителей постоянного тока в корне отличаются от усилителей переменного тока, а именно, это многокаскадные дифференциальные схемы с несколькими источниками питания. На современном этапе развития электроники дифференциальные усилители постоянного тока как законченное отдельное устройство практически не применяется. Им на смену предлагается широкая номенклатура (сотни типов) так называемых операционных усилителей (ОУ). ОУ представляет собой интегральную микросхему, содержащую десятки транзисторов, сотни элементов типа резисторов и, диодов, имеющей в своем составе несколько дифференциальных усилителей. ОУ - это законченное устройство, внутреннюю схему которого изменить нельзя, и имеет один-два входа и один выход (рис.6.10 а). Для питания ОУ требуется два разнополярных и одинаковых по величине источника напряжения -Uun +Uun При двух входах ОУ один является инвертирующим, а. другой прямым. При подаче сигнала Uвx на инвертирующий вход выходной Uвых входной сигналы имеют разные знаки. При подаче сигнала Uвx на прямой вход выходной Uвых и входной сигналы имеют одинаковые знаки.

Передаточные характеристики ОУ (рис.10 б) имеют два участка: рабочий и насыщения. ОУ эксплуатируются на рабочих участках, где коэффициент усиления по .напряжению составляет Коу = 103 105. На участках насыщения выходные напряжения неизменны и практически равны напряжениям -Uun и + Uun источников питания. На рабочих участках потребляет малый ток ioy 0 (ioy =10-9 - 10-6 А) и к его входу прикладывается малое напряжение Uoy 0 (Uoy = 10-4 10-3 В).

Рис. 6.10 Обозначение (а) и характеристики (б) операционного усилителя

Основное применение ОУ состоит в усилении постоянных и медленно изменяющихся сигналов и включается он по схеме, приведенной на рис 6.11. (подключение источников питания не показано), где Zвx- входное сопротивление, Zoc сопротивление обратной связи, через которое выходной сигнал Uвых подается на инвертирующий вход ОУ. В этой схеме между выходным Uвых и входным Uвx напряжениями существует зависимость

(6.2)

Рис. 6.11. Базовая схема включения ОУ

где К = ZOC/ZBX- коэффициент передачи (усиления).

Вывод соотношения (6.2) прост. Действительно, схема на рис. 6.11 описывается уравнением

(6.3)

откуда при Uoy ? 0 и ioy ? 0 получаем (6.2)

Соотношения (6.2.) показывает, что вид зависимости между выходным Uвыx и входным Uвx сигналами определяется видом сопротивлений Zвх и Zoc.

6.9 Понятия об импульсных устройствах, электронный ключ

В промышленной электронике, автоматике широко применяются устройства обработки сигналов импульсного типа, когда кратковременное tu воздействие сигнала чередуется с относительно длинными паузами tn (рис.6.12). Импульсный режим обработки сигналов лежит в основе работы всех ЭВМ, калькуляторов. Применение импульсных устройств обусловлено рядом их преимуществ перед устройствами обработки непрерывных сигналов:

1) высокая точность обработки импульсных сигналов;

2) высокая помехозащищенность и устойчивость к воздействиям внешней среды;

3) обработка импульсных сигналов в устройствах любого уровня сложности базируется на небольшом числе простых однотипных элементов, параметры которых, такие как надежность, вес, быстродействие и т. д. могут быть доведены до совершенства, что предопределяет создание качественной аппаратуры с обработкой импульсных сигналов;

4) импульсные устройства экономичны в потреблении энергии.

Базовым элементом всех импульсных устройств является электронный ключ. Схема наиболее распространенного транзисторного ключа, приведенная на рис. 6.13, представляет собой усилитель с ОЭ. Токи покоя базы ТБО и коллектора IKO нулевые. Ключ, как усилитель с ОЭ, переворачивает фазу входного сигнала. Если на входе Uвx = 0, то транзистор закрыт и на выходе сигнал максимальный Uвыx = Uun. Если на входе сигнал максимален Uвx = Uun (рис. 6.12), то транзистор открыт, причем ток коллектора iK такой величины, что транзистор находится в режиме насыщения (UКЭ ? 0), а падение напряжения RK iK на RK равно Uun. В этом случае на входе Uвыx = 0. Таким образом, транзисторный ключ имеет только два состояния: открытое, когда Uвыx = 0, и закрытое, когда Uвыx = Uun.

Рис. 6.12 Периодические импульсы

Рис. 6.13 Электронный ключ

В импульсной и цифровой электронике принято наличие напряжения называть единичным сигналом (I), а отсутствие напряжения - нулевым сигналом (0). Описание работы импульсных и цифровых устройств над сигналами 0 и I проще и не зависит от конкретных электронных схем устройств.



6.10 Логические элементы

Устройств обработки информации по назначению и исполнению существует бесконечно много. Но все они могут быть созданы с использованием трех базовых логических элементов - НЕ, ИЛИ, И, Этот набор элементов называют функционально полным. Работу логических элементов удобно описывать в виде таблиц истинности, которыми задается соответствие между набором входных сигналов элемента и выходным сигналом.

Элемент НЕ (рис. 6.14) логическое отрицание или инверсия- описывается (рис.14.) таблицей истинности (а), имеет схему (б), условное обозначение (в) и передаточную характеристику (г). Таблица истинности

Рис. 6.14 Логический элемент НЕ расшифровывается так: если на входе X = 0, то на выходе Y = 1 или, если X = 1, то Y= 0.

Видно, что элемент НЕ является электронным ключом, работа которого описана в предыдущем п.4.1.

Рис. 6.15 Логический элемент ИЛИ

Элемент ИЛИ - (рис.6.15) - логическое сложение или дизъюнкция -описывается таблицей истинности (а), имеет схему (б) и условное обозначение (в). Таблица истинности отражает следующее: выходной сигнал У = 1, если хотя бы на одном из входов сигнал единичный, т.е. X1 = 1 ИЛИ Х2 = 1.

Действительно, если X1 = 1, то независимо от значения Х2 открыт диод Д1 и У = 1, если Х2 = 1, то независимо от X1 открыт диод Д2 и У= 1.

Элемент И (рис.6.16) - логическое умножение или конъюнкция -описывается таблицей истинности (а), имеет схему (б) и условное обозначение (в). Таблица истинности отражает следующее: выходной сигнал У = 1, если одновременно все входные сигналы единичные, т.е. Х1 = 1 И Х2 = 1.

Рис. 6.16 Логический элемент И.

Действительно, если хотя бы один из входных сигналов нулевой, например, Х2 = 0, то открыт диод Д2 и, следовательно потенциал общей точки диодов Д1, Д2 и резистора R нулевой и, поэтому, У = 0 независимо от значения остальных входных сигналов. Если вое входные сигналы единичные, то все диоды Д1, Д2 закрыты и на выход через резистор R поступает напряжение Uun.

Необходимо отметить, что элементы И и ИЛИ могут иметь любое большее 2-х число входов. Рассмотренные схемные реализации элементов НЕ, ИЛИ, И простейшие и не единственно возможные. На практике применяется до 10 стандартных схемных решений логических элементов, отличающихся напряжением питания, быстродействием и т.д.

Логические элементы вместе с запоминающими устройствами составляют элементную базу устройств цифровой обработки информации.



Раздел 7. Контрольные задачи

Методические указания по решению задач

Задачи по электротехнике весьма разнообразны и не представляется возможным предложить единую методику их решения. Ниже приведены лишь общие рекомендации.

1. Уяснить содержание задачи, изобразить ее электрическую схему (если она не задана), выписать заданные и искомые величины.

2. Проанализировать схему электрической цепи: выяснить возможности ее упрощения и наглядного изображения, уяснить, сколько ветвей Nв узлов Ny и независимых контуров Nk она содержит.

3. Разметить схему, т.е. обозначить все ее узлы, показать заданные и принятые направления ЭДС, напряжений и токов. Индексы токов в ветвях рекомендуется выбирать такими же, как индексы у элементов данной ветви.

4. Составить план решения задачи. При этом полезно изучить рекомендованную методику решения задач данного типа, приведенных в данном пособии, просмотреть задачи, решенные в упражнениях или решение которых дано в задачниках.

5. Обязательно сопровождать решение задачи пояснительным текстом, т.е. указать законы, на основании которых составлены уравнения, смысл преобразований в схемах и формулах, последовательность действий, комментировать полученные результаты.

6. Во избежание ошибок при расчетах все значения величин подставлять в формулы в основных единицах СИ (В, А, Ом, Ф, Гн и т.д.), для чего все производные единицы следует перевести в основные, например: 1 кВ = 103 В, 1 мкФ = 106 Ф, 1 мГн = 10-3 Гн и т.д.

7. Проанализировать в процессе решения задачи полученные результаты:

* реальны ли найденные значения величин (КПД меньше единицы, сопротивление положительно),

* возможны ли подобные режимы,

* правильны ли единицы полученных физических величин и др.

8. Проверить правильность полученных результатов каким-либо методом, например, решить задачу другим способом, составив баланс мощностей и т.п.

Требования к оформлению контрольной работы

1. Каждую расчетно-графическую работу выполнить в отдельной тетради, на обложке которой должны быть указаны: наименование УКП и номер группы, фамилия, инициалы и шифр студента, номер работы.

2. На каждой странице оставляют поля не менее 3 см.

3. Текст, формулы и числовые выкладки вписываются четко и аккуратно, без помарок.

4. Электрические схемы вычерчиваются с помощью инструментов с соблюдением ГОСТов (можно пользоваться графически изображениями элементов схем, которые применены в приведенных задачах).

5. Буквенные обозначения и единицы физических величин должны соответствовать ГОСТу, выдержки из которого приводятся:

Сопротивление электрическое активное R, Ом (ом). Сопротивление электрическое реактивное X, Ом. Сопротивление электрическое полное Z, Ом. Проводимость электрическая активная С, См (сименс). Проводимость электрическая реактивная В, См. Проводимость электрическая полная Y, См. Емкость С, Ф (фарад). Индуктивность L Гн (генри). Электродвижущая сила (ЭДС) Е, В (вольт). Напряжение U, В. Потенциал V, В. Ток I, А (ампер). Мощность активная Р, Вт (ватт). Мощность реактивная Q, (воль-ампер реактивный). Мощность полная S, B А (вольт-ампер). Магнитодвижущая сила (МДС), F, А. Магнитная индукция В. Тл. Напряженность магнитного поля Н, А/м (ампер на метр). Магнитный поток Ф, Вб (вебер). Потокосцепление , Вб. Магнитная проницаемость абсолютная а, Гн/м (генри на метр). Магнитная проницаемость относительная г, (безразмерная величина). Магнитная постоянная o = 4 10-7 Гн/м. Частота f, Гц (герц). Угловая частота , рад/с (радиан на секунду). Длина L, l м (метр). Площадь S м2 (метр квадратный).

6. При числовых расчетах придерживаются определенного порядка: искомую величину выражают формулой, затем подставляют известные значения величин, записывают результаты расчета (числовое значение искомой величины) и единицы измерения.

Промежуточные расчеты, если они сравнительно невелики, можно опускать. Расчеты рекомендуется выполнять до трех или четырех значащих цифр.

7. Графики вычерчивают аккуратно, с помощью чертежных инструментов, желательно на миллиметровой бумаге. Оси координат вычерчивают сплошными линиями со стрелками на конце, масштабы шкал по осям выбирают равномерно, начиная с нуля, с использованием всей площади графика. Цифры шкал наносят слева от оси ординат и под осью абсцисс. Буквенное обозначение шкалы и единицу измерения пишут над числами шкалы ординат и под осью абсцисс, справа вместо последнего числа шкалы.

8. Векторные диаграммы строят в масштабе, который указывается таким образом: m1 = ...В/мм, m1 = ...А/мм.

9. В конце контрольной работы ставят дату ее выполнения и подпись.

10. Если контрольная работа не зачтена или зачтена при условии внесения исправлений, то все необходимые поправки делают в конце работы в разделе "Работа над ошибками". Нельзя вносить какие-либо исправления в текст, расчеты или графики, просмотренные преподавателем.

Ниже помещены задачи для контрольных работ по различным разделам курса. К каждой задаче дается таблица с числовыми данными. Номер варианта определяется последней цифрой учебного шифра студента.



Контрольная работа № 1

Задача 1.1. В цепи (рис.1) известны токи I1, I2, I3, и сопротивления r1, r2, r3, r4, r5. Определить напряжение и на зажимах цепи, сопротивление rх и э.д.с. Е гальванического элемента.

Рис. 1

Вариант	Данные к задаче 1 . 1
	I1, A	I2 ,A	I3 ,A	r1, Ом	r2, Ом	r3, Ом	r4, Ом	r5, Ом
1	1,3	1,0	0,7	2	4	1	2	5
2	1,5	1,25	0,8	2	3	2	2	5
3	2	1,5	1,0	2	2,5	2,5	3	6
4	2	1,75	1,2	2	2	3	3	6
5	2,6	2	1,4	2	1	4	4	7
6	2,4	1,5	1,1	3	2	4	2	5
7	2,7	2	1,3	3	3	3	2	5
8	2,8	2,5	1,7	3	4	2	3	6
9	3,1	3	1,9	3	4,5	1,5	3	6
10	3,4	3,5	2,1	3	5	1	4	8

Задача 1.2. В цепи (рис.2) известны сопротивления r1 и r2,. Напряжение на зажимах цепи U. Мощность, измеряемая ваттметром, равна Р. Определить сопротивление r3. И токи во всех ветвях цепи. Составить баланс мощностей.

Рис. 2

Ва-ри-ант	Данные к задаче 1 .2	Ва-ри-ант	Данные к задаче 1.2
	U, B	P, Вт	r1, Ом	r2, Ом		U, B	P, Вт	r1, Ом	r2, Ом
1	100	200	20	40	6	120	400	20	30
2	120	250	30	50	7	100	125	50	40
3	100	400	10	30	8	120	360	10	50
4	120	300	15	40	9	100	100	60	50
5	100	250	25	25	10	120	240	40	30

Задача 1.3 В цепи (рис. 3) э.д.с. источников питания равны Е1, Е2, Е3, а сопротивления ветвей соответственно r1, r2, r3, r4 (включая внутреннее сопротивление источников питания). Определить силы токов во всех ветвях цепи и режим работы каждого из источников. Задачу решить методом узлового напряжения и контурных токов. Составить баланс мощности.

Рис.3

Вариант	Данные к задаче 1.3
	E1, B	E2, B	E3, B	r1, Ом	r2, ОМ	r3, Ом	r4, Ом
1	120	220	100	1	2	4	5
2	220	120	120	5	4	2	1
3	120	220	150	4	2	1	5
4	120	220	100	5	1	2	4
5	220	150	120	2	4	5	1
6	120	220	150	1	2	4	5
7	300	200	120	5	4	2	1
8	400	200	150	4	2	1	5
9	200	300	150	5	1	2	4
10	200	400	120	2	4	5	1

Задача 1.4 В цепи (рис. 4) э.д.с. источников питания равны Е1 и Е2, а их внутренние сопротивления r01; и r02 . Сопротивления в ветвях r1, r2, , r3, r4. Определить силы токов во всех ветвях цепи и режимы обеих источников питания. Составить баланс мощностей. Задачу решить методом контурных токов.

Рис. 4

Вариант	Данные к задаче 1.4
	Е1, В	Е2, В	r01, Ом	r02, Ом	r1, Ом	r2, Ом	r3, Ом	г4, Ом
1	90	95	0,1	0,05	2	4	3	2
2	95	100	0,1	0,05	2	5	3	2
3	100	105	0,1	0,05	2,5	4	3	2,5
4	105	110	0,1	0,05	2,5	5	3	2,5
5	110	115	0,1	0,05	3	4	2,5	3
6	115	120	0,15	0,1	3	5	2,5	3
7	120	125	0,15	0,1	2,5	4	2	2,5
8	125	135	0,15	0,1	2,5	5	3	2,5
9	130	135	0,15	0,1	2	4	3	2
10	140	145	0,15	0,1	2	5	3	2



Задача 1.5 В емкость синусоидального переменного тока (рис. 5) включены последовательно две катушки и емкость.

Параметры катушек и емкости известны: r1, L1, r2, L2 С. Кроме того, известна возникающая э.д.с. ЕL1 Найти напряжение источника, полную активную и реактивную мощности цепи, сдвиги фаз на участках а с и с е. Построить топографическую векторную диаграмму.

Рис. 5

Указание. Частота переменного тока f= 50 Гц.

Вариант	Данные к задаче 1.5
	ELI, В	r1, Ом	r2, Ом	L1, Гн	L2,Гн	С, мкФ
1	40	4	5	0,032	0,016	400
2	50	3	4	0, 0127	0,032	500
3	30	5	3	0,016	0,0127	400
4	60	6	6	0,016	0,032	320
5	70	3	3	0,32	0,016	500
6	40	5	4	0,0127	0,032	400
7	30	6	5	0,016	0,032	500
8	50	4	6	0,032	0,0127	400
9	60	5	4	0,0127	0,032	320
10	70	4	6	0,032	0,032	320

Задача 1.6 B цепь синусоидального переменного тока частотой f = 50 Гц (рис. 6) включены две параллельные ветви. Параметры включенных в них элементов известны: r1, r2, L С. Напряжение на конденсаторе Uc. Найти токи в ветвях и неразветвленной части цепи. Определить сдвиги фаз всей цепи и на обеих ветвях. Построить топографическую диаграмму.

Рис. 6

Вариант	Данные к задаче 1.6
	Uс,B	L, Гн	С, мкФ	r1 Ом	r2, Ом
1	30	0,096	630	4	5
2	20	0,0127	400	6	3
3	40	0,019	500	3	4
4	50	0,016	680	8	4
5	60	0,032	750	5	6
6	40	0,019	600	7	5
7	30	0,0127	320	6	3
8	20	0,0096	400	5	4
9	50	0,0127	500	3	6
10	60	0,016	320	4	5



Контрольная работа №2

Задача 2.1. К Трехфазной линии с линейным напряжением Uл подключен несеммитричный приемник, соединенный по схеме "звезда с нейтральным проводом" (рис. 7). Активные и реактивные сопротивления фаз приемника соответственно равны rA, xА, rB, xB, rC, хC. Сопротивление нейтрального провода пренебрежительно мало. Определить силы тока в фазах приемника, линейных проводах в следующих режимах: а) трехфазном; б) при обрыве в линейном проводе А; в) при коротком замыкании фаза А приемника. Определить активную мощность, потребляемую приемником, в указанных выше двух режимах. Построить топографические диаграммы напряжений и на них показать векторы токов для трех режимов.

Рис. 7

Вариант	Данные к задаче 2. 1
	Uл, B	rА, ом	хА, Ом	rB, Ом	xB, Ом	rC, Ом	xC, Ом
1	220	10	0	3	4	9	-12
2	380	10	0	4	-3	12	9
3	220	11	0	6	8	18	-24
4	380	19	0	8	-6	24	18
5	220	20	0	12	16	18	-24
6	380	20	0	16	-12	12	9
7	220	22	0	1,5	2	9	-12
8	380	38	0	2	-1,5	6	8
9	220	20	0	18	24	4	-3
10	380	19	0	24	- 18	3	4

Задача 2.2. К трехфазной линии с линейным напряжением Uл подключены три одинаковых приемника, соединенных по схеме "звезда" (рис. 8). Активные и реактивные сопротивления каждого приемника соответственно равны r, х. Определить силы тока в фазах нагрузки и линейных проводах, а также потребляемую нагрузкой активную мощность в следующих режимах: а) симметричном трехфазном; б) при обрыве одной фазы нагрузки; в) при коротком замыкании той же фаза нагрузки. Построить для всех трех случаев топографические диаграммы напряжений и на них показать векторы токов.

Вариант	Данные к задаче 2.2	Вариант	Данные к задаче 2.2
	Uл, B	r, Ом	х, Ом		Uл, B	r, Ом	х, Ом
1	220	1	3	6	380	6	8
2	380	3	1	7	220	8	6
3	220	3	4	8	380	5	3
4	380	4	3	9	220	2	5
5	220	3	5	10	380	3	7

Задача 2.3. Трехфазный трансформатор характеризуется следующими номинальными величинами: мощность Sn, высшее линейное напряжение U1B, низшее U2H. Схема соединения обмоток трансформатора Y/Y. Мощность потерь холостого хода Р0 (при первичном напряжении, равном номинальному); мощность потерь короткого замыкания Ркн (при токах в обмотках, равных номинальным).

Рис. 8

Определить: а.) коэффициент трансформации; б.) фазные напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе; в.) номинальные токи в обмотках трансформатора; г.) активное сопротивление фазы первичной и вторичной обмоток; д.) к.п.д. трансформатора при cos 2 = 0,8 и значениях коэффициента загрузки 0,25; 0,5; 0,75; е.) годовой эксплуатационный к.п.д. трансформатора при тех же значениях cos 2 и коэффициента загрузки при условии, что трансформатор находится под нагрузкой в течении 4200 ч., а остальное время цепь вторичной обмотки разомкнута.

Указание. Принять, что в опыте короткого замыкания мощность потерь делится поровну между первичной и вторичной обмотками.

Вариант	Данные к задаче 2.3
	SH, кВА	U1H,кВ	U1H,B	Рo, Вт	Рк, Вт
1	20	6	230	180	600
2	20	10	400	220	600
3	30	6	230	250	850
4	30	10	400	300	850
5	50	6	525	350	1325
6	50	10	400	440	1325
7	100	6	525	600	2400
8	100	10	400	730	2400
9	180	6	400	1000	4000
10	180	10	525	1200	4100

Задача 2.4. Трехфазный трансформатор характеризуется следующими данными: номинальная мощность Sn; высшее линейное напряжение U1B; низшее U2H; мощность потерь холостого хода Р0, изменение напряжения при номинальной нагрузке и cos 2 = 1 составляет U% ; напряжение короткого замыкания uк ; соединение обмоток трансформатора /.

Определить: а.) фазные напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе; б.) коэффициент трансформации; в.) номинальные токи в обмотках трансформатора; г.) активное и реактивное сопротивления фазы первичной и вторичной обмоток; д.) к.п.д. трансформатора при cos 2 = 0,8 и cos 2 = 1 и значениях нагрузки 0,5; 0,8. Построить векторную диаграмму для одной фазы нагруженного трансформатора при активно-индуктивной нагрузке (cos 2< 1).

Указание. Считать, что в опыте короткого замыкания мощность потерь распределяется между обмотками поровну.

Вариант	Данные к задаче 2.4
	SH, кВА	U1H, кВ	U2H, B	РО, Вт	U, %	В0, %
1	5	6	400	60	3,8	5
2	5	6	400	100	4	5,5
3	10	6	400	110	3,5	5
4	10	10	400	140	3,45	4,5
5	10	6	400	160	3,7	5,5
6	25	6	400	180	3,2	5
7	25	10	400	220	3,4	4,5
8	25	10	400	200	3,1	5
9	40	6	400	250	2,9	5,5
10	40	10	400	300	2,8	4,5

Задача 2.5. Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором питается от сети с линейным напряжением 380 В. Величины, характеризующие номинальный режим электродвигателя: мощность на валу P2Н; частота вращения ротора n2H; коэффициент мощности cos 1; к.п.д. H. Обмотки фаз соединены по схеме "звезда". Кратность критического момента относительно номинального Км = МK/МН

Определить а) номинальный ток в фазе обмотки статора; б) число пар полюсов обмотки статора; в) номинальное скольжение; г) номинальный момент на валу ротора; д) критический момент; е) критическое скольжение, пользуясь формулой

ж) значения моментов, соответствующие значениям скольжения; sн; sк; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 (по формуле п.е.); з) пусковой момент при снижении напряжения в сети на 10%. Построить механическую характеристику электродвигателя п = f(M).

Вариант	Данные к задаче 2.5
	Р2н, кВт	n2н, мин-1	cos 1	H, %	Км
1	1,1	2800	0.87	79,5	2,2
2	1,5	2825	0,88	80,5	2,2
3	2,2	2850	0,89	83,0	2,2
4	3,0	1430	0,84	83,5	2,2
5	4,0	1430	0,85	86,0	2,2
6	5,5	1440	0,86	88,0	2,2
7	7,5	1440	0,87	88,5	2,2
8	10	960	0,89	88,0	1,8
9	13	960	0,89	88,0	1,8
10	17	960	0,90	90,0	1,8

Задача 2.6. Трехфазный асинхронный электродвигатель с фазным ротором питается от сети с линейным напряжением U . Величины, характеризующие номинальный режим электродвигателя: мощность на валу P2H; частота вращения ротора п2н, к.п.д. н; коэффициент мощности cos 1н. Номинальное фазное напряжение статора U1ф, = 220 В. Кратность пускового тока KI = I1K/I1H при пуске без реостата и номинальном напряжении на зажимах статора; коэффициент мощности в этих же условиях cos 1к = 0,35. Обмотки фаз соединены по схеме "звезда".

Определить: а) схему соединения фаз обмотки статора "звезда" или "треугольник"; б) номинальный момент на валу ротора; в) номинальный и пусковой токи электродвигателя; г) сопротивление короткого замыкания (на фазу); д) активное и реактивное сопротивления фазы обмотки статора и обмотки ротора (для ротора - приведенные значения); е) критическое скольжение. Вычислить по общей формуле электромагнитного момента асинхронного двигателя значения момента для следующих значений скольжения: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0. Построить кривую M = f(s).

Указания. Принять r1 = r '2 = rK/2; x1 = х '2 = xK/2.

Вариант	Данные к задаче 2.6
	U, B	Р2н, кВт	п2н, мин-1	H %	cos 1H	K1
1	220	7,5	1400	82,0	0,84	7
2	380	10	1400	83,5	0,85	7
3	220	13	1400	84,5	0,86	7
4	380	17	950	84,5	0,80	6,5
5	220	22	955	85,0	0,81	6,5
6	380	30	960	87,0	0,82	6,5
7	220	40	720	87,0	0,81	5,5
8	380	55	720	88,5	0,82	5,5
9	380	75	1455	90,0	0,88	6,5
10	380	100	1460	90,5	0,88	6,5



Литература

Основная

1. Касаткин А.С., Немцов MB. Электротехника. - М: Высшая школа, 2000.

2. Электротехника / Под редакцией В.Г. Герасимова. М.: Высшая школа, 1985.

3. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н. Общая электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

4. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. - М.:. Энергоатомиздат, 1985.

5. Сборник задач по общей электротехнике / под редакцией В.Г. Герасимова. М.: Высшая школа, 1986.

Дополнительная

1. Электротехника Программированное учебное пособие / Под редакцией В.Г. Герасимова. М.: Высшая школа, 1983

2. Общая электротехника / Под редакцией А.Т. Блажнина. - Л.: Энергия, 1979.

3. Веников В.А., Шнейберг Я.А. Мировоззренческий и воспитательный аспекты преподавания технических дисциплин (на примере электротехники и электроэнергетики). -М.: Высшая школа, 1979.

4. Иванов А.А. Справочник по электротехнике. - Киев: Вища школа, 1984.

Страница:

•  1 
•  2 
•  3 

методичка "Электротехника и электроника" скачать

Подобные документы

• Электрические цепи постоянного и синусоидального тока

  Исследование основных особенностей электромагнитных процессов в цепях переменного тока. Характеристика электрических однофазных цепей синусоидального тока. Расчет сложной электрической цепи постоянного тока. Составление полной системы уравнений Кирхгофа.
  
  реферат [122,8 K], добавлен 27.07.2013
  

• Анализ линейной цепи постоянного тока, трехфазных цепей переменного тока

  Основные законы и методы анализа линейных цепей постоянного тока. Линейные электрические цепи синусоидального тока. Установившийся режим линейной электрической цепи, питаемой от источников синусоидальных ЭДС и токов. Трехфазная система с нагрузкой.
  
  курсовая работа [777,7 K], добавлен 15.04.2010
  

• Анализ электрических цепей постоянного и переменного тока

  Анализ состояния цепей постоянного тока. Расчет параметров линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока графическим методом. Разработка схемы и расчет ряда показателей однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока.
  
  курсовая работа [408,6 K], добавлен 13.02.2015
  

• Линейные цепи постоянного тока

  Основные элементы и характеристики электрических цепей постоянного тока. Методы расчета электрических цепей. Схемы замещения источников энергии. Расчет сложных электрических цепей на основании законов Кирхгофа. Определение мощности источника тока.
  
  презентация [485,2 K], добавлен 17.04.2019
  

• Исследование и расчет цепей синусоидального тока

  Расчет эквивалентных параметров цепей переменного тока. Применение символического метода расчета цепей синусоидального тока. Проверка баланса мощностей. Исследование резонансных явлений в электрических цепях. Построение векторных топографических диаграмм.
  
  контрольная работа [1,4 M], добавлен 09.02.2013
  

• Электротехника с основами электроники

  Электрические цепи постоянного тока. Электромагнетизм. Однофазные и трехфазные цепи переменного тока. Электрические машины постоянного и переменного тока. Методические рекомендации по выполнению контрольных работ "Расчет линейных цепей постоянного тока".
  
  методичка [658,2 K], добавлен 06.03.2015
  

• Исследование линейных электрических цепей постоянного тока

  Основные законы электрических цепей. Освоение методов анализа электрических цепей постоянного тока. Исследование распределения токов и напряжений в разветвленных электрических цепях постоянного тока. Расчет цепи методом эквивалентных преобразований.
  
  лабораторная работа [212,5 K], добавлен 05.12.2014
  

• Исследование цепей постоянного и переменного тока

  Расчет линейных электрических цепей постоянного тока, определение токов во всех ветвях методов контурных токов, наложения, свертывания. Нелинейные электрические цепи постоянного тока. Анализ электрического состояния линейных цепей переменного тока.
  
  курсовая работа [351,4 K], добавлен 10.05.2013
  

• Расчет линейных электрических цепей постоянного и переменного тока

  Применение методов наложения, узловых и контурных уравнений для расчета линейных электрических цепей постоянного тока. Построение потенциальной диаграммы. Определение реактивных сопротивлений и составление баланса мощностей для цепей переменного тока.
  
  курсовая работа [1,8 M], добавлен 29.07.2013
  

• Исследование электрической цепи синусоидального тока

  Элементы R, L, C в цепи синусоидального тока и фазовые соотношения между их напряжением и током. Методы расчета электрических цепей. Составление уравнений по законам Кирхгофа. Метод расчёта электрических цепей с использованием принципа суперпозиции.
  
  курсовая работа [604,3 K], добавлен 11.10.2013
  

• Методы расчета электрических цепей

  Расчет линейной электрической цепи постоянного тока, а также электрических цепей однофазного синусоидального тока. Определение показаний ваттметров. Вычисление линейных и фазных токов в каждом трехфазном приемнике. Векторные диаграммы токов и напряжений.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 21.10.2013
  

• Линейные и нелинейные электрические цепи постоянного тока

  Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока. Расчет однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока. Переходные процессы в электрических цепях, содержащих конденсатор и сопротивление.
  
  курсовая работа [4,4 M], добавлен 14.05.2010
  

• Классификация и законы электрических цепей

  Понятие и разновидности электрических схем, их отличительные признаки, изображение тех или иных предметов. Идеальные и реальные источники напряжения и тока. Законы Ома и Кирхгофа для цепей постоянного тока. Баланс мощности в цепи постоянного тока.
  
  презентация [1,5 M], добавлен 25.05.2010
  

• Расчет одно- и трехфазных электрических цепей переменного тока

  Общие теоретические сведения о линейных и нелинейных электрических цепях постоянного тока. Сущность и возникновение переходных процессов в них. Методы проведения и алгоритм расчета линейных одно- и трехфазных электрических цепей переменного тока.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 01.02.2012
  

• Расчет тока в линейных проводах и разветвленной цепи

  Расчет разветвленной цепи постоянного тока с одним или несколькими источниками энергии и разветвленной цепи синусоидального переменного тока. Построение векторной диаграммы по значениям токов и напряжений. Расчет трехфазной цепи переменного тока.
  
  контрольная работа [287,5 K], добавлен 14.11.2010
  

• Исследование переходных процессов в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами

  Специфические особенности расчета цепи постоянного тока классическим методом. Характеристика и расчет цепи постоянного тока операторным методом. Сравнительный анализ результатов произведенных расчетов. Особенности расчета цепи синусоидального тока.
  
  реферат [863,1 K], добавлен 30.08.2012
  

• Электротехника и основы электроники

  Однофазные цепи синусоидального тока. Двигатели постоянного тока параллельного возбуждения. Расчет линейной цепи постоянного тока методом двух законов Кирхгофа. Расчет характеристик асинхронного трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором.
  
  методичка [1,4 M], добавлен 03.10.2012
  

• Методы расчета электрических цепей

  Расчет линейной электрической цепи постоянного тока. Уравнения по законам Кирхгофа для определения токов в ветвях. Уравнение баланса мощностей и проверка его подстановкой числовых значений. Расчет электрической цепи однофазного переменного тока.
  
  контрольная работа [154,6 K], добавлен 31.08.2012
  

• Электрические измерения

  Исследование неразветвленной и разветвленной электрических цепей постоянного тока. Расчет нелинейных цепей постоянного тока. Исследование работы линии электропередачи постоянного тока. Цепь переменного тока с последовательным соединением сопротивлений.
  
  методичка [874,1 K], добавлен 22.12.2009
  

• Расчет неразветвленной электрической цепи синусоидального тока

  Порядок расчета неразветвленной электрической цепи синусоидального тока комплексным методом. Построение векторной диаграммы тока и напряжений. Анализ разветвленных электрических цепей, определение ее проводимости согласно закону Ома. Расчет мощности.
  
  презентация [796,9 K], добавлен 25.07.2013
  

Другие документы, подобные "Электротехника и электроника"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам