Задания для выполнения
.pdfа |
б |
Рис. 37
Мультиметр используется для измерения напряжения, тока и сопротивления. Режим измерения выбирается нажатием мыши на расширенной модели данного прибора.
Амперметр, вольтметр и мультиметр имеют внутреннее сопротивление, величина которого задается в свойствах (Component properties) приборов двойным нажатием правой кнопки мыши на изображении прибора.
Осциллограф в программе представляет собой аналог двухлучевого осциллографа, его изображение имеет три модификации – уменьшенную (пиктограмма в табл. 18), компактную (малый экран – рис. 38, а) и расширенную (большой экран – рис. 38, б). Переход из первой модификации во вторую осуществляется двойным нажатием левой клавиши мыши на пиктограмму осциллографа, а из второй в третью – с помощью кнопки Expand и обратно – Reduce.
Подключение осциллографа можно осуществить в уменьшенном и компактном его виде. На этих изображениях имеются четыре входные клеммы: верхний правый – общий, нижний правый – вход синхронизации, левый и правый нижние – входы каналов A и B.
Для настройки режимов работы осциллографа используются меню: Time base – развертка по горизонтали (по умолчанию – 0,5 с/дел.), Trigger – синхронизация, ее уровень и фронт срабатывания, Channel A или B – развертка по вертикали (по умолчанию – 5 В/дел.).
Переход к расширенному режиму
А
Маркеры
Временной сдвиг |
|
Переход к компактному |
||
позиций маркеров |
|
|
изображению |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б Рис. 38
Таблица 18
Основные измерительные приборы
Измерительный |
|
|
|
|
|
|
Обозначение |
Пиктограмма |
Измеряемая |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
поля |
|
|||
прибор |
на схемах |
в программе |
|
величина |
|
||||||||||
компонентов |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Постоянный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ток, |
действующее |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
– |
|
|
|
|
|||
Амперметр |
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
значение |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
переменного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Indicators |
тока |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Постоянное |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нап- |
ряжение, |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
– |
|
|
|
действующее |
|
|||
Вольтметр |
|
|
V |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
значение |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
переменного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
напряжения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сопротивление |
||
Мультиметр |
|
|
|
|
|
– |
|
|
|
|
|
|
, |
постоянное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(переменное) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Instruments |
напряжение и ток |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Быстропроте- |
|
|
Осциллограф |
|
|
|
|
|
– |
|
|
|
|
|
|
кающие |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стационарные |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
процессы |
|
На расширенном представлении осциллографа маркеры красного (1) и синего (2) цветов могут быть использованы для определения фазового сдвига двух сигналов после соответствующего пересчета величины T2 – T1 согласно выражению:
|
T2 T1 |
360o (T2 T1) f 360o |
|
|
T |
|
|
||
|
, |
(152) |
где T2 – T1 – временной сдвиг мгновенных значений сигнала, с, указывается на расширенном изображении осциллографа;
f = 50 Гц – частота питающего напряжения; T – период колебаний, с.
6.3. Построение и редактирование схем Для создания схемы следует поочередно перемещать компоненты из
библиотек на рабочее поле, а затем соединять их проводниками. Следует
учитывать, что программа предусматривает только ортогональное расположение элементов.
Для перемещения требуемого компонента необходимо нажать левой кнопкой мыши на соответствующей пиктограмме панели компонентов (Sources, Basic и др.). Программа откроет выбранную библиотеку. Затем нажать левую клавишу мыши на требуемом компоненте, удерживая ее, переместить компонент с указателем на рабочее поле и отпустить клавишу. Компонент окажется на рабочем поле. Имеющиеся на схеме компоненты можно поворачивать на 90о, передвигать, копировать и удалять.
Последовательность соединения компонентов проводниками, состоящая из трех этапов, показана на рис. 39.
1 k Ohm |
|
|
|
|
|
1 k Ohm |
|
1 k Ohm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
б |
в |
Рис. 39
При перемещении компонентов уже соединенные проводники будут автоматически изменять свое положение, следуя перемещению узлов и компонентов схемы.
После построения схемы и подключения приборов проводится моделирование режима работы ее элементов.
6.4. Запуск расчета цепи и вывод параметров. Настройка расчета
Анализ начинается с момента нажатия на кнопку переключателя «0/I» в правом верхнем углу окна программы (см. рис. 35), при этом в поле статуса будет отображаться время моделирования работы схемы. В это время можно приостановить моделирование работы схемы нажатием на кнопку «Pause» и вновь запустить кнопкой «Resume». Остановить моделирование следует клавишей переключателя «0/I».
ВВЕДЕНИЕ
Электроника в настоящее время является широко распространенным средством для решения различных задач в области выработки и преобразования энергии, автоматического и автоматизированного управления, сбора и преобразования информации, оперирует сигналами разной формы: аналоговыми, импульсными и цифровыми. Область применения электроники постоянно расширяется. Функции устройств электроники становятся все более разнообразными. Выполнение данной курсовой работы поможет студентам в изучении свойств и характеристик электронных устройств.
Курсовая работа наряду с другими формами обучения является одним из важных способов подготовки инженеров и служит предварительным этапом в получении навыков разработки проекта технического изделия, в состав которого могут входить различные электронные схемы. Выполнение курсовой работы подразумевает самостоятельную работу с учебно-методической литературой по дисциплине, выбор и обоснование расчетных параметров, принятие инженерных решений, оценку полученных результатов.
Пособие содержит необходимые сведения о принципе действия, основных параметрах и методах расчета выпрямителей, транзисторных усилителей и логических комбинационных схем.
Пояснительная записка к курсовой работе выполняется на бумаге формата А4, включает в себя титульный лист, реферат, содержание, введение, основную часть, заключение, библиографический список, графический материал. Оформление должно соответствовать требованиям стандарта предприятия СТП ОмГУПС -1.2-2005.
В разделе «Введение» курсовой работы необходимо привести общие сведения о рассматриваемых электронных схемах, их назначении, областях применения, сформулировать задачи курсовой работы, в разделе «Заключение»
– общий анализ результатов выполнения работы.
Графический материал в курсовой работе оформляется в соответствии со стандартами на условные графические изображения.
Задание №3
1.РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЯ
1.1.Общие теоретические сведения
Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямители относятся к так называемым вторичным источникам питания.
Источники питания электротехнического оборудования подразделяют на первичные и вторичные.
Первичные источники питания выполняют функцию преобразования разных видов энергии в электрическую. В качестве примера первичного источника питания постоянного тока можно привести аккумулятор, который преобразует химическую энергию в электрическую.
Вторичные источники питания не могут самостоятельно генерировать электроэнергию как таковую, они выполняют роль исключительно преобразователей, перерабатывая один поток энергии, напряжения, тока или пульсаций напряжения в другой. Вторичный источник питания является частью единой системы, где выполняет, как правило, функцию посредника между первичным источником энергии и потребителем.
В зависимости от числа фаз переменного напряжения различают однофазные и многофазные (обычно трехфазные) выпрямители. По величине мощности выпрямители подразделяются на выпрямители малой (до 1 кВт), средней (от 1 до 100 кВт) и большой (более 100 кВт) мощности.
Структурная схема выпрямителя приведена на рис. 1.1. Выпрямитель состоит из следующих основных элементов:
Тр – трансформатор, необходимый для преобразования переменного напряжения сети первичного источника Uc до величины U2, определяемой требованиями нагрузки;
ВГ – вентильная группа, содержащая силовые выпрямительные диоды (вентили) и обеспечивающая одностороннее протекание тока в цепи нагрузки, в
результате чего переменное напряжение U2 преобразуется в пульсирующее, т. е. в напряжение одного направления, но изменяющееся по величине;
ЭФ – электрический сглаживающий фильтр, передающий на выход схемы постоянную составляющую напряжения и сглаживающий его пульсации.
Выпрямитель может быть дополнен схемой стабилизации, подключаемой к выходу фильтра и предназначенной для поддержания напряжения Ud на нагрузке Rн неизменным при изменении напряжения U2 на трансформаторе.
|
Тр |
ВГ |
ЭФ Ud |
|
~Uc |
U2 |
Rн |
Рис. 1.1. Структурная схема выпрямителя
Основными показателями работы выпрямителя являются следующие:
среднее значение выпрямленного тока и напряжения Id и Ud:
1 T
Id T 0 iвыхdt ;
1 T
U d T 0 uвыхdt ,
где T – период изменения выходного тока (напряжения);
мощность нагрузочного устройства
Pd Ud Id ;
коэффициент пульсаций
Uосн. m , kп Ud
(1.1)
(1.2)
(1.3)
(1.4)
где Uосн. m – амплитуда основной (первой) гармоники выпрямленного напряжения;
коэффициент использования вентилей по напряжению
Kо |
Uобр. m |
, |
(1.5) |
|
Uобр. доп |
||||
|
|
|
где – максимальное обратное напряжение на вентиле; Uобр. доп – допустимое обратное напряжение вентиля (по паспорту);
коэффициент использования вентиля по току
|
|
K |
i |
|
Ia |
, |
|
|
(1.6) |
||
|
|
Iaн |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где Iа – среднее значение тока, протекающего через вентиль; Iан – номинальное |
|||||||||||
значение тока вентиля; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
типовая мощность трансформатора |
|
|
|
|
|
||||||
Sтр 0,5 S1 S2 , |
|
(1.7) |
|||||||||
где S1 U1I1 , S2 U2I2 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
коэффициент полезного действия |
|
|
|
|
|
|
|
||||
η |
|
|
|
|
Pd |
|
|
, |
(1.8) |
||
P |
P |
|
|
P Р |
|||||||
|
d |
|
|
тр |
|
в |
ф |
|
|
где Pтр, Pв и Pф – потери в трансформаторе, вентилях и фильтре.
Основной характеристикой выпрямителя, как и любого источника питания, является внешняя (нагрузочная) характеристика Ud = f(Id), которая позволяет определить номинальное значение выпрямленного напряжения и выходное сопротивление выпрямителя:
R U d . |
(1.9) |
вых Id
Свойства выпрямителя в значительной степени зависят от характера нагрузки на его выходных зажимах, которая может быть активной (омической) и активно-реактивной (начинающейся с индуктивности либо начинающейся с емкости).
1.2. Схемы включения вентильных групп
u2 |
|
u2 |
|
|
|
|
|
|
1.2.1. Однополупериодная |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
U2m |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
t |
|
i2 = ia = iн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ia |
|
Т |
|
|
ua, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ia |
|
Iam |
~uc |
u2 |
Rн |
uн |
|
|
|
||||
|
|
|
Ia |
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
Uобр m |
ua |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uвых, |
uвых |
iвых |
Рис. 1.2. Однополупериодная |
|||
iвых |
|
Ud |
Id |
однофазная схема |
|
|
|
|
|
|
однофазная схема |
|
|
π |
|
2 |
|
2 |
|
|
||
uвых Ud 1 |
|
|
cosωt |
|
cos2ωt |
|
|
cos4ωt ... . |
(1.10) |
|
2 |
3 |
15 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
Среднее значение выпрямленного напряжения
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
1 |
|
|
|
sin ωt d ωt |
|
2U2 |
. |
|
|||
U |
d |
|
|
2U |
2 |
(1.11) |
||||||||
|
|
|
||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора
|
U |
2 |
|
πU |
|
d |
2,22U |
d |
. |
|
(1.12) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
2 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
В однополупериодном выпрямителе среднее значение выпрямленного |
|||||||||||||||||||||
тока является и средним значением тока вентиля Id: |
|
||||||||||||||||||||
I |
a |
I |
d |
|
|
Ud |
|
0,45U2 |
, |
(1.13) |
|||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Rн |
|
|
Rн |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Максимальное значение тока через вентиль |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
I |
am |
|
|
|
2U 2 |
π I |
d |
. |
|
|
(1.14) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Rн |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.1 Параметры типовых выпрямительных схем при различной нагрузке
Схема выпрямления
Однофазная однополупериодная
Однофазная двухполупериодная со средней точкой (активная нагрузка)
Однофазная
двухполуперио дная со средней точкой (активно-
Параметр
значениеЭффективное Uнапряжения |
обратноеМаксимальное вентиленанапряжение U |
основнойЧастота fгармоники |
пульсацийКоэффициент k |
прямогозначениеСреднее Iвентилятока |
значениеМаксимальное Iвентилятокапрямого |
обмоткипервичнойТок Iтрансформатора |
обмоткивторичнойТок Iтрансформатора |
мощностьТиповая Sтрансформатора |
|
|
|
|
|
am |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
тр |
2 |
|
осн |
|
a |
|
|
|
|
|
обр. m |
|
п |
|
|
|
|
|
2,22Ud |
3,14Ud |
fc |
1,57 |
Id |
3,14Id |
(1,21/k)Id |
1,57Id |
3,5Pd |
1,11Ud |
3,14Ud |
2fc |
0,67 |
Id/2 |
1,57Id |
(1,11/k)Id |
0,755Id |
1,48Pd |
1,11Ud |
3,14Ud |
2fc |
0,67 |
Id/2 |
Id |
(0,707/k)Id |
0,707Id |
1,34Pd |
|
|
|
|
|
|
|
|
|