Ю.В. Бладыко Г.С. Климович Л.С. Пекарчик   ЭЛЕКТРОНИКА

Методическое пособие  к выполнению расчетно-графической работы по дисциплинам «Электроника», «Электротехника и электроника», «Электроника и микропроцессорная техника», «Электроника и информационно-измерительная техника»

Под общей редакцией Ю.В. Бладыко Минск 2004

Бладыко Ю.В.                  Электроника: Метод. пособие к выполнению расчетно-графической работы по дисц. «Электроника», «Электротехника и электроника», «Электроника и микропроцессорная техника», «Электроника и информационно-измерительная техника» / Ю.В. Бладыко, Г.С.Климович, Л.С. Пекарчик. Под общ. ред. Ю.В. Бладыко. – Мн.: БНТУ, 2004. –  50 с.

Задания к расчетно-графической работе

ЗАДАЧА 1. Напряжение и частота сети переменного тока заданы в таблице 1. Тип выпрямителя, мощность и номинальное напряжение нагрузки, тип фильтра и допустимый коэффициент пульсации напряжения на нагрузке приведены в таблице 2.

ЗАДАНИЕ.

1. Начертить схему выпрямителя с фильтром, на которой обозначить напряжения и токи в обмотках трансформатора, вентилях и нагрузке. Указать полярность выходных клемм.
2. Рассчитать необходимые параметры и выбрать тип вентилей при условии работы выпрямителя на заданную активную нагрузку. Индуктивностью и сопротивлением обмоток трансформатора пренебречь.
3. Определить расчетную мощность, напряжение вторичной обмотки и коэффициент трансформации трансформатора. Вентили считать идеальными.
4. Рассчитать амплитуды тока и напряжения при работе выпрямителя без фильтра и начертить в масштабе временные диаграммы тока и напряжения на нагрузке.
5. Рассчитать параметры сглаживающего фильтра, который обеспечит допустимый коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке.
6. Указать на схеме выпрямителя тип вентилей, параметры элементов фильтра, мощность и коэффициент трансформации трансформатора.

Таблица 1

ПримечаниЯ.

1. Для трехфазных выпрямителей в таблице 1 приведены фазные напряжения трехфазной сети.
2. Если приведенные в Приложении 3 диоды по предельным параметрам не удовлетворяют требованиям схемы, их надо включать параллельно или последовательно.
3. Если параметры элементов фильтра оказываются слишком большими (индуктивность >1 Гн, емкость >10000 мкФ) рекомендуется выбрать более сложный или многозвенный фильтр (Приложение 2).
4. Для выпрямителей приняты следующие обозначения:

A - однофазный однополупериодный;

Б - однофазный с нулевым выводом;

В - однофазный мостовой;

Г - трехфазный с нулевым выводом;

Д - трехфазный мостовой.

5. Для обозначения типа фильтра приняты следующие обозначения:

I -простой емкостной фильтр;

II - простой индуктивный фильтр;

III -Г-образный индуктивно-емкостной фильтр;

IV -П-образный LC-фильтр;

V -Г-образный RC-фильтр.

Таблица 2

ЗАДАЧА 2. Схемы усилительных каскадов приведены на рисунках 1 – 4. Исходные данные для расчета заданы в таблицах 3 и 4. Входные и выходные характеристики транзисторов приведены в Приложении 5. При расчете каскадов с R_э его величину принять равной 0.1R_к. Для каскадов с делителем R₁ и R₂ ток делителя принять 5I_бп.

ЗАДАНИЕ.

1. Начертить схему усилительного каскада с учетом заданного типа транзистора. На схеме указать токи и напряжения транзистора, а также U_вх и U_вых.
2. По заданным в таблице 4 параметрам на характеристиках транзистора нанести точку покоя и построить статическую линию нагрузки. Рассчитать величину сопротивлений резисторов, обеспечивающих заданный режим покоя. При расчете учесть, что I_к >> I_б.
3. В точке покоя по характеристикам транзистора определить его h-параметры (h₁₁, h₂₁, h₂₂). Параметр h₁₂ принять равным 0.
4. Начертить схему замещения усилителя в динамическом режиме, заменив транзистор эквивалентной схемой с h-параметрами.
5. Рассчитать с учетом нагрузки входное и выходное сопротивление каскада, коэффициенты усиления тока, напряжения и мощности.
6. Построить динамическую линию нагрузки на выходных характеристиках транзистора и определить максимальную амплитуду выходного напряжения, усиливаемого без заметных искажений сигнала, и максимальную выходную мощность.
7. Построить амплитудную характеристику каскада.
8. Определить коэффициент полезного действия каскада.

Таблица 3

Таблица 4

Рис. 1                                                 Рис. 2

Рис. 3                                                 Рис. 4

ЗАДАЧА 3. Схемы усилительных каскадов приведены на рисунках 1 – 4. Исходные данные для расчета заданы в таблицах 5 и 6. В Приложении 4 приведены транзисторы, которые надо использовать в схеме каскада, и их основные параметры. При расчете каскадов с R_э его величину принять равной 0.1R_к. Для каскадов с делителем R₁ и R₂ ток делителя принять 5I_бп.

ЗАДАНИЕ.

1. Начертить схему каскада с учетом заданного типа транзистора. Указать полярность источника питания, токи и напряжения между электродами транзистора, а также входное и выходное напряжения.
2. По заданным Е_к, Р_н и амплитуде выходного напряжения U_{вых m} выбрать точку покоя и тип транзистора по его предельным параметрам.
3. Рассчитать сопротивления резисторов, которые должны обеспечить работу транзистора в выбранной точке покоя.
4. Начертить схему замещения каскада в динамическом режиме, заменив транзистор эквивалентной схемой с h- параметрами.
5. Проверить работу каскада в динамическом режиме, построив динамическую линию нагрузки. Если каскад не обеспечивает заданное значение U_{вых m}, точку покоя следует выбрать снова.
6. Рассчитать коэффициенты усиления тока, напряжения и мощности.
7. Начертить в масштабе амплитудную характеристику каскада при работе на заданную нагрузку. Рассчитать коэффициент полезного действия.

Таблица 5

Таблица 6

ЗАДАЧА 4. На основе операционного усилителя (ОУ) проектируется усилитель низкой частоты с заданным коэффициентом усиления напряжения. Тип ОУ, требуемый коэффициент усиления и минимальное входное напряжение U_{вх min} приведены в таблице 7. Сопротивление нагрузки значительно больше выходного сопротивления ОУ.

ЗАДАНИЕ.

1. Начертить заданную схему усилителя с цепью обратной связи и источниками питания. Указать входное и выходное напряжения.
2. Рассчитать сопротивления резисторов схемы для получения требуемого коэффициента усиления.
3. Определить максимальную амплитуду входного синусоидального сигнала, при которой не будет значительных искажений выходного сигнала.
4. Начертить амплитудную характеристику усилителя.

Таблица 7

ЗАДАЧА 5. На основе операционного усилителя проектируется сумматор для выполнения заданной операции. Тип ОУ, выполняемая операция и сопротивление резистора обратной связи приведены в таблице 8. Сопротивление нагрузки значительно больше выходного сопротивления ОУ.

ЗАДАНИЕ.

1. Начертить схему сумматора для реализации заданной операции с указанием источников питания, входного и выходного напряжений.
2. Рассчитать величину сопротивлений резисторов входных цепей.

Таблица 8

ЗАДАЧА 6. Работа автоматизированного комплекса контролируется по N параметрам: положение рабочих органов и заготовок, давление и температура масла в системе, давление охлаждающей жидкости и т.д. Параметры контролируются двоичными датчиками. При отклонении хотя бы одного из параметров от нормы комплекс автоматически отключается. Система управления построена на элементах положительной логики, то есть наличие сигнала, например, о достаточном давлении масла соответствует 1, а отсутствие сигнала – 0. Число и нормальное значение контролируемых параметров заданы десятичным числом, которое получают сложением числа А (таблица 9) с числом, которое задано в таблице 10. Его надо преобразовать в двоичное число, количество разрядов которого соответствует количеству параметров, а значение каждого разряда – нормальному значению параметра.

ЗАДАНИЕ.

1. Сложить число А с числом согласно варианту.
2. Преобразовать полученное десятичное число в двоичное.
3. Пронумеровать датчики от младшего разряда двоичного числа к старшему.
4. Составить таблицу истинности и записать логическую функцию. Функция равна единице только для заданного набора.
5. Преобразовать логическую функцию в соответствии с заданным типом логических элементов.
6. Составить схему управления из заданных логических элементов.
7. Проверить на схеме правильность работы, подав на входы заданный код.

Таблица 9

Таблица 10

ЗАДАЧА 7. Работа производственного механизма контролируется по 4 параметрам. При трех сочетаниях этих параметров схема управления должна выдавать предупреждающий сигнал. Нужные сочетания заданы десятичными числами. Первое – в таблице 11, два других – в таблице 12. Для реализации схемы управления можно использовать только заданные типы логических элементов.

ЗАДАНИЕ.

1. Преобразовать заданные десятичные числа в четырехразрядные двоичные коды. Недостающие разряды добавить нулями.
2. Составить таблицу истинности, в которой единице должны соответствовать только заданные наборы параметров.
3. Записать и упростить логическое уравнение. Преобразовать его в соответствии с типом заданных логических элементов.
4. Составить схему управления.
5. Проверить ее работу, подав на входы заданные наборы параметров.

Таблица 11

Таблица 12

ЗАДАЧА 8. Разработать дешифратор с 2 входами, работающий на семисегментный индикатор. Схема соединений электродов индикатора (общий катод или общий анод) и логические элементы заданы в табл. 13. Индикатор показывает последовательно символы, приведенные в табл. 14.

                                                                                                                                 Таблица 13

                                                                                                                      Таблица 14

ЗАДАЧА 9. Разработать комбинационное устройство с 4 входами, дающее на выходе F=1 при подаче на входы заданных в табл. 16 чисел в двоичном коде. При подаче на входы других чисел F=0. Используемые логические элементы приведены в табл. 15.

ЗАДАНИЕ.

1. Преобразовать заданные десятичные числа в четырехразрядные двоичные коды. Недостающие разряды добавить нулями.
2. Составить таблицу истинности, в которой единице должны соответствовать только заданные числа.
3. Записать и упростить логическое уравнение. Преобразовать его в соответствии с типом заданных логических элементов.
4. Составить схему устройства.

                                                                                                                      Таблица 15

Таблица 16

ЗАДАЧА 10. Электропривод производственного механизма осуществляется тремя электродвигателями. Включение и отключение электродвигателей производится контакторами, которые управляются кнопочными постами. Для нормальной работы электродвигатели должны включаться и отключаться в определенном порядке, который задается схемой управления на логических элементах. Питание катушек контакторов осуществляется от схемы управления через усилители.

ЗАДАНИЕ.

1. Для заданного в таблице 17 порядка включения и отключения двигателей составить схему управления на стандартных логических элементах, триггерах.
2. На схеме указать кнопки включения и выключения, усилители и катушки контакторов.

ПРИМЕЧАНИЕ.

Если указан порядок включения 1-2-3 – это значит, что двигатели можно запустить, нажимая кнопки “Пуск” только в таком порядке. При нажатии кнопок 1-3 третий двигатель не должен запускаться. Это же относится и к порядку отключения.

Таблица 17

ЗАДАЧА 11. Составить схему суммирующего счетчика на D-триггерах К155ТМ2 или  JK-триггерах К155ТВ1. Тип счетчика и модуль счета заданы в таблице 18. При необходимости можно использовать логические элементы той же серии. Предусмотреть установку нуля счетчика.

ЗАДАНИЕ.

1. Выбрать необходимое число триггеров и составить таблицу состояний счетчика для заданного модуля счета.
2. Начертить схему счетчика с обозначением входов и выходов.
3. Начертить временную диаграмму работы счетчика за полный цикл работы.

Таблица 18

ЗАДАЧА 12. Разрядность и тип регистра, тип триггеров, из которых следует составить схему заданного регистра, заданы в таблице 19. При необходимости можно использовать дополнительно стандартные логические элементы.

ЗАДАНИЕ.

1. Составить из заданного типа триггеров схему последовательного или параллельного регистра нужной разрядности.
2. В регистрах предусмотреть входы «Сброс» и «Запись».
3. Начертить временные диаграммы работы регистра при записи произвольного слова.
4. Кратко описать назначение и принцип работы регистра, используя временные диаграммы.

Таблица 19