МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МАРИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


Контрольная работа
по электронике



Вариант 17


Йошкар-Ола
2006
Задание 1
Вторичные источники питания.
Источник питания — радиоэлектронное устройство, предназначенное для обеспечения различных устройств электрическим питанием.
Различают первичные и вторичные источники питания. К первичным относят преобразователи различных видов энергии в электрическую, примером может служить аккумулятор, преобразующий химическую энергию. Вторичные источники сами не генерируют электроэнергию, а служат для лишь для её преобразования с целью обеспечения требуемых параметров (напряжения, тока, пульсаций напряжения и т. п.).
По классической схеме источник вторичного электропитания должен содержать трансформатор, выпрямитель и фильтр. На выходе источника питания должны обеспечиваться необходимые напряжение, ток и коэффициент пульсаций. Таким образом, возникает необходимость применить также стабилизатор напряжения.
Структурная схема представлена на рисунке 1.



Рис. 1 Структурная схема вторичного источника питания

В качестве выпрямителя часто используется мостовая схема включения. Её достоинства:
- низкое выходное сопротивление;
- низкое обратное напряжение на вентилях;
- отсутствует подмагничивание сердечника трансформатора.
На выходе выпрямителя ставится сглаживающий фильтр.
Емкостной фильтр – самый простой и дешёвый, но применение его существенно увеличивает амплитуду тока через диоды и увеличивает помехи, вносимые ИВЭП в сеть.
Индуктивно-емкостной фильтр уменьшает эти недостатки, кроме того, он используется при больших токах нагрузки, благодаря незначительному падению напряжения на дросселе. Основным недостатком является высокие массогабаритные показатели дросселя.
Кроме того, из-за большой величины тока необходимо наличие усилителя тока – транзистора, включенного по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель).
Основными параметрами источника питания являются номинальное значение выходного напряжения и выходное сопротивление. Номинальным значением постоянного напряжения Uном источника питания называют условное, указываемое в технической документации значение постоянного напряжения, относительно которого устанавливают и определяют его отклонения. Выходное сопротивление принимают равным внутреннему сопротивлению эквивалентной схемы источника питания.
Следующим важным параметром является максимальная мощность, отдаваемая источником питания:
Pmax=Uном ∙ Imax.
На выходе источников вторичного питания никогда не бывает идеального постоянного напряжения. Кроме постоянной такое напряжение всегда содержит и переменную составляющую. Последнюю называют напряжение пульсации, а параметром, характеризующим отклонение выходного напряжения от постоянного, служит коэффициент пульсации. Используют два определения этого коэффициента.
Коэффициентом напряжения по амплитудному значению называют от-ношение амплитуды напряжения пульсации к номинальному значению по-стоянной составляющей напряжения:
KпА=ΔU/Uo=Umax-Umin/Umax+Umin,
который используют, когда имеется возможность визуально наблюдать форму выходного напряжения источника питания.
Коэффициентом пульсации по действующему значению называют отно-шение действующего значения напряжения пульсации к номинальному значению постоянной составляющей напряжения:
Кп=Uп/Uo.
Наконец, в связи с тем, что источники питания принадлежат к мощным (силовым) устройствам, ещё одним важным их параметром является коэффициент полезного действия.
Кроме основных электрических параметров каждый источник питания характеризуется рядом конструкторско-экономических показателей, к которым, в первую очередь, относятся габариты, масса и стоимость.

Задание 2
Исходные данные: 100 Ом; .
Схема изображена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1

Для решения используем графоаналитический метод.
На координатной оси строим ВАХ диода и нагрузочную прямую по двум точкам Iвх = 0 и Uд = 0.
мА.
Пересечение ВАХ диода с нагрузочной прямой дает точку А, с координатами .
Построим временную диаграмму U(t). Проведя две линии, параллельные нагрузочной прямой, получим еще две точки пересечения с ВАХ – точку В и точку С. Опустив из этих точек перпендикуляры на ось U, получим максимальное отклонение Uд от Uд0. На основании этих данных строим зависимость Uд(t). Аналогично строится график I(t), имеющий максимальное Imax и минимальное Imin значения, полученные при опускании перпендикуляров из точек В и С на ось I.
Результат решения показан на рисунке 2.2.


Рисунок 2.2

Задание 3
Построить амплитудную характеристику функционального устройства на ОУ.
Исходные данные: кОм, кОм, кОм, Ом, кОм.
Решение:
Схема приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1

Это неинвертирующий операционный усилитель, поэтому зависимость выходного напряжения от входного будет описываться выражением:
,
где Z2 – сопротивление обратной связи.
Последнее находится по законам последовательного и параллельного соединения сопротивлений следующим образом.
;
.
Если входное напряжение является положительным, то диод VD1 закрыт, поэтому 5000кОм.
Ом.
Подставляя данные в исходную формулу, получим:
при .
Если входное напряжение является отрицательным, то диод VD1 открывается и 50Ом.
Ом.
Подставляя данные в исходную формулу, получим:
при .
Амплитудная характеристика изображена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2

Задание 4
Спроектировать параметрический стабилизатор напряжения с заданными параметрами.
Исходные данные: =9В; мА; В.
Схема изображена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1

В соответствии с исходными данными выбираем стабилитрон Д814Б, который имеет следующие параметры:
В; мА; мА; Ом.
Определим из условия работы в рабочей зоне стабилитрона:
.
В;
.
Взяв мА, получим мА.
Тогда Ом.
Рассчитаем максимальный ток через стабилитрон:
.
мА.
мА.
Т.к. , то стабилитрон выбран правильно.
Определим величину изменения выходного напряжения:
В.
Определим коэффициент нестабильности по напряжению
.
В.
Тогда %.
Вычислим мощность рассеивания на стабилитроне и на резисторе :
=324мВт.
мВт > .
Вт.
Выбираем тип резистора С2-29В-0,125-300Ом.

Задание 5
Спроектировать стабилизатор напряжения на интегральных микросхемах серии К142ЕН.
Исходные данные: В; 0,9А.
Т.к. является нестандартным напряжением, то выбираем микросхему К142ЕН3.
Общий вид схемы изображен на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1

Ее параметры:
9…45В; 1А; 0,05%/В; 0,25%/А; В.
Значения емкостей С1, С2 и С3 берем из справочника:
С1 = 0,1 мкФ; С2 = 1 мкФ; С3 = 0,1 мкФ.
Зададим ток 5мА.
.
кОм.
Ом.
Ом.
Резистор R1-2 является постоянным и составляет 95% от номинала R1, т.е.
Ом.
Резистор R1-1 является подстроечным и составляет 10% от R1, т.е.
Ом.
Мощность, рассеиваемая на микросхеме:
Вт.
Мощность, рассеиваемая на резисторе R1-1:
мВт.
Мощность, рассеиваемая на резисторе R1-2:
мВт.
Мощность, рассеиваемая на резисторе R2:
мВт.
Таким образом, все резисторы выбираем мощностью 0,125 Вт,
тип С2-29В.
Схема вычерчена на формате и имеет перечень элементов.

Задание 6
Спроектировать мультивибратор на транзисторах с заданными параметрами.
Исходные данные: 5В, 3кГц, 12мА, q = 4.
Схема и временные диаграммы приведены на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1
Определим длительности Т, Т1, Т2.
мс;
мс;
мс.
Выберем транзистор из следующих условий:
.
Этим условиям удовлетворяет n-p-n транзистор 2Т315. Его параметры:
35В; 5В; 100МГц; 50; 30мА; 0,25В.
Определим сопротивление резистора , исходя из заданного коллекторного тока :
Ом.
Определим мощность резистора Rк:
мВт.
Выбираем стандартный тип резистора С2-29В-0,125-390Ом.
Найдем сопротивление из условия обеспечения коэффициента насыщения транзистора :
Ом.
Мощность, рассеиваемая на резисторе:
мВт.
Таким образом, выбираем стандартное сопротивление С2-29В-0,125-13кОм.
Вычислим емкость конденсаторов:
нФ.
нФ.
Определим длительность передних фронтов выходных импульсов:
мкс;
мкс.
Полная схема мультивибратора вычерчена на формате с перечнем эле-ментов.