close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

381. Общая электротехника и электроника

код для вставкиСкачать
458
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра автоматизации технологических
процессов и производств
ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Методические указания
к выполнению расчетно-графических и курсовой работы
для студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических
процессов и производств (в строительстве)»
Воронеж 2009
Составители Ю. В. Авдеев, А. В. Полуказаков
УДК 621.3.01(07)
ББК 31.2Я7
Общая электротехника и электроника [Электронный ресурс]:
методические указания к выполнению расчетно-графических и курсовой работ
для студ. спец. 220301 / Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т.; сост.: Ю. В. Авдеев,
А. В. Полуказаков - Воронеж, 2009 г. - 40 с.
Методические указания содержат рекомендации по расчету
установившихся и переходных процессов в линейных электрических цепях с
использованием машинно-ориентированных методов и применением ЭВМ в
этих расчетах. Также приводятся рекомендации по расчету устройств
электроники и определена методика выполнения курсовой работы по
электронике.
Ил. 10.Табл. 17. Библиогр.: 10 назв.
Папка «Электротехника», Файл «РГР и КР.doc». Объем – 1 Мб.
Используется по решению редакционно-издательского совета
Воронежского государственного архитектурно-строительнго университета.
Рецензент: А. Д. Кононов канд. физ.-мат. наук, доц. каф. ММВТ ВГАСУ.
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Общая электротехника.…….…………………………………….……...……....
Общая методика формирования топологических матриц и матриц
исходных данных для расчета электрических цепей.........................................
Задание к расчетно-графическим работам №1-№2………..………..…………
Задание к расчетно-графическим работам №3-№4…………...………….……
Задание к выполнению расчетно-графических работ №5,6,7………..…….…
Расчетно-графическая работа №1…………………………………………........
Расчетно-графическая работа №2…………………………………………........
Расчетно-графическая работа №3…………………………………………........
Расчетно-графическая работа №4…………………………………………........
Расчетно-графическая работа №5…………………………………………........
Расчетно-графическая работа №6…………………………………………........
Расчетно-графическая работа №7…………………………………………........
Электроника……………………………………………………………………...
Расчетно-графические работы (общие положения и варианты заданий)…....
Расчетно-графическая работа №8………………………….….……………..…
Расчетно-графическая работа №9…………………….…………………...……
Расчетно-графическая работа №10…………………….………………..….…..
Расчетно-графическая работа №11……………………………………………..
Расчетно-графическая работа №12……………………………………...….…..
Расчетно-графическая работа №13…………………………………...………...
Расчетно-графическая работа №14………………………………...….………..
Расчетно-графическая работа №15……………………………………...……...
Расчетно-графическая работа №16………………………………...…………...
Расчетно-графическая работа №17……………..…………..…...……………...
Расчетно-графическая работа №18……….……………………......…………...
Курсовая работа. Общие положения …………...………...…………...……….
Темы курсовых работ …………………………………………………………...
Библиографический список………………………………………...…..……….
3
4
4
6
10
14
16
17
18
19
20
21
23
25
25
26
27
28
29
29
31
31
32
33
34
35
35
36
37
Общая электротехника
Выполнение расчетно-графических работ №1- №7 (РГР №1-№7)
преследует единую цель: научить студента грамотному применению основных
методов расчета токов и напряжений в линейных электрических цепях любой
сложности, используя их машинно-ориентированные формы.
Машинно-ориентированные формы позволяют использовать ЭВМ не
только для решения уравнений цепей, но также для формирования этих
уравнений. На человека в этом случае ложится менее трудоемкая задача
составления топологических матриц схем и матриц заданных источников и
сопротивлений элементов схемы.
Грамотное применение машинно-ориентированных методов расчета
электрических цепей на практике требует глубокого знания и понимания
структуры и особенностей построения этих методов. Из курса "Математики"
требуется хорошее знание разделов матричной алгебры и комплексных чисел.
К выполнению работы можно приступать лишь после того, как изучен
теоретический материал учебника, дополнительные сведения из методических
указаний и даны ответы на все вопросы для самопроверки.
Оглавление
Общая методика формирования топологических матриц и матриц
исходных данных для расчета электрических цепей
1. Изобразите ориентированный граф электрической цепи. Выделите заданное
дерево графа и базисный узел. Необходимая для этого информация содержится
в табл. 2-5, (7-10). В скобках указаны данные для РГР №3-№4.
2. Нарисуйте электрическую схему рассчитываемой цепи, приняв во внимание
данные таблицы 1 (6), рис. 1 и рис. 2 (3 и 4). Укажите положительные
направления источников ЭДС и тока, а также направления токов в пассивных
элементах ветвей.
3. Перенумеруйте ветви графа, присвоив ветвям дерева номера от 1 до (nу - 1) и
номера от nу до nв связям (nу - число узлов и nв - число ветвей графа). Базисный
узел считайте нулевым, остальным в произвольном порядке присвойте номера
от 1 до (nу -1).
4. Составьте матрицу соединений [A], помня при этом, что в нее не входит
строка, относящаяся к базисному узлу, и элемент матрицы принимает значение
+1, если рассматриваемая ветвь соединена с данным узлом, и ток в ветви
направлен от узла. Если направление тока к узлу, то следует записать -1, и если
ветвь вообще не соединена с данным узлом, то записать 0.
4
Номера ветвей от 1 до nв.
A
номера узлов от 1 до (nу -1)
5. Изобразите контуры и составьте матрицу контуров [C]. Направление обхода
задается направлением тока в связи.
Номера ветвей от 1 до nв.
С
номера связей от ny до nв
Элемент матрицы С sk=1, если k-ая ветвь входит в S-й контур, согласно обхода;
Сsk=-1, если к-ая ветвь входит в S-й контур против его обхода; С sk=0, если k-ая
ветвь не входит в S-й контур.
6. Запишите столбцовые матрицы источников ЭДС, источников тока и
диагональных сопротивлений и проводимостей
[E]=[E1 E2 … Enв]T ,
[J]=[J1 J2 … Jnв]T ,
[r]=diag[r1 r2 … rnв],
[g]=diag[g1 g2 … gnв], gi=1/ri,
взяв численные данные из табл. 1, в комплексной форме для РГР №3-№4
(табл.6)
T
E
E1 E2 ...Enв ,
J
Z
J1 J 2 ... J nв
T
,
T
diag Z1 Z 2 ... Z nв ,
T
Y diag Y1 Y2 ... Ynв , Yi=1/Zi,
учитывая, что мгновенные значения токов и ЭДС заменены их комплексными
изображениями, т.е.
,
Emк/Eк= 2 ,
,
Jmк/Jк= 2 ,
комплексное сопротивление k-й ветви
Zк=rк+j( Lк-1/ Cк).
Обратите особое внимание на знаки элементов матриц [E], [J], [E], [J] в
соответствии с моделью ветви рис. 2 (4) и данными варианта в табл. 1 (6).
Оглавление
5
Задание к выполнению расчетно-графических работ №1 и №2
Таблица 1
Ветвь К
1
2
3
4
5
6
7
8
rк Oм
1,212
2,736
4,510
5,379
2,018
8,921
4,363
6,129
Eк В
2,537
X
1,137
4,265
5,814
X
X
2,631
Jк А
1,725
2,391
X
X
X
X
X
0,517
Направление Ек
+
X
+
X
X
+
Направление Jк
+
X
X
X
X
X
-
Примечание: + от узла с большим номером,
- к узлу с большим номером,
Х - отсутствует.
Рис. 1. Неориентированный граф,
рассчитываемой электрической цепи с
источниками постоянной ЭДС и тока
Ik
Ik
Uk
Uk
Jk
Ek
(1)
(2)
Рис. 2. Обобщенная к-ая ветвь и уравнения
связей тока, напряжения и ЭДС
6
Таблица 2
(группа 1)
Вариант
Положительное направление тока Iк ___
Ветви Базисный
1
2
3
4
5
6
7
8
дерева узел
1
1863
1
2
2574
2
+
+
+
+
3
2864
3
+
+
+
+
4
1753
4
+
+
+
+
5
1853
5
+
+
+
+
6
2564
1
+
+
+
+
7
1763
2
+
+
+
+
8
4782
3
+
+
+
+
+
9
8143
4
+
+
+
+
+
+
10
5214
5
+
+
+
11
6321
1
+
+
+
+
+
12
7431
2
+
+
+
+
+
13
1435
3
+
14
2146
4
+
+
15
3217
5
+
+
16
4328
1
+
+
+
17
4185
2
+
+
+
+
18
1256
3
+
+
19
2367
4
+
+
20
3478
5
+
+
21
4358
1
+
+
+
Примечание: + от узла с большим номером
- к узлу с большим номером
Таблица 3
(группа 2)
(номер по списку)
Вариант
(номер по списку)
1
2
3
4
5
6
7
8
Ветви Базисный
дерева узел
1456
1
1267
2
1567
3
4316
4
5618
5
4578
1
2786
2
3768
3
Положительное направление тока Iк.
1
2
3
4
5
6
7
8
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
7
Оконч. табл. 3
Положительное направление тока Iк.
Ветви Базисный
1
2
3
4
5
6
7
8
(номер по списку) дерева узел
9
2567
4
+
+
+
+
+
+
10
4175
5
+
+
+
+
+
+
11
2138
1
+
+
+
+
12
4368
2
+
+
+
+
+
13
2345
3
+
+
+
+
14
3257
4
+
+
+
+
+
15
4371
5
+
+
+
+
+
+
+
16
2816
1
+
+
+
+
+
+
+
17
2148
2
+
+
+
+
+
+
+
18
2436
3
+
+
+
+
+
+
19
2315
4
+
+
+
20
5674
5
+
+
+
+
+
+
21
5183
1
+
+
+
+
+
Примечание: + от узла с большим номером
- к узлу с большим номером
Вариант
Таблица 4
(группа 3)
Вариант
(номер
списку)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
по
Ветви Базисный
дерева узел
Положительное направление тока Iк.
1
2
3
4
5
6
7
8
4561
3548
2617
4738
5617
3527
2561
4518
3248
2137
1462
3451
3471
3216
2145
4138
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
8
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Оконч. табл. 4
Вариант
(номер
списку)
по
17
18
19
20
21
Примечание:
Ветви Базисный
дерева узел
Положительное направление тока Iк.
1
2
3
4
5
6
7
8
2748
2
+
3716
3
4526
4
3815
5
3517
1
+ от узла с большим номером
- к узлу с большим номером
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
-
+
+
+
+
Таблица 5
(группа 4)
Вариант
(номер
списку)
по
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Примечание:
Ветви Базисный
дерева узел
Положительное направление тока Iк.
1
2
3
4
5
6
7
8
4561
1
+
+
3548
2
2617
3
+
4738
4
+
+
5617
5
+
+
3627
1
2561
2
4518
3
3248
4
+
2137
5
+
+
1462
1
+
3451
2
+
+
3471
3
+
3216
4
+
2145
5
+
+
4138
1
+
2748
2
+
+
3716
3
+
+
4526
4
+
3815
5
+
+
3517
1
+
+ от узла с большим номером
- к узлу с большим номером
9
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
Оглавление
Задание к выполнению расчетно - графических работ №3 и №4
f
f=50 Гц
Таблица 6
Ветвь К Lк, Гн Ск, мкФ rк, Ом
ек(t), В
Направление
jк(t)
ек(t)
1
Х
20
100
Х
X
+
120sin( t+ /4)
2
1,15
40
50
Х
X
X
X
3
0,25
Х
120
X
X
1,5cos t
4
Х
15
200
X
X
X
5
0,55
10
150 1,2sin( t- /6) 175sin( t+
+
6
0,65
Х
180
X
X
X
X
Примечание: + - от узла с большим номером,
- - к узлу с большим номером,
Х - отсутствует.
jк(t), A
Рис. 3. Неориентированный граф рассчитываемой
электрической
цепи
с
гармоническими
источниками
ik t ik t
jk t
(3)
uk (t ) uk (t ) ek (t )
(4)
а так же их комплексных изображений
Ik
Ik
Jk
(3a)
(4a)
Рис. 4. Обобщенная к-ая ветвь и уравнения
связей
мгновенных
значений
токов,
напряжений и ЭДС
Uk
10
Uk
Ek
Таблица 7
(группа 1)
Вариант
Ветви
дерева
(номер по списку)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Примечание: +
-
Базисный
узел
Положительное направление тока iк(t).
1
2
3
4
5
6
124
1
125
2
135
3
145
4
163
1
165
2
216
3
246
4
256
1
235
2
236
3
324
4
+
325
1
+
354
2
+
314
3
+
364
4
+
456
1
+
412
2
+
426
3
+
453
4
+
521
1
+
от узла с большим номером
к узлу с большим номером
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Таблица 8
(группа 2)
Вариант
(номер по списку)
1
2
3
4
5
6
7
8
Ветви
дерева
Базисный
узел
436
462
326
216
613
154
135
125
1
2
3
4
1
2
3
4
Положительное направление тока iк(t).
1
2
3
4
5
6
-
11
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Оконч. табл. 8
Вариант
(номер по списку)
Ветви
дерева
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Примечание: +
Базисный
узел
Положительное направление тока iк(t).
1
2
3
4
5
6
124
1
265
2
564
3
+
263
4
+
432
1
+
325
2
+
345
3
+
431
4
+
463
1
+
326
2
+
345
3
+
532
4
+
426
1
+
от узла с большим номер;
- к узлу с большим номером
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
Таблица 9
(группа 3)
Вариант
(номер по списку)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Ветви
дерева
345
251
462
421
546
436
413
453
523
423
326
352
526
426
612
561
Базисный
узел
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
Положительное направление тока iк(t).
1
2
3
4
5
6
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
12
Оконч. табл. 9
Вариант
(номер по списку)
Ветви
дерева
17
18
19
20
21
Примечание: +
-
Базисный
узел
Положительное направление тока iк(t).
1
2
3
4
5
6
316
1
+
415
2
+
531
3
+
521
4
+
412
1
+
от узла с большим номером
к узлу с большим номером
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
-
Таблица 10
(группа 4)
Вариант
(номер по списку)
Ветви
дерева
Базисный
узел
Положительное направление тока iк(t).
1
2
3
4
5
6
1
326
1
2
432
2
3
532
3
4
435
4
5
431
1
6
436
2
7
546
3
+
8
421
4
9
462
1
10
435
2
11
512
3
+
12
325
4
+
13
526
1
+
14
426
2
+
15
612
3
+
16
516
4
+
17
613
1
+
18
541
2
+
19
351
3
+
20
512
4
+
21
421
1
+
Примечание: + от узла с большим номером
- к узлу с большим номером
13
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
Оглавление
Задание к выполнению расчетно - графических работ №5, 6, 7
Расчет переходных процессов осуществляется для одной из ниже
приведенных схем в соответствии с заданным вариантом из табл.11.
Параметры элементов схем имеют следующие значения:
Е=120 В (группы 1, 2), Е=160 В (группы 3, 4),
r1’= r1”= r2’= r2”= r3’= r3”=240 Ом,
С2=100 мкФ, L1=L2=0,1 Гн, L3=0,2 Гн
Исходные состояния ключей К1 и К2 до и после коммутаций приведены в
табл. 11. Вариант задается преподавателем и определяется номером студента в
списке группы.
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7
Рис. 8
14
Рис. 9
Рис. 10
Таблица 11
Вариант
(№ по списку)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
Состояние ключей:
0-разомкнут, 1-замкнут
до коммутации
после коммутации
К1
К2
К1
К2
0
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
15
Схема по рис.
Группа 1, 3 Группа 2,4
5
5
5
5
5
5
5
5
6
6
6
6
6
6
6
6
7
7
7
7
7
7
8
8
8
8
8
8
8
8
9
9
9
9
9
9
9
9
10
10
10
10
10
10
Оконч. табл. 11
Состояние ключей:
0-разомкнут, 1-замкнут
до коммутации
после коммутации
К1
К2
К1
К2
1
0
1
1
1
1
1
0
Вариант
(№ по списку)
23
24
Схема по рис.
Группа 1, 3 Группа 2,4
7
7
10
10
Оглавление
Расчетно - графическая работа №1
Расчет линейных электрических цепей с источниками постоянной ЭДС и
токов методом узловых напряжений
1.1. Цель работы - расчет токов и напряжений пассивных элементов в линейной
электрической цепи с источниками постоянных ЭДС и токов.
1.2. Подготовка к работе.
1.2.1. Повторите перед выполнением работы из курса "Математика" следующие
вопросы: матрицы, сложение и умножение матриц, нулевая, единичная,
транспонированная, обратная матрицы, определители, решение системы
линейных уравнений.
1.2.2. Прочитайте и разберите по [1] теорию расчета электрических цепей с
помощью топологических матриц цепей.
1.2.3. Изучите методику формирования уравнений электрических цепей с
помощью топологических матриц по данному пособию.
1.2.4. Ответьте на все вопросы для самопроверки письменно.
1.3. Порядок выполнения работы
1.3.1. - 1.3.5. Выполнить согласно п.п.1 - 4, 6 в соответствии с заданием на РГР
№1, №2.
1.3.6.Получите систему уравнений узловых напряжений, используя матричную
запись
A g A
T
U0
A
J
g E ,
T
где U 0
U10 U 20 ... U n
у
1 ,0
- матрица - столбец узловых напряжений.
1.3.7.Решите полученную систему и найдите матрицу [U0].
T
1.3.8.Используя соотношение U
A U 0 , получите матрицу напряжений
графа [U ] .
1.3.9.С помощью соотношения U
U
E найдите напряжение на пассивных
элементах [U].
1.3.10. Используя закон Ома [I]=[g] [U], определите токи в пассивных
элементах цепи [I].
16
Вопросы для самопроверки:
1. Что такое граф электрической цепи?
2. Что такое дерево графа?
3. Какой граф называют ориентированным?
4. Как составляется матрица соединений [A]?
5. Что такое обобщенная ветвь?
6. Как записываются уравнения для токов и напряжений обобщенной ветви?
7. Как записать матрицы источников токов [J] и ЭДС [E].
8. Как записываются матрицы сопротивлений [r] и проводимости [g]?
9. Как записываются в матричной форме законы Кирхгофа?
10. Какие напряжения называют узловыми?
11. Как получаются уравнения для узловых напряжений в матричной форме?
12. Чем определяется порядок системы уравнений для метода узловых
напряжений?
13. Как связаны узловые напряжения U 0 с напряжениями ветвей графа U ?
14. Какими свойствами обладает матрица [A] [g] [A]T ?
15. Каков критерий целесообразности использования метода узловых
напряжений?
16. Что такое транспонированная матрица?
17. Как осуществляется сложение и умножение матриц?
Оглавление
Расчетно - графическая работа №2
Расчет линейных электрических цепей с источниками постоянных ЭДС и
токов методом контурных токов
2.3. Цель работы - расчет токов и напряжений пассивных элементов в линейной
электрической цепи с источниками постоянных ЭДС и токов.
2.2. Подготовка к работе.
Соответствует п.п. 1.2.1 - 1.2.4 .
2.3. Порядок выполнения работы.
2.3.1 - 2.3.5. Выполнить согласно п.п. 1 - 5 в соответствии с заданием на РГР
№1, №2.
2.3.6.Получите систему уравнений контурных токов, используя матричную
запись:
[C] [r] [C]T [ In ]=[C] ([E]+[r] [J]),
где In
T
In y In y 1 ... In в
- матрица-столбец контурных токов или матрица-
столбец токов в связях.
2.3.7. Решите полученную систему и найдите матрицу [ In ].
2.3.8. Используя соотношение [ I ]=[C]T [ In ], получите матрицу токов графа [ I ].
2.3.9. С помощью соотношения [ I ]=[I]+[J] найдите токи в пассивных
элементах.
17
2.3.10.Используя закон Ома [U]=[r] [I], определяем напряжение на пассивных
элементах [U].
2.3.11.Сравните полученные результаты с результатами п.п. 1.3.9-1.3.10.
Вопросы для самопроверки:
1. Какие токи называют контурными?
2. Как получаются уравнения для контурных токов [ In ]?
3. Чем определяется порядок системы уравнений для метода контурных токов?
4. Как связаны контурные токи [ In ] и токи ветвей графа [ I ]?
Оглавление
Расчетно - графическая работа №3
Расчет линейных электрических цепей с источниками синусоидальных
ЭДС и токов методом узловых напряжений
3.1. Цель работы - расчет токов и напряжений пассивных элементов в линейной
электрической цепи с источниками синусоидальных ЭДС и токов методом
узловых напряжений.
3.2. Подготовка к работе
3.2.1. Повторите перед выполнением работы из курса "Математика" вопросы:
комплексные числа, арифметические операции с комплексными числами.
3.2.2. Прочитайте и разберите по [1] теорию расчета электрических цепей с
использованием топологических матриц и комплексного метода.
3.2.3. Ответьте на все вопросы для самопроверки письменно.
3.3. Порядок выполнения работы
3.3.1 - 3.3.5. Выполнить согласно п.п. 1 - 4, 6 в соответствии с заданием на РГР
№3, №4.
3.3.6. Получите систему уравнений узловых напряжений в комплексной форме,
используя матричную запись:
[A] [Y] [A]T [ U 0 ]=-[A]([ J ]+[Y] [ E ]),
где [ U 0 ]=[ U 10 U 20 …. U n 1,0 ] - матрица-столбец узловых напряжений.
3.3.7. Решите полученную систему и найдите матрицу [ U 0 ]?
3.3.8. Используя соотношение [ U ]=[A]T [U 0 ] получите матрицу комплексных
напряжений графа [ U ].
3.3.9. С помощью соотношения [ U ]=[ U ]-[ E ] найдите комплексные напряжения
[ U ].
3.3.10. Используя закон Ома [ I ]=[Y] [ U ] определите комплексные токи в
пассивных элементах.
I к e j iк и U к U к e j uк к их
3.3.11. Перейдите от комплексных величин I к
действительным значениям:
iк(t)=Iк 2 sin( t+ iк) и uк(t)=Uк 2 sin( t+ uк).
18
Вопросы для самопроверки:
1. Как записывается мгновенное значение синусоидальной величины?
2. Как записать комплексное изображение синусоидальной величины?
3. Что называется комплексной амплитудой?
4. Как записать комплексное сопротивление цепи с последовательно
включенными r, L и С?
5. Как найти комплексную проводимость для такой цепи?
6. Как осуществляются арифметические операции с комплексными числами в
алгебраической форме?
7. Как преобразовать комплексное число из алгебраической в
тригонометрическую форму и наоборот?
8. Каковы преимущества выполнения операций деления и умножения
комплексных чисел в тригонометрической форме по сравнению с
алгебраической?
Оглавление
Расчетно - графическая работа №4
Расчет линейных электрических цепей с источниками синусоидальных
ЭДС и токов методом контурных токов
4.1. Цель работы - расчет токов и напряжений пассивных элементов в линейной
электрической цепи с источниками синусоидальных ЭДС и токов методом
контурных токов.
4.2. Подготовка к работе
Соответствует п.п. 3.2.1 - 3.2.3.
4.3. Порядок выполнения работы
4.3.1 - 4.3.5. Выполнить согласно п.п. 1 - 5 в соответствии с заданием на РГР
№3, №4.
4.3.6. Получите систему уравнений контурных токов, используя матрицу
данных:
[C] [Z] [C]T [ In ]=[C] ([ E ]+[Z][ J ]),
где
In
In у In y
1
... In в
- матрица-столбец комплексных контурных токов.
4.3.7. Решите полученную систему и найдите матрицу [ In ].
4.3.8. Используя соотношение [ I ]=[C]T [ In ], получите матрицу комплексных
токов графа [I].
4.3.9. С помощью соотношения [ I ]=[ I ]+[ J ], найдите комплексные токи в
пассивных элементах [ I ].
4.3.10. Используя закон Ома [ U ]=[Z] [ I ], определите напряжения на пассивных
элементах.
4.3.11. Сравните полученные результаты с результатами п.п. 3.3.9 - 3.3.10.
Оглавление
19
Расчетно - графическая работа №5
Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях
операторным методом
5.1. Цель работы - расчет переходных процессов в линейной электрической
цепи операторным методом.
5.2. Подготовка к работе
5.2.1. Повторите перед выполнением работы из курса "Математика" следующие
вопросы: решение линейных неоднородных систем дифференциальных
уравнений, решение линейных неоднородных систем дифференциальных
уравнений операторным методом.
5.2.2. Прочитайте и разберите по [1] теорию расчета переходных процессов в
линейных электрических цепях операторным методом.
5.2.3. Изучите методику формирования операторных уравнений.
5.2.4. Изучите методику перехода от изображений к оригиналам.
5.2.5. Ответьте на все вопросы для самопроверки письменно.
5.3. Порядок выполнения работы.
В ходе выполнения работы необходимо рассчитать токи всех ветвей одной из
схем в соответствии с заданным вариантом.
5.3.1. Изобразите схему исследуемой электрической цепи своего варианта,
отразив на ней состояние ключей К 1 и К2 до коммутации.
5.3.2. Рассчитайте токи ветвей после коммутаций с помощью операторного
метода, выполняя последовательно пункты предлагаемого ниже алгоритма.
5.3.2.1. Изобразите схему электрической цепи после коммутации.
5.3.2.2. Составьте систему дифференциальных уравнений цепи по первому и
второму законам Кирхгофа после коммутации.
5.3.2.3. Изобразите схему для определения начальных токов в катушках и
напряжений на конденсаторе.
5.3.2.4. Определите начальные токи в катушках iiк(0) и напряжения на
конденсаторах uск(0).
5.3.2.5. Перейдите от системы дифференциальных уравнений для мгновенных
значений токов iк(t) к системе алгебраических уравнений для изображений Iк(p),
учитывая, что производная n-ого порядка функции f(t) имеет изображение:
f(n)(t) pn [F(p)-f(0)/p-f'(0)/p2-f''(0)/p3- … -f(n-1)(0)/pn].
Изображение интеграла этой же функции будет:
t
f (t )dt
F ( p) / p ,
0
а искомая система включает уравнения в операторном виде, составленные по
первому закону Кирхгофа:
nв
I k ( p) 0
k 1
и уравнения, составленные на основании второго закона Кирхгофа:
20
nв
nв
U k ( p)
Ek ( p )
k 1
k 1
Следует обратить внимание на начальные токи индуктивностей и
напряжения конденсаторов, поскольку они должны суммироваться с ЭДС
источников.
5.3.2.6. Решая полученную систему, определите все неизвестные токи в
операторном виде, как
Iк(p)=Gm(p)/Hn(p),
где Gm(p) и Hn(p) - полиномы степеней m и n (m<n).
5.3.2.7. Перейти к оригиналам токов iк(t) можно, применив формулу разложения
n
ik (t )
s
Gm ( ps )e ps t
,
H n ( ps )
1
где р s - корни уравнения Hn(p)=0.
5.3.3. Используя найденные решения для токов, постройте их временные
диаграммы, обратив особое внимание на шаг проводимых вычислений, чтобы
исключить при этом искажения изображенных переходных процессов за счет
выбора слишком грубого значения шага вычислений.
Вопросы для самопроверки:
1. Как записать прямое преобразование Лапласа?
2. Как запишутся изображения производной и интеграла функции?
3. Что такое операторное сопротивление и операторная проводимость?
4. Как выглядят уравнения по первому и второму законам Кирхгофа в
операторной форме?
5. Как осуществляется переход от изображений функций к их оригиналам?
6. Возможно ли существование комплексных корней? Как это повлияет на
характер переходного процесса?
7. Как преобразуется исходная схема для определения начальных токов в
катушках и напряжений на конденсаторах?
Оглавление
Расчетно - графическая работа №6
Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях методом
переменных состояний
6.1. Цель работы - расчет переходных процессов в линейной электрической
цепи методом переменных состояния.
6.2. Подготовка к работе
6.2.1. Изучите по [1] методику формирования уравнений переменных
состояния.
6.2.2. Изучите по [1] методику решения уравнений переменных состояния.
6.2.3. Ответьте на все вопросы для самопроверки письменно.
6.3. Порядок выполнения работы
21
6.3.1. Повторяет п. 1.3.1.
6.3.2. Рассчитайте токи ветвей схемы после коммутации с помощью метода
переменных состояния, выполняя последовательно пункты предлагаемого ниже
алгоритма.
6.3.2.1- 4. Повторяют п. 5.3.2.1- 4 .
6.3.2.5. Перейти от системы дифференциальных уравнений для токов ветвей к
системе дифференциальных уравнений для переменных состояний:
[X] =[A] [X]+[B] [V].
6.3.2.6. Запишите матрицы [X], [A], [B], [V], а также матрицу начальных
условий [Xо] (п. 5.3.3.4).
6.3.2.7. Найдите уравнения связей искомых выходных параметров [Y] (матрица
токов ветвей [I] в данной работе) и переменных состояния [X], т.е.
[Y]=[C] [X]+[D] [V].
6.3.2.8. Запишите матрицы [Y]=[I], [C], [D].
6.3.2.9. Найдите решение системы уравнений переменных состояния, пользуясь
его общим видом
t
x
e
A t
x0
e
A (t
)
B V( ) d
(6.1)
0
Согласно теореме Гамильтона-Кэли для любой функции f ([A]) существует
многочлен р([A]) такой, что
f([A])=p([A])= 0[1]+ 1[A]+ 2[A]2+ … + n-1[A]n-1.
Матричная экспонента представляется суммой вида
e[A]t = 0[1]+ 1[A]+ 2[A]2+ … + n-1[A]n-1.
Значения к находятся из системы уравнений
f( i)=p( i), i=1, … n.
В частности, для матричной экспоненты уравнения будут иметь вид
e it = 0+ 1 i+ 2 i2+ ... + n-1 in-1,
где i (собственные значения матрицы [A]) находятся из характеристического
уравнения:
det( [1]-[A])=0.
6.3.2.10. Найдите токи ветвей, используя уравнение связей (п. 6.3.2.7-8).
6.3.3. На основе полученных результатов, постройте временные диаграммы для
переменных состояния и токов ветвей, используя замечания п. 5.3.3.
Вопросы для самопроверки:
1. Как записать в общем виде систему линейных дифференциальных
уравнений? Почему такая система считается линейной? Как записать такую
систему в матричной форме?
2. Что представляет собой матрица системы [A]? Как записать
характеристическое уравнение матрицы [A] и найти ее собственные значения?
3. Как получить фундаментальную систему решений?
22
4. Как отразится в решении наличие комплексных и кратных корней
характеристического уравнения?
5. Какие физические величины выступают в роли переменных состояния в
электрических цепях? Какова структура и каков физический смысл матриц [A],
[B], [V]?
6. Как записывается решение системы уравнений для переменных состояния? В
чем состоит трудность практического использования этой общей формы записи
решения.
7. Как представить произвольную функцию f от матрицы [A] в виде матричного
многочлена p([A])= 0[1]+ 1[A]+ 2[A]2+ … + n-1[A]n-1?
8. Как получить систему уравнений для определения коэффициентов к для
матричной экспоненты?
9. Какой вид имеет характеристическое уравнение матрицы [A] размерностью
2х2?
10. В чем основная трудность получения точного решения системы уравнений
для переменных состояния?
Оглавление
Расчетно - графическая работа №7
Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях
численными методами
7.1. Цель работы - расчет переходных процессов в линейной электрической
цепи численным методом с использованием представления матричной
экспоненты в виде ряда.
7.2. Подготовка к работе
7.2.1. Изучите методы численного решения уравнений переменных состояния с
помощью разложения матричной экспоненты в ряд.
7.2.2. Ответьте на все вопросы для самопроверки письменно.
7.3. Порядок выполнения работы
7.3.1. Решите систему дифференциальных уравнений для переменных
состояния [X] = [A] [X]+[B] [V]
численным методом, используя представление матричной экспоненты в виде
ряда, т.е.
e[A] t =[1]+([A] t)/1!+([A]2 t2)/2!+([A]3 t3)/3!+ … .
Общее решение (6.1) с учетом использования метода численного
интегрирования на основе правила прямоугольников может быть приведено к
следующей рекуррентной формуле
[Xk+1]=[Qm] {[Xk]+h [B] [V(kh)]} (k=0, 1, 2, …),
(7.1)
2
2
3
3
m
m
где
[Qm]=[1]+[A]/(R 1!)+[A] /(R 2!)+[A] /(R 3!)+ … +[A] /(R m!),
h=1/R - шаг интегрирования, причем tk=k h=k/R; xk=x(tk) (k=0, 1, 2, …).
Значение R определяется соотношением
R=>C||A||
(7.2)
23
где ||A|| - норма матрицы [A], определяемая соотношениями
n
AI
max
aij или A II
j 1
n
max
aij ,
i 1
практически выбирается наибольшая из сумм модулей элементов каждого из
столбцов или каждой из строк. Величина R представляет собой округленное
значение ||A|| с учетом (7.2). Значение С можно принимать равным единице.
Правильность выбора R можно проверить, вычислив норму ||Qm||. Если ||Qm||<I,
то все i лежат внутри круга радиусом R, что в конечном итоге обеспечивает
хорошую сходимость вычислительного процесса. Процедура вычислений
предполагает последовательное выполнение предлагаемых ниже этапов.
7.3.1.1. На основе определения норм ||A||I и ||A||II задайте значение R и
определите шаг h.
7.3.1.2. Задав значение m=1, определите по известной матрице [A] матрицу
[Q1].
7.3.1.3. Учитывая, что [V] в данной задаче не зависит от времени, следует
определить [F]=[B] [V]
7.3.1.4. Используя найденные значения [X0] (п. 6.3.2.6.), [F], [Qm], найдите
вектор [X1] по формуле (7.1).
Используя полученное значение [X1], определите по этой же формуле вектор
[X2] и т. д.
7.3.1.5. Для выбранного в п. 7.3.1.1 шага h, определите значение [X1], [X2] и
т.д. по точной формуле (6.1).
7.3.1.6. Если различие между точным и приближенными значениями
достаточно велико, задайте m=2 и повторите п. п. 7.3.1.2 – 4. Если этого
значения m окажется недостаточно, то повторите указанный цикл для m=3 и
более.
7.3.1.7. Учитывая, что в данной задаче число переменных состояния равно
двум, вычисления по формуле (7.1) удобно осуществить, предварительно
составив небольшую программу на основе известных программ умножения и
сложения матриц. Это гораздо ускорит процедуру вычислений.
7.3.1.8. Постройте на одном графике кривые для переменных состояния по
точным и приближенным формулам.
7.3.1.9. Сделайте вывод о возможностях использования предложенного
численного метода при расчете переходных процессов в линейных
электрических цепях.
Вопросы для самопроверки:
1. Что такое норма матрицы? Как она может быть вычислена?
2. Как записывается рекуррентная формула для определения текущего значения
переменных состояния?
3. Как определить правильно шаг вычислений?
4. Каким образом можно обеспечить хорошую сходимость вычислительного
процесса и как ее проверить?
5. Как можно улучшить точность вычислений по рекуррентной формуле?
24
6. Как производятся операции сложения и умножения над матрицами?
7. Каким образом осуществляется переход от переменных состояния [X] к
выходным переменным [Y]?
Оглавление
Электроника
Выполнение расчетно-графических работ №8- №18 (РГР №8-№18)
преследует цель: научить студентов навыкам расчета простейших электронных
устройств, используя учебную и справочную литературу.
В разделе “Электроника” выполняются три расчетно-графические и одна
курсовая работы.
В части выполнения курсовых работ предлагается достаточно широкий
набор тем, а также возможность выполнения индивидуальных заданий как
аналитического, так и экспериментального исследовательского характера.
К выполнению работы можно приступать лишь после того, как изучен
теоретический материал учебника, дополнительные сведения из методических
указаний и даны ответы на все вопросы для самопроверки.
Оглавление
Расчетно-графические работы (общие положения и варианты
заданий)
Индивидуальное задание состоит из трех расчётно-графических работ из
общего списка, который приводится ниже.
Темы расчетно-графических работ
Расчетно-графическая работа № 8.
«Вольтамперные характеристики и параметры диодов и тиристоров».
Расчетно-графическая работа № 9.
«Характеристики и параметры биполярных транзисторов».
Расчетно-графическая работа № 10.
«Расчет транзисторного усилителя с общим коллектором».
Расчетно-графическая работа № 11.
«Характеристики и параметры униполярных транзисторов».
Расчетно-графическая работа № 12 .
«Суммирующие схемы на операционных усилителях».
Расчетно-графическая работа № 13.
«Релаксационный генератор на операционном усилителе».
Расчетно-графическая работа № 14.
«Построение комбинационных логических устройств на элементах ИЛИ - НЕ».
Расчетно-графическая работа № 15.
«Дифференциаторы на ОУ».
Расчетно-графическая работа № 16.
«Трехфазный неуправляемый выпрямитель с нулевым выводом».
25
Расчетно-графическая работа № 17.
«Трехфазный неуправляемый выпрямитель по схеме А.И. Ларионова».
Расчетно-графическая работа № 18 .
«Однофазный управляемый выпрямитель».
Выбор выполняемого варианта осуществляется в соответствии с табл. 12.
Расчетно-графические работы № 10, 12, 13, 15, 16, 17 содержат внутренние
варианты. Их выбор осуществляется по заданию преподавателя.
Таблица 12
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
11
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
9
8
Группа 1
РГР
11
12
13
14
15
16
17
18
12
8
9
10
11
12
13
14
15
11
8
9
10
11
12
13
14
14
15
16
17
18
9
8
9
10
11
10
13
17
18
17
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
17
18
10
8
9
10
11
12
13
14
15
16
11
12
13
14
15
16
17
8
10
8
9
10
11
Группа 2
РГР
14
15
16
17
18
18
8
9
10
11
12
13
15
16
17
18
9
8
9
10
11
12
13
14
15
10
9
8
13
12
11
16
15
14
9
17
18
10
9
8
12
11
12
13
14
15
16
17
18
8
Оглавление
Расчетно-графическая работа № 8
Вольтамперные характеристики и параметры диодов и тиристоров
8.1. Цель работы - изучить принцип работы выпрямительного диода,
стабилитрона, неуправляемого и управляемого тиристора.
26
8.2. Подготовка к работе
8.2.1. По [1,5] изучите принцип работы и ВАХ выпрямительного диода,
стабилитрона, динистора и тиристора.
8.2.2. Ответьте на все вопросы для самопроверки.
8.3. Порядок выполнения работы
8.3.1. Для диодов Д226, Д9 и стабилитронов КС133, КС147 по справочнику [8]
запишите их основные параметры и нарисуйте их ВАХ.
8.3.2. Нарисуйте схемы измерений ВАХ для выпрямительного диода и
стабилитрона.
8.3.3. Для динистора и тиристора по справочнику [8] запишите основные
параметры и нарисуйте их ВАХ.
8.3.4. Нарисуйте схемы для исследования ВАХ тиристоров с использованием
осциллографа и без него.
Вопросы для самопроверки:
1. Что такое p-n-переход?
2. Как работает p-n-переход?
3. Что такое диод?
4. По каким признакам классифицируются диоды?
5. Какие виды пробоя в p-n-переходе Вы знаете?
6. Что такое стабилитрон и его ВАХ?
7. Что такое выпрямительный диод и его ВАХ?
8. Какие основные параметры выпрямительного диода?
9. Какие основное параметры стабилитрона?
10. Где применяются выпрямительные диоды?
11. Для каких целей используют стабилитрон?
12. Какие участки ВАХ стабилитрона называются рабочими?
13. Как изменяется напряжение стабилитрона при изменении протекающего
через него тока?
14. Что такое тиристор?
15. Какова классификация тиристоров?
16. Что такое динистор?
17. Как работает динистор?
18. Что такое тринистор?
19. Как работает тринистор?
Оглавление
Расчетно-графическая работа № 9
Характеристики и параметры биполярных транзисторов
9.1. Цель работы – изучить работу и свойства вольтамперных характеристик
биполярных транзисторов и освоить вычисление их параметров.
9.2. Подготовка к работе
27
9.2.1. По [1,5] изучите свойство, принцип действия, схемы включения,
статические характеристики, схемы замещения, h- , Y- параметры биполярных
транзисторов.
9.2.2. Ответьте на все вопросы для самопроверки
9.3. Порядок выполнения работы
9.3.1. Для заданного преподавателем типа транзистора из справочных
источников выпишите основные параметры и семейства входных и выходных
характеристик.
9.3.2. Запишите формулы для определения h- и Y- параметров. Рассчитайте h- и
Y- параметры для заданной преподавателем точки на выходных
характеристиках.
Вопросы для самопроверки:
1. Что такое транзистор и каков принцип его работы?
2. Какие типы транзисторов и их отличия Вы знаете?
3. Какие схемы включения транзисторов используются?
4. Что такое статические характеристики транзистора?
5. Каков физически смысл h- параметров и при каких условиях их
определяют?
6. Каков физический смысл Y- параметров и при каких условиях их
определяют?
7. Почему h21э значительно больше 1?
8. Как транзистор переводят в режимы отсечки, насыщения?
9. Какие электрические параметры характеризуют рабочую точку
транзистора?
10. Почему схема включения транзисторов с ОЭ наиболее распространена?
Оглавление
Расчетно-графическая работа № 10
Расчет транзисторного усилителя с общим коллектором
10.1 Цель работы – изучение принципа работы и определение характеристик
транзисторного усилителя с общим коллектором в режиме передачи
синусоидального сигнала.
10.2. Подготовка к работе
10.2.1. По [1,5] изучите принцип действия, расчет усилителя с общим
коллектором (ОК).
10.2.2. Ответьте на все вопросы для самопроверки.
10.3. Порядок выполнения работы
10.3.1. Начертите схему усилителя с ОК.
10.3.2. Рассчитайте основные параметры: Кu, Кi, Кр ,Rвх, Rвых, воспользовавшись
методикой [1], и табл. 13. Расчет произвести при Rг = 0, Rн = ∞ и Rг = 1 кОм,
Rн = 1 кОм.
Таблица 13
Номер
Тип
28
Rэ. Ом
варианта
транзистора
1
КТ312А
500
2
КТ312А
600
3
КТ312А
750
4
КТ312А
1200
Вопросы для самопроверки:
1. Каково назначение элементов в усилителе с ОК, его основные
параметры?
2. Как выбирается рабочая точка по постоянному току в усилителе с ОК?
Оглавление
Расчетно-графическая работа № 11
Характеристики и параметры униполярных транзисторов
11.1. Цель работы – изучение структуры и принципа действия полевых
транзисторов с индуцированным и встроенным каналами.
11.2. Подготовка к работе.
11.2.1. По [1,5] изучите принцип действия, вольт – амперные характеристики
(ВАХ) и основные параметры полевых транзисторов с индуцированным и
встроенным каналами и с управляющим p-n – переходом.
11.2.2. Ответьте на все вопросы для самопроверки.
11.3. Порядок выполнения работы
11.3.1. Начертите основные схемы включения полевых транзисторов с
индуцированным, встроенным p- и n- каналами и с управляющим p-nпереходом.
11.3.2.Начертите их ВАХ и запишите формулы основных параметров
транзисторов.
11.3.3. По справочнику [8] определите цоколевку и запишите параметры
транзисторов КП101 и КП103.
Вопросы для самопроверки:
1. Что такое полевой транзистор с управляющим p-n-переходом и как он
работает?
2. Что такое транзистор с изолированным затвором и как он работает?
3. Что такое индуцированный и встроенный канал?
4. Какие отличия в работе полевого транзистора с управляющим p-nпереходом от транзистора с изолированным затвором?
5. Почему свойства и характеристики полевого транзистора описываются
системой уравнений, в которых токи являются функциями напряжения?
6. Какие параметры характеризуют основные свойства полевых
транзисторов?
Оглавление
Расчетно-графическая работа № 12
Суммирующие схемы на операционных усилителях
29
12.1. Цель работы – изучение расчетных методов определения параметров схем
при использовании ОУ для выполнения операций суммирования и вычитания
электрических сигналов.
12.2. Подготовка к работе
12.2.1. По [1,5] изучите, суммирующие схемы, их принцип работы и расчёт
основных параметров.
12.2.2. Ответьте на все вопросы для самопроверки.
12.3. Порядок выполнения работы
12.3.1. Нарисуйте схемы инвертирующего, не инвертирующего и
дифференциального сумматоров, используя ОУ К140УД12.
12.3.2.Для инвертирующего сумматора рассчитайте значения Ri, Uвых. Данные
для расчета брать из табл. 14.
12.3.3. Для схемы сложения – вычитания рассчитать Ri, Ri , Uвых. Напишите
уравнение баланса. При необходимости рассчитать балансное сопротивление и
указать его на схеме. Данные для расчета брать из табл. 15.
Таблица 14
Номер
варианта
1
2
3
4
Roc,
кОм
100
180
300
560
U1,
В
0,5
0,7
1,0
1,5
U2,
В
-0,1
-1,5
-0,5
-1,5
Uвых,
В
-(5U1+3U2)
-(3U1+5U2)
-(3U1+5U2)
-(4U1+2U2)
Таблица 15
Номер варианта
1;5
2;6
3;7
4;8
Roc
Roc ,
кОм
100;820
180;910
300;1000
560;1600
U1=U2,
В
+0,5
-0,5
+1,0
+1,5
U3=U4,
В
1,0
1,5
2,0
1,0
Uвых,
В
-4U1-2U2+4U3+U4
-3U1-U2+4U3+2U4
-5U1-U2+2U3+U4
-2U1-U2+3U4+2U4
Вопросы для самопроверки:
1. Нарисуйте схему инвертирующего и неинвертирующего сумматоров,
схему сложения – вычитания.
2. Что такое суммирование с масштабным коэффициентом? Как
определяются масштабные коэффициенты?
3. Поясните условие, необходимое для правильной работы схемы сложения
– вычитания?
30
4. Объясните принцип суммирования сигналов в не инвертирующем
сумматоре?
Оглавление
Расчетно-графическая работа № 13
Релаксационный генератор на операционном усилителе
13.1. Цель работы – изучение принципа работы мультивибратора на ОУ
13.2. Подготовка к работе
13.2.1. По [1,5] изучите принцип работы и схему мультивибратора на ОУ.
13.2.2. Ответьте на все вопросы для самопроверки
13.3. Порядок выполнения работы
13.3.1. Начертите схему мультивибратора для автоколебательного режима,
используя ОУ К14ОУД12. Нарисуйте временные диаграммы, поясните их
поведение.
13.3.2. Рассчитайте частоту, длительность импульса , амплитуду выходного
сигнала симметричного мультивибратора, работающего в режиме
автогенератора. Данные для расчета выбрать в соответствии с номеро м
варианта из табл.16.
Таблица 16
Номер варианта
1
2
3
4
f, Гц
10
200
3000
40000
Вопросы для самопроверки:
1. Что такое мультивибратор и в каких режимах он может работать?
2. Какие виды обратных связей используются в мультивибраторах?
3. Как изменятся параметры выходного сигнала мультивибратора,
работающего в автоколебательном режиме при изменении С и Roc?
4. В чем отличие работы мультивибратора в ждущем и автоколебательном
режиме?
5. Каково основное функциональное назначение ОУ в мультивибраторе?
6. Какова область использования мультивибраторов?
Оглавление
Расчетно-графическая работа № 14
Построение комбинационных логических устройств
на элементах ИЛИ - НЕ
14.1. Цель работы – изучение основных законов алгебры логики, схемной
реализации логических функций на функциональнополных логических
элементах 2ИЛИ - НЕ.
14.2. Подготовка к работе.
31
14.2.1. По [1,5] изучите законы алгебры логики, функционально полные
логические элементы.
14.2.2. Ответьте на все вопросы для самопроверки.
14.3. Порядок выполнения работы
14.3.1. Используя справочник [8], нарисуйте условное обозначение элемента
2ИЛИ-НЕ и запишите логическую функцию и таблицу истинности.
14.3.2. На элементах 2ИЛИ-НЕ составьте схему для проверки закона отрицания
Y X , Y X . Для составления схем напишите логические уравнения и таблицы
истинности.
14.3.3. На элементах 2ИЛИ-НЕ реализуйте функцию «ИЛИ» Y=X1+X2.
Составьте уравнение и таблицы истинности.
14.3.4. На элементах 2ИЛИ-НЕ реализуйте функцию «И» Y=X1*X2. Составьте
уравнение и таблицы истинности.
14.3.5. На элементах 2ИЛИ-НЕ реализуйте функцию «ЗАПРЕТ» Y X1* X 2 .
Составьте уравнение и таблицы истинности.
14.3.6. На элементах 2ИЛИ-НЕ реализуйте функцию «Исключающее ИЛИ».
Составьте уравнение и таблицы истинности.
14.3.7. На элементах 2ИЛИ-НЕ реализуйте функцию полусумматора
S= X 1 *X2+X1* X 2 . Составьте уравнение и таблицы истинности.
Вопросы для самопроверки:
1. Почему возможна реализация различных логических функций на
элементах ИЛИ-НЕ?
2. Как по заданной функции реализовать комбинационную логическую
схему?
3. Что такое передаточная характеристика логической схемы?
4. Что такое переходная характеристика логической схемы?
5. Как определяется помехоустойчивость логических схем?
Оглавление
Расчетно-графическая работа № 15
Дифференциаторы на операционных усилителях
15.1. Цель работы – изучение схем дифференциаторов на ОУ.
15.2. Подготовка к работе
15.2.1. По [1,5] изучите принцип работы дифференциатора и расчет его
элементов.
15.2.2. Ответьте на все вопросы для самопроверки.
15.3. Порядок выполнения работы
15.3.1. Нарисуйте схему дифференциатора на ОУ K14ОУД12.
15.3.2. При R=100 кОм и С=0.01 мкф рассчитайте выходной сигнал и нарисуйте
его временную диаграмму для следующих входных сигналов:
а) Uвх – положительная треугольная волна амплитудой 4 В и частотой
f=1 кГц.
б) Uвх – положительная прямоугольная волна амплитудой 4 В, частотой
f=1кГц.
32
Вопросы для самопроверки:
1. Объясните принцип действия дифференциатора.
2. Объясните, зачем необходимо вводить коррекцию в дифференциатор?
Оглавление
Расчетно-графическая работа 16
Трехфазный неуправляемый выпрямитель с нулевым выводом
16.1. Цель работы - изучить принцип действия и основные характеристики
трехфазных выпрямителей с нулевым выводом. Научиться рассчитывать
основные параметры выпрямителей.
16.2. Подготовка к работе
16.2.1. Изучите по [1,5] принцип работы и основные характеристики
выпрямителя с нулевым выводом.
16.2.2. Ответьте на все вопросы для самопроверки.
16.3. Порядок выполнения работы
16.3.1. Нарисуйте электрическую схему и временные диаграммы напряжения
и тока трехфазного выпрямителя с нулевым выводом, работающим на
активную нагрузку. Первичную обмотку трансформатора соединить звездой.
16.3.2. Рассчитайте выпрямленное напряжение, ток и коэффициент пульсаций.
Значения напряжения на вторичной обмотке и сопротивление нагрузки Rн
брать из табл. 17.
Таблица 17
Номер варианта
1
2
3
4
U2,В
20
25
35
40
Rн,Ом
10
20
30
40
16.3.3. Нарисуйте внешнюю характеристику выпрямителя.
16.3.4. Как повлияет конденсаторный фильтр на работу выпрямителя и его
характеристики.
Вопросы для самопроверки:
1. Что такое выпрямление? Как оно осуществляется, и какие элементы при
этом используются?
2. Что такое однополупериодное выпрямление?
3. Как работает трехфазный выпрямитель с нулевым выводом и каковы его
основные характеристики?
4. В чем достоинства и недостатки исследуемого трехфазного выпрямителя?
5. Как выбираются диоды выпрямителя?
6. Что такое частота пульсаций и коэффициент пульсаций?
33
7. Какими основными параметрами характеризуются выпрямители?
8. Назначение, принцип работы, преимущества и недостатки емкос тных
фильтров.
Оглавление
Расчетно-графическая работа 17
Трехфазный неуправляемый выпрямитель по схеме А.И.Ларионова
17.1. Цель работы - изучить принцип выпрямления и основные характеристики
трехфазного мостового выпрямителя. Научиться рассчитывать основные
параметры выпрямителей.
17.2. Подготовка к работе
17.2.1. Изучите по [1,5] принцип работы и основные характеристики мостового
выпрямителя с активной нагрузкой и емкостным фильтром.
17.2.2. Ответьте на все вопросы для самопроверки.
17.3. Порядок выполнения работы
17.3.1. Нарисуйте схему и временные диаграммы напряжений и тока
трехфазного выпрямителя, работающего на активную нагрузку и с емкостным
фильтром.
17.3.2. Рассчитайте:
- средний выпрямленый ток;
- среднее выпрямленное напряжение;
- максимальное обратное напряжение и коэффициент
пульсаций.
Значение напряжения на вторичной обмотке U2 и сопротивления нагрузки Rн
брать из табл. 17.
17.3.3. По расчетным данным п. 17.3.2 выберите тип диода и запишите его
параметры.
17.3.4. Нарисуйте внешние характеристики выпрямителя с фильтром и без него.
17.3.5. Рассчитайте коэффициент пульсаций выпрямителя без фильтра.
Вопросы для самопроверки:
1. Объясните принцип работы трехфазного мостового выпрямителя.
2. Каковы основные характеристики трехфазного мостового выпрямителя?
3. Каковы преимущества мостового выпрямителя по сравнению с
выпрямителем с нулевым выводом?
4. Почему при одинаковом фазном напряжении на входе максимальное
обратное напряжение на диоде мостового выпрямителя меньше, чем у
выпрямителя с нулевым выводом?
5. Каковы средние значения величин выпрямленного напряжения, тока
мостового выпрямителя и выпрямителя с нулевым выводом при
одинаковом входном фазном напряжении?
34
6. Как объяснить разницу во времени интервала проводимости диодов
выпрямителя по схеме А.И.Ларионова и выпрямителя с нулевым
выводом?
7. Почему в трехфазной схеме с нулевым выводом происходит
подмагничивание магнитопровода трансформатора, а в выпрямителе по
схеме А.И. Ларионова нет?
Оглавление
Расчетно-графическая работа 18
Однофазный управляемый выпрямитель
18.1. Цель работы – изучить фазовый способ регулирования напряжения на
нагрузке выпрямителя.
18.2. Подготовка к работе
18.2.1. По [1,5] изучите принцип регулирования напряжения и принцип работы
однополупериодного управляемого выпрямителя.
18.2.2. Ответьте на все вопросы для самопроверки.
18.3. Порядок выполнения работы
18.3.1. Нарисуйте схему управляемого однофазного однополупериодного
выпрямителя.
18.3.2. Нарисуйте временные диаграммы напряжений и токов для управляемого
выпрямителя.
18.3.3. Рассчитайте и постройте регулировочную характеристику управляемого
выпрямителя при U2 = 20В.
Вопросы для самопроверки:
1. Что такое управляемый выпрямитель?
2. Какие способы регулирования напряжения на нагрузке управляемого
выпрямителя Вы знаете?
3. Что такое фазный способ регулирования?
Оглавление
Курсовая работа (КР)
(общие положения)
Конечным результатом КР может быть: аналитический обзор (реферат),
электронное устройство (макет), исследование явлений и процессов. КР
реферативного направления ставит целью студенту научиться работать с
различными источниками научно-технической информации:
1. Учебные издания.
2. Монографии.
3. Научно-технические журналы, например, “Компоненты и технологии” (с
приложениями), “Схемотехника”, “Радио” и др.
4. Патенты, лицензии.
5. Интернет- источники и др.
Примерный перечень тем курсовых работ приводится в списке ниже.
Оглавление
35
Темы курсовых работ
1. Усилители мощности низкой частоты.
2. Усилители мощности высоких и сверхвысоких частот.
3. Усилители мощности НЧ с широтно-импульсной модуляцией (класс
D).
4. Усилители высокой частоты.
5. Малошумящие усилители сверхвысоких частот.
6. Микромощные усилители.
7. Шумы в усилителях.
8. Нелинейные искажения в усилителях.
9. Широкополосные усилители.
10. Устойчивость работы резонансных усилителей.
11. Генераторы гармонических колебаний.
12. Генераторы импульсов.
13. Генераторы пилообразного напряжения.
14. Генераторы на кварцевых резонаторах.
15. Генераторы с управляемой напряжением частотой.
16. Генераторы на логических элементах.
17. Умножители частоты.
18. Измерительные усилители на ОУ.
19. Устройства “выборки – хранение” аналоговых сигналов.
20. Преобразователи напряжения в частоту.
21. Интеграторы.
22. Компараторы и их применение.
23. Таймер КР 1006ВИ1 и его применение.
24. Аналого-цифровые преобразователи.
25. Источники эталонного тока и напряжения.
26. Активные фильтры.
27. Коммутируемые RC – фильтры.
28. Фильтры на переключаемых конденсаторах.
29. Фильтры на поверхностных акустических волнах.
30. Высокочастотные LC – фильтры в электронных устройствах.
31. Выпрямители с емкостным фильтром.
32. Выпрямители с индуктивным фильтром.
33. Умножители напряжения.
34. Стабилизаторы с непрерывным регулированием.
35. Зарядные устройства аккумуляторов.
36. Регуляторы напряжения автомобильных бортовых сетей питания.
37. Импульсные стабилизаторы.
38. Электронные трансформаторы.
39. Защита в транзисторных стабилизаторах.
40. Тиристорные стабилизаторы.
41. Туннельные диоды и их применение.
36
42. Тиристорные регуляторы температуры.
43. Магнито-диоды, магнито-транзистры и их применение.
44. Элементы оптоэлектроники и их применение.
45. Оптоволоконная связь.
Тема выбранной КР согласовывается с преподавателем. Студент может
выполнить курсовую работу по согласованию с преподавателем по теме не
вошедшей в приведенный перечень. Кроме реферативного исполнения КР
приветствуются
КР с техническим макетированием, физическим
моделированием электронных устройств.
Оглавление
Библиографический список
1. Авдеев, Ю. В. Общая электротехника и электроника: конспект лекций
на цифровом носителе. ВГАСУ. 2009.
2. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники.
Электрические цепи: учебник. / Л. А. Бессонов. -М.:Гордарики,
2002. – 638с.
3. Татур, П.А. Установившиеся и переходные процессы в
электрических цепях: учебн. пособие для вузов. / П.А. Татур, В.Е.
Татур– М.: Высш. шк., 2004. – 407с.
4. Нейман, Л.Р. Теоретические основы электротехники. Т.1 / Л.Р.
Нейман, К.С. Демирчан – Л: Энергоиздат, 1981.- 536с.
5. Забродин, Ю.С. Промышленная электроника. / Ю.С. Забродин. –
М.: ООО ИД «Альянс», 2008. – 496 с.
6. Основы промышленной электроники / под ред. В.Г. Герасимова. –
М.: Высшая школа, 1986. – 336 с.
7. Жеребцов, И.П. Основы электроники / И.П. Жеребцов – Л.:
Энергоатомиздат, 1990. – 352с.
8. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и
интегральным схемам / под ред. Н.Н. Горюнова. – М.: Энергия,
1976. – 350c.
9. Хоровиц, П. Искусство схемотехники / П. Хоровиц, У. Хилл. – М.:
Мир, 1993.
10. Сборник задач упражнений по теоретическим основам
электротехники / под ред. П.А. Ионкина. – М.: Энергоиздат, 1982. –
768с.
Оглавление
37
Общая электротехника и электроника
Общая электротехника и электроника [Электронный ресурс]:
методические указания к выполнению расчетно-графических и курсовой
работы для студентов специальности 220301
«Автоматизация технологических процессов и производств (в строительстве)»
Составители:
к. т. н. доц. Юрий Валентинович Авдеев,
ассист. Алексей Викторович Полуказаков
Подписано в печать 16.04.2009. формат 60 84 1/16.
Уч.-изд.л. 2,3. Усл.-печ.л. 2.4.
38
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
793 Кб
Теги
381, электротехника, электроников, общая
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа