Расчёт электрических фильтров Расчет управляемых тиристорных выпрямителей Расчет однофазного трансформатора Исследование полевых транзисторов Исследование стабилитронов

Примеры выполнения курсовых, контрольных работ по электронике

Спинтроника – новое направление в электронике Вторую половину XX века без преувеличения можно назвать эрой микроэлектроники. В течение этих 50 лет мир был свидетелем технологической революции, ставшей возможной благодаря цифровой логике и базирующимся на ней информационным технологиям.

Сверхтонкое взаимодействие электронных и ядерных спинов имеет, как и спин-орбитальное взаимодействие, релятивистскую природу. Для полупроводников оно предоставляет дополнительную, по сравнению с металлами, возможность управлять спином электрона не только внешним магнитным полем, но и полем ядер атомов, находящихся в решетке полупроводника.

Магнитные полупроводники

Сверхгигантский эффект магнитосопротивления Магнитосопротивление (МС), или магниторезистивный эффект, заключается в изменении электрического сопротивления твердых тел под действием внешнего магнитного поля.

Схема каскада усиления

Схема мостового выпрямителя с фильтром

Схема компенсационного стабилизатора напряжения

Выпрямитель с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора

Выпрямитель преобразует переменное напряжение, полученное от сетевого трансформатора, в постоянное. Точнее сказать, выпрямитель выдает не постоянное, а пульсирующее напряжение, которое потом сглаживают фильтром. Для преобразования служат нелинейные элементы, называемые вентилями, которые бывают электронными (электровакуумные диоды, кенотроны), ионными (газонаполненные лампы: тиратроны, газотроны), полупроводниковыми (полупроводниковые диоды и диодные сборки). Последние практически полностью вытеснили другие вентили.

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной системы переменного тока в другую систему, в частности имеющую другое напряжение и ток, но ту же частоту.

РАСЧЕТ УПРАВЛЯЕМОГО ТИРИСТОРНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Данные для проектирования

1. Схема управляемого тиристорного выпрямителя показана на рис.5.1. Пунктирным прямоугольником выделен силовой выпрямитель. Конкретная схема силового выпрямителя задается преподавателем (рис. 5.4…7).

2. Iср. – среднее значение выпрямленного тока при полностью открытых тиристорах VS1 и VS2;

3. Uср. – среднее значение выпрямленного напряжения при полностью открытых тиристорах VS1 и VS2;

4. α - угол открытия тиристоров

Принцип работы схемы. Переменное напряжение с обмотки трансформатора w2 (рис.5.2, а.), выпрямленное мостом VD1-VD4 (рис.5.2, б.), через резистор R1 поступает на стабилитрон VD5, который отрезает верхушки импульсов синусоид на уровне напряжения стабилизации: uСТ.VD5. В результате на стабилитроне формируется напряжение, форма которого изображена на рис.5. 2, в.

От этого напряжения через R2 за время t1 (рис.5.3) заряжается конденсатор С1 до напряжения включения аналога динистора uR4, собранного на транзисторах VТ1 и VТ2. Величина напряжения включения определяется падением напряжения на резисторе R4.

Время заряда С1 (t1) до напряжения включения зависит от положения движка резистора R2. Чем больше величина R2, тем позднее включится аналог динистора, через который ток разряда С1 (iу) подводится к управляющим электродам тиристоров VS1 и VS2 и тем меньше будет напряжение на нагрузке силового выпрямителя резисторе RН.

4.1 ПОРЯДОК РАСЧЕТА

По заданным Iср. и Uср. рассчитать действующие значения напряжения и тока (U3 и I3,4) на обмотках w3 и w4 для заданной схемы выпрямления.

Найти мощность, потребляемую нагрузкой (RН):

РН = U3 I3,4.

Это исходный параметр для расчета трансформатора.

Определить амплитудное значение напряжения на w3: 

U3мах = U3.

С учетом U3мах и среднего значения тока через каждый тиристор выбрать по справочнику тиристоры VS1 и VS2. Из справочника определить также ток управления Iупр и время включения тиристоров tвкл. 

Определение величины R5 и R6.

Чтобы выровнять токи управляющих электродов тиристоров, падение напряжения на этих резисторах принимают равным:

UR5 = UR6 = 5 ∆Uупр,

где ∆Uупр ≈ 0,7 В – падение напряжения в управляющей цепи тиристора. Тогда получаем:

R5 = R6 = 5 ∆Uупр / Iупр.

Рассчитаем напряжение на С1:

UC1 = UR5 + ∆Uупр + ∆UVT1 + ∆UVT2,

где ∆UVT1 + ∆UVT2 – падение напряжения на транзисторах VТ1 и VТ2 в режиме насыщения. Для кремниевых транзисторов:

∆UVT1 + ∆UVT2 =UБЭ + UКЭ нас = 0,7 + UКЭ нас,

где UКЭ нас – напряжение коллектор-эмиттер в режиме насыщения для транзисторов типа КТ315 и КТ 361 принимаем равным 0,4 В.

Далее находим емкость конденсатора С1 из условия, что за время tвкл конденсатор разрядится на величину UR5:

С1 = Iупр tвкл / UR5

Величину R2 находим из постоянной времени заряда С1:

R2 = τ /С1,

где τ = 0,01 с (полупериод напряжения сети при f = 50 Гц).

Определяем напряжение на R4 и его величину. Разряд С1 через аналог динистора на VТ1 и VТ2 начинается при:

UR4 = UC1 + UБЭ VT1;

где UБЭ VT1 ≈ 0,4 В – падение напряжения на переходе база-эмиттер транзистора VT1.

Ток резистора R4 должен быть в несколько десятков раз больше обратного тока коллектора VТ2. Последний обычно не превышает нескольких микроампер. Поэтому ток через R4 можно принять равным: IR4 = 1 мА.

Тогда 

R4 = UR4 / IR4 = UR4 /10-3 = 1000 UR4.

 Находим величину R3:

R3 = (UСТ - UR4)/ IR4 = (UСТ - UR4) / 10-3,

где UСТ – напряжение стабилизации стабилитрона VD5, которое целесообразно выбрать в пределах (1,5…1,8)UR4.

  Определяем величину R1.

R1 = U2max /Iпотр,

где Iпотр = IR2 + IR4 + (ICTmin + ICTmax)/2; ICTmin = 3 мА и ICTmax (из справочника) – максимальный токи стабилизации ICTmах стабилитрона VD5; IR2 = UСТ/ R2; U2max – амплитуда переменного напряжения с обмотки w2, которое должно быть в 2,5…3 раза больше напряжения UСТ.

  Диоды выпрямительного моста VD1-VD4 выбирают из условия:

ICP > Iпотр / 2; Uобр. max > U2max,

где ICP и Uобр.max – допустимый средний выпрямленный ток любого из диодов моста и максимальное допустимое обратное напряжение.

Зная Iпотр и U2max, определить действующие значения тока и напряжения на обмотке w2, считая Iпотр средним значением переменного тока этой обмотки.

Действующее значение тока: Iw2 = 1,11 Iпотр.

Действующее значение напряжения: Uw2 = U2max /.

 По данным пункта 2 и 12 рассчитать трансформатор.

 Построить в масштабе кривую напряжения на нагрузке (угол открытия тиристоров α).

 Построить в масштабе кривую напряжения заряда конденсатора С1 при величине сопротивления R2 равном R2/2 (расчет переходного процесса: заряд конденсатора через резистор от источника постоянного напряжения, учесть при этом напряжение на R4).

Расчет управляемых тиристорных выпрямителей производится по методике расчета выпрямителей на диодах.

Проанализируем устойчивость нашего полосового фильтра согласно критерию устойчивости, а именно критерию Рауса-Гурвица.

 Из курса теории цепей известно, что комплексный коэффициент передачи цепи может быть записан в виде отношения двух полиномов:

(5),

причем .

В нашем случае .
Теорема Рауса-Гурвица утверждает, что для того, чтобы система была устойчива, необходимо и достаточно выполнение следующих условий:

, , ,

где B0, B1 и B2 – коэффициенты в знаменателе передаточной функции (5).

Вычислим эти коэффициенты:

  При заданных параметрах элементов исследуемая цепь оказалась неустойчивой, поэтому скорректируем параметры ее элементов.

Анализ коэффициента B1 показывает, что для достижения устойчивости цепи необходимо уменьшать номинальное значение резистора .

 Корректировку параметра  будем производить путем решения неравенства:

.

Решая данное неравенство, получим:

.

  Выберем резистор  кОм и произведем пересчет коэффициента B1:

  Как мы видим, критерий Рауса-Гурвица не дает ясных указаний, как неустойчивую цепь сделать устойчивой; этот критерий также не применяется для оценки устойчивости цепей с сосредоточенными параметрами.

 После корректировки параметра  можно сделать заключение, что полосовой фильтр является устойчивым. Теперь из выражения (4) найдем модуль и аргумент комплексного коэффициента передачи полосового фильтра.


Курсовые по электронике