Общая электротехника и электроника

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 5Следующая ⇒

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

по выполнению домашней контрольной работы по дисциплине

ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Направления подготовки

Технология транспортных процессов»

Направленность образовательной программы (профиль)

«Организация перевозок и управление на автомобильном транспорте».

Челябинск, 2016

Электротехника и электроника: Методические рекомендации по выполнению домашней контрольной работы. / М.Р. Хаматдинова. - Челябинск: ОУ ВО Южно-Уральский институт управления и экономики, 2016.- 31с.

Электротехника и электроника: Методические рекомендации по выполнению домашней контрольной работы: 23.03.01 Технология транспортных процессов

Ó Издательство ОУ ВО Южно-Уральский институт управления и экономики, 2016

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Домашняя контрольная работа разработана на основе рабочей учебной программы по дисциплине «Электротехника и электроника» и предназначена для подготовки инженеров по специальности «Технология транспортных процессов».

Контрольные задания предусматривают изучение наиболее важных разделов и тем рабочей учебной программы и предназначены для изучения основных законов электротехники, методов расчета электрических и электронных цепей, физических основ полупроводниковой техники, элементной базы современной электронной техники, а также узлов и устройств, построенных на её основе. Таким образом, выполнение студентами домашней контрольной работы способствует приобретению ими знаний, необходимых для подготовки инженера по вышеназванной специальности в соответствии с Государственным образовательным стандартом.

Целью проведения домашней контрольной работы является управление процессом обучения на основе эффективности усвоения программного материала дисциплины «Электротехника и электроника» и качества знаний студентов.

Контрольная работа разработана в десяти вариантах. В каждом варианте пять заданий: три теоретических вопроса и две задачи. Выбор варианта зависит от номера студенческого билета в соответствии с таблицей 1.

Таблица соотношения номера студенческого билета и варианта контрольных заданий

Контрольная работа выполняется в отдельной тетради или печатается на листах формата А4. На каждой странице должны быть оставлены поля для пометок преподавателя.

Вопросы и условия задач переписываются полностью, приводится решение задачи в общем виде, подставляются числовые данные в системе СИ, ответы решения задачи приводятся в удобных для каждой конкретной задачи единицах измерения.

Схемы, графики, диаграммы выполняются с соблюдением требований ГОСТ, ЕСКД.

В конце работы следует ставить дату её выполнения, подпись и приводить список использованной литературы.  

ПЕРЕЧЕНЬ РАЗДЕЛОВ И ТЕМ, ВКЛЮЧЕННЫХ В КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ:

Раздел 1. Основные законы теории электрических и магнитных цепей.

1.1 Электрический ток в металлах. Направление тока.

1.2 Ток. Плотность тока.

1.3 Э.д.с. источника и напряжение на его зажимах.

1.4 Электрическая работа и мощность.

1.5 Законы Ома.

1.6 Электрическое сопротивление и проводимость.

1.7 Закон Джоуля –Ленца.

1.8 Последовательное, параллельное и смешанное соединение резисторов.

Раздел 2. Цепи постоянного тока.

2.1 Законы Кирхгофа.

2.2 Расчет разветвлённых электрических цепей с одним источником питания.

2.3 Расчет разветвлённых электрических цепей с несколькими источниками питания.

Раздел 8. Триггеры.

8.1 Назначение и классификация триггеров.

8.2 Триггеры на логических элементах: RS-триггеры, D-триггеры, JK-триггеры, Т-триггеры.

8.3 Триггеры на ИМС.

8.4 Области применения триггеров. Регистры. Счетчики.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

Пример решения задачи №1.

Задача 1. Определить ток и напряжение на каждом резисторе цепи рисунка 1, если через R₆ проходит ток I₆=6A. Определить мощность на каждом резисторе. Составить баланс мощностей.

       

Рисунок 1

Величины сопротивлений равны их порядковым номерам (в Омах).

Решаем задачу методом свертывания.

Метод свертывания. Цепь со смешанным соединением включает в себя участки с последовательным и параллельным соединением потребителей (резисторов).

Расчет ведется в следующей последовательности:

1. На схеме обозначаются все токи и узловые точки.

2. Заменяются эквивалентными группы резисторов с явно выраженным последовательным или параллельным соединением и определяются их сопротивления.

3. Замена ведется до получения простейшей схемы, для которой определяется общее (эквивалентное) сопротивление всей цепи.

4. По заданному напряжению источника и вычисленному общему сопротивлению всей цепи определяется ток в неразветвленной части схемы.

5. Определяются падения напряжения на участках цепи и ток каждого резистора.

Решение. Определяем напряжение на резисторе R₆, т.е. на участке ED:                            

                                U_ED=I₆R₆=6·6=36 B

 Это напряжение создает падение напряжения на участках DF и FE, т.е.

                                U_FD=I_7,8R _7,8 и U_EF=I _9,10 R _9,10.

Резисторы R₇ и R₈ cоединены параллельно, также параллельно соединены R₉ и R₁₀.

Таким образом

            R _7,8=R₇R₈/(R₇+R₈ )=3,73Ом;                           R_9,10=R₉R₁₀/(R₉+R₁₀ )=9·10/(9+10)=4,74Ом.

R _7,8 и R _9,10 соединены последовательно и подключены к точкам E и D цепи. Тогда

                R _7-10 = R _7,8 + R _9,10= 3,73+4,74=8,47 Ом

Следовательно, общий ток через сопротивления R _7-10 между точками E и D:

                I_7-10=U_ED/R_7-10=36/8,47=4,25A.

Ток I_7-10 создаёт падение напряжения на участках EF и FD: 

U_EF=I_7-10R_9,10=4,25·4,74=2015B;

U_FD=I_7-10R_7,8=4,25·3,73=15,85B.

Для проверки результатов отмечаем:

U_ED=U_EF+U_FD=20,15+15,85=36В.

Для определения токов I₇, I₈, I₉ и I₁₀ воспользуемся законом Ома:

I₇=U_FD/R₇=15,85/7=2,26A;

I₈=U_FD/R₈=15,85/8=1,99A;

I₉=U_EF/R₉=20,15/9=2,235A;

I₁₀=U_EF/R₁₀=20,15/10=2,015A.

Правильность полученных результатов подтверждается законом Кирхгофа:

I₇+I₈=2,26+1,99=4,25A=I_7-10;

I₉+I₁₀=2,235+2,015=4,25A=I_7-10.

Сопротивление участка ED:

R_6-10=R₆·R₇-10/(R₆+R_7-10 )=6·8,47/(6+8,47)=3,51Ом.

Тогда ток I₅ определяем по закону Ома:

I₅=U_ED/R_6-10=36/3,51=10,25A.

Тот же ток по первому закону Кирхгофа:

I₅=I₆+I_7-10=6+4,25=10,25A,

т.е. правильность расчёта подтверждается.

Напряжение на резисторе R3, т.е. на участке CD определим из уравнения:

U_CD=U₃=U₅+U₆=I₅R₅+U₆=10,25·5+36=87,25B.

Тогда ток

I₃=U₃/R₃=87,25/3=29,08A.

Токи

I₂=I₃+I₅=29,08+10,26=39,33A;

I₄=I₂=39,33A.

Напряжение сети U равно напряжению на участке АB, т.е.

U=U_АB=I₂R₂+U_CD+I₄R₄=39,33·2+87,25+39,33·4=323,23B.

 Определяем ток через R1:

I₁=U_АB/R₁=323,23/1=323,23A.

Тогда общий ток цепи:

I₀=I₁+I₂=323,23+39,33=362,56A.

Мощность на каждом участке:

P₁ = U₁I₁ = 323,23·323,23 = 104478 Вт;

P₂ = U₂I₂ = I₂²R₂ = 39,33²·2 = 3093,7 Вт;

P₃ = U₃I₃ = I₃²R₃ = 29,08²·3 = 2536,94 Вт;

P₄ = U₄I₄ = I₄²R₄ = 39,33²·4 = 6187,4 Вт;

P₅ = U₅I₅ = I₅²R₅ = 10,25²·5 = 525,3 Вт;

P₆ = U₆I₆ = 36·6 = 216 Вт;

P₇ = U_FDI₇ = U₇I₇ = 15,85·2,26 = 35,8 Вт;

P₈ = U_FDI₈ = U₈I₈ = 15,85·1,99 = 31,54 Вт;

P₉ = U_EFI₉ = U₉I₉ = 20,15·2,235 = 45 Вт;

P₁₀ = U_EFI₁₀ = U₁₀I₁₀ = 20,15·2,015 = 40,6 Вт.

Составим баланс мощностей:

Мощность сети: P₀=UI₀=323,23·362,56=117190,27 Bт

P₀=P₁+P₂+P₃+P₄+P₅+P₆+P₇+P₈+P₉+P₁₀=117190,27 Вт

Вопросы для самопроверки:

1. Как определяется величина и направление тока в неразветвлённой цепи с несколькими Э.Д.С?

2. Дайте определение первого и второго законов Кирхгофа.

3. Как используются законы Кирхгофа для расчета сложных электрических цепей?

4. Каковы признаки и особенности последовательного и параллельного соединения потребителей?

5. Когда и как пользуются методом свёртывания?

Методические указания.

Наиболее важное назначение электронных приборов- усиление электри-ческих сигналов. Устройства, предназначенные для выполнения этой задачи, называются электронными усилителями.

Усилители находят очень широкое применение. Они являются основными узлами различной электронной аппаратуры, широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, в автоматизированных системах управления, в вычислительной технике и т.д.

Важнейшими техническими показателями усилителя являются:

1. Коэффициенты усиления. Коэффициентом усиления К называется величина, показывающая, во сколько раз напряжение на выходе усилителя больше, чем на его входе:                                                    

К= Uвых /Uвх.

Для многокаскадных усилителей общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов:

К = К1·К2· …·Кn

2. Входное и выходное сопротивления. Входное сопротивление представляет собой сопротивление между входными зажимами усилителя. Оно равно

Rвх =Uвх/Iвх

Выходное сопротивление определяют между выходными зажимами усилителя при отключенном сопротивлении нагрузки Rн.

Для лучшего согласования каскадов многокаскадного усилителя необходимо, чтобы R вх>> Rвых.

3. Выходная мощность. При активном характере сопротивления нагрузки выходная мощность усилителя равна

Рвых=U²вых/ Rн.

4. Коэффициент полезного действия. Этот показатель особенно важно учитывать для усилителей средней и большой мощности, так как он позволяет оценить их экономичность. Численно к.п.д. равен

η= Рвых/Pо · 100 %,

где Ро – мощность, потребляемая от источника питания.

5. Диапазон усиливаемых частот. Диапазоном усиливаемых частот, или полосой пропускания усилителя, называется та область частот, в которой коэффициент усиления остается постоянным.

Материал, изученный в темах 5.1 … 5.4, позволяет приступить к решению задачи №2.

Примеры решения типовых задач

1. Определить напряжение на выходе трёхкаскадного усилителя, если коэффициенты усиления его отдельных каскадов одинаковы и равны 10. Напряжение источника входного сигнала 0,025 В.

                                     Решение:

К1=К2=К3=10

                       К=Uвых/Uвх

U вх= 0,025В

                           К= К1К2К3=10³

   Uвых-?            

                           Uвых= К∙Uвх=10³∙0,025=25В.

                           Ответ: U вых= 25 В.

2. Определить коэффициент усиления усилителя, если через нагрузку 100 Ом проходит ток 1 А, а выходное напряжение 0.2 В.

Решение:

Rн = 100 Ом             По закону Ома для участка цепи:

                                          Uвых = Iн ∙Rн

Iн =0,1 А

                                 К = Uвых/Uвх = Iн∙Rн/ Uвх =0, 1∙100 /0,2= 50

Uвх = 0,2 В        

    К=?                       Ответ: К = 50.

3. Определить мощность на выходе усилителя, если Rн =100Ом, коэффициент усиления усилителя К=200, а напряжение на его входе 0,02 В.

Решение:

 Rн = 100 Ом

                               Рвых = U²вых/Rн

К = 200

                                Uвых = К∙Uвх =200 ∙0,02 = 4 В

 Uвх = 0,02 В           Рвых = 4²/100 = 0,16 Вт

Pвых=?

                                     Ответ: Рвых = 0,16 Вт

4. Определить к.п.д. усилителя, если мощность в нагрузке 0,8 Вт; мощность, рассеиваемая в транзисторе 60 мВт; мощность, рассеиваемая в остальных цепях усилителя 40 мВт.

Решение:

Рвых = 0,8 Вт

                                           η= Рвых/Pо · 100 %

Ртр = 60 мВт мВт

Р ост = 40 мВт          η = Рвых/(Pвых + Ртр + Р ост) · 100 % =

                                 = 0,8/ (0,8 + 0,06 + 0,04) = 0,8/0,9 = 88%. 

η =?                       Ответ: η=88%.

Вопросы для самопроверки:

1. Назовите типы усилителей, различающихся по частотному диапазону.

2. Чем обеспечивается температурная стабилизация?

3. Какой класс усиления применяется для однотактного и двухтактного усилителей мощности?

4. Что показывает частотная характеристика усилителя?

5. Что показывает амплитудная характеристика усилителя?

6. Каково назначение усилителей постоянного тока?

7. Что такое дрейф нуля и каковы его причины?

8. Назовите меры уменьшения дрейфа нуля.

9. Обьясните работу балансной схемы УПТ.

Вопросы для самопроверки:

1. Объясните назначение основных элементов, входящих в структурную схему выпрямителя.

2. Назовите основные технические показатели различных схем выпрямителей (однополупериодных и двухполупериодных).

3. Что называется коэффициентом пульсаций?

4. Объясните работу параметрического стабилизатора напряжения.

5. Как оценивается качество стабилизации напряжения?

6. Объясните назначение основных элементов, входящих в структурную схему импульсного источника питания.

7. Перечислите достоинства импульсных источников питания.

Раздел 8. Триггеры.

Студент должен:

иметь представление:

- о принципах работы RS- триггеров, D-триггеров, JK-триггеров, Т-триггеров;

знать:

- условные графические обозначения триггеров;

- основные серии интегральных микросхем триггеров;

- таблицы переходов различных триггеров;

- области применения триггеров в различных узлах цифровой техники;

уметь:

- составлять функциональные схемы триггеров;

- определять состояние триггера по сочетанию входных сигналов.

Литература к разделу 7: (3) с.130-149                                                

Вопросы для самопроверки:

1. Что называется триггером?

2. Опишите работу RS –триггера на элементах И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

3. Опишите работу D –триггера на элементах И-НЕ.

4. Опишите работуJK–триггера на элементах И-НЕ.

5. Назовите области применения вышеуказанных триггеров.

6. Опишите работу Т –триггера на элементах И-НЕ.

7. Назовите области применения счетных триггеров.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Вариант 1

1. Закон Ома для участка цепи. Закон Ома для всей цепи.

2. Двухполупериодная схема выпрямления. Работа схемы, параметры, достоинства и недостатки.

3. Три схемы включения транзисторов. Дать их сравнительную

оценку по величинам Rвх и Rвых, коэффициентов усиления по току, напряжению и мощности.

Задача №1. В цепи со смешанным соединением сопротивлений (рисунок 1) I1=5 A, R1=19 Ом, R2=70 Ом, R3=30 Ом, R4= 60 Ом, R5=5 Ом, rо=1 Ом, U6=U_BC=20 B.

Вычислить токи, напряжения и мощности каждого участка и всей цепи, найти значение сопротивления R5, определить э.д.с. Е цепи.

Составить баланс мощностей.

			Рисунок 1

Задача №2. Определить КПД усилителя низкой частоты (УНЧ), если мощность в нагрузке 0,3 Вт; мощность, рассеиваемая в транзисторе, 100 мВт; мощность, рассеиваемая в остальных цепях усилителя, 30 мВт.                                                

Вариант 2

1. Последовательное соединение резисторов.

2. Предварительный каскад усиления. Выбор рабочей точки. Принцип работы усилителя по принципиальной схеме.

3. Изобразите схему логического элемента И и объясните его работу.

Задача №1. В цепи со смешанным соединением сопротивлений (рисунок 2) I6=100 A, R1=15 Ом, R2=2 Ом, R3=13,3 Ом, R4= R5=10 Ом, R6=3,9 Ом, Rо=0,1 Ом.

Вычислить токи, напряжения и мощности каждого участка и всей цепи.

Вычислить ЭДС Е цепи. Составить баланс мощностей.

Рисунок 2.

Задача № 2. Определить коэффициент усиления двухкаскадного усилителя, если напряжения на выходе первого и второго каскадов соответственно равны 1,2 В и 4 В, а напряжение источника входного сигнала 0,01 В.

Вариант 3

1. Параллельное соединение резисторов.

2. Полупроводниковые диоды, их устройство, типы, принцип работы, параметры.

3. Изобразите схему логического элемента ИЛИ и объясните его работу.

Задача №1. В цепи со смешанным соединением сопротивлений (рисунок 3)

 U_СD=U5=100 B, I4=6 A, R1=40 Ом, R2=86 Ом, R3=10 Ом, R4= 14 ОМ,

R5=50 Ом, Ro=0,4 Ом.

 Вычислить токи, напряжения и мощности каждого участка и всей цепи. Определить э.д.с. Е, сопротивление R6. Составить баланс мощностей.   

				Рисунок 3.

Задача №2 Определить коэффициент усиления усилителя, если через нагрузку 200 Ом проходит ток 0,25 А, а напряжение на входе 0,1 В.                                               

Вариант 4

1. Смешанное соединение сопротивлений.

2. Выпрямительные диоды, их устройство, принцип работы, параметры.

3. Способы уменьшения дрейфа нуля в схемах усилителей постоянного тока (УПТ). Балансная схема УПТ, принцип работы.

Задача №1. В цепи со смешанным соединением сопротивлений (рисунок 4)

 I1=5 A, R1=5 Ом, R2=6,25 Ом, R3=60 Ом, R4= 5 ОМ, R5=15 Ом, R6=15 Ом, Ro=0,2 Ом.

Рисунок 4.

 Вычислить токи, напряжения и мощности каждого участка и всей цепи. Определить э.д.с. Е цепи. Составить баланс мощностей.

Задача №2. Определить напряжение на выходе четырёхкаскадного усилителя, если коэффициенты усиления его отдельных каскадов одинаковы и равны 10. Напряжение источника входного сигнала 0,0012 В.

Вариант 5

1. Закон Джоуля–Ленца.

2. Параметрический стабилизатор напряжения на кремниевом стабилитроне.

3. Назначение и классификация усилителей. Основные технические показатели. Основные технические показатели усилителей.

Задача №1. В цепи со смешанным соединением сопротивлений (рисунок 5) Е=210 В, R1=20 Ом, R2=5 Ом, R3=30 Ом, R4=10 Ом, R5=25 Ом, R6=100 Ом, Rо=0,5 Ом.

Вычислить токи, напряжения и мощности каждого участка и всей цепи, Определить э.д.с. Е цепи. Составить баланс мощностей.

Рисунок 5.

     

  Задача №2. Определить мощность на выходе усилителя, если Rн= 40 Ом, коэффициент усиления 200, а напряжение на входе 0,01 В.

                                                Вариант 6

1. Магнитное поле. Основные понятия и определения.

2. Мостовая схема выпрямления: работа, параметры, достоинства.

Задача №1. В цепи со смешанным соединением сопротивлений (рисунок 6) Е=32 В, R1=10 Ом, R2=80 Ом, R3=26,6 Ом, R4=50 Ом, R5=25 Ом, R6=10 Ом, Rо=1 Ом.

Вычислить токи, напряжения и мощности каждого участка и всей цепи.

Определить э.д.с. Е цепи. Составить баланс мощностей.

	Рисунок 6 .

Задача №2. Определить напряжение сигнала на входе усилителя, если Rн=100 Ом, мощность, отдаваемая усилителем 4 Вт, а коэффициент усиления равен 50.

Вариант 7

1. Явление электромагнитной индукции.

2. Однополупериодная схема выпрямления. Принцип работы, параметры, достоинства и недостатки.

3. Устройство и принцип работы полевого транзистора с p-n–переходами (унитрона). Достоинства ПТ.

Задача №1. В цепи со смешанным соединением сопротивлений (рисунок 7)

 U₂=Uab=10 В, R1=2,5 Ом, R2=10 Ом, R3=50 Ом, R4=50 Ом, R5=10 Ом, R6=40 Ом, Rо=1 Ом.

Вычислить токи, напряжения и мощности каждого участка и всей цепи, Определить э.д.с. Е цепи. Составить баланс мощностей.

	Рисунок 7.

Задача №2. Определить мощность, отдаваемую в нагрузку усилителя, если выходное напряжение 5 В, а сопротивление нагрузки 100 Ом.

                                                 Вариант 8

1. Основные понятия о переменном токе.

2. Устройство и принцип работы полевого транзистора с изолирован-   ным затвором (МДП- транзистора). Достоинства ПТ.

3. Однотактный усилитель мощности. Принцип работы, достоинства и недостатки.

Задача №1. В цепи со смешанным соединением сопротивлений (рисунок 8) I₆= 20 А, R1=30 Ом, R2=4 Ом, R3=26,6 Ом, R4=20 Ом, R5=20 Ом, R6=7,2 Ом, Rо=0,2 Ом.

 Вычислить токи, напряжения и мощности каждого участка и всей цепи. Определить э.д.с. Е цепи. Составить баланс мощностей.

	Рисунок 8.

Задача №2. Определить к.п.д. УНЧ, если мощность в нагрузке 0,4 Вт; мощность, рассеиваемая в транзисторе 100 мВт; мощность, рассеиваемая в остальных цепях 50 мВт.

Вариант 9

1. Действующее значение переменного тока, напряжения, э.д.с.

2. Понятие об импульсах, их параметры. Электронные ключи, их назначение. Схема и работа транзисторного ключа.

3. ЭСЛ – элемент. Принцип работы, основные серии, достоинства и недостатки.

Задача №1. В цепи со смешанным соединением сопротивлений (рисунок 9)

E=200 B, R1=10 Ом, R2=15 Ом, R3=30 Ом, R4=20 Ом, R5=40 Ом, R6=11 Ом, I₆=10 A.

Рисунок 9.

 Вычислить токи, напряжения и мощности каждого участка и всей цепи, Определить внутреннее сопротивление Ro э.д.с. Составить баланс мощностей.

  Задача №2. Определить мощность на выходе усилителя, если Rн= 50 Ом, коэффициент усиления 100, а напряжение на входе 0,02 В.

Вариант 10

1. Цепь переменного тока с активным сопротивлением.

2. Синхронный RS – триггер. Принцип работы по функциональной схеме.

Назначение, достоинства и недостатки.

3. Коменсационные стабилизаторы напряжения. Принцип работы по структурной схеме.

Задача №1. В цепи со смешанным соединением сопротивлений (рисунок 10) U₃ =U_AB=40 В, R1=20 Ом, R2=9 Ом, R3=60 Ом, R4=5 Ом, R5=50 Ом, R6=50 Ом, Rо=1 Ом.

Вычислить токи, напряжения и мощности каждого участка и всей цепи, Определить э.д.с. Е цепи. Составить баланс мощностей.

	Рисунок 10.

  Задача №2. Определить напряжение сигнала на входе усилителя, если Rн=50 Ом, мощность, отдаваемая усилителем 2 Вт, а коэффициент усиления равен 25.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

по выполнению домашней контрольной работы по дисциплине

ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Направления подготовки

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману