Основы электроники ПР
учебно-методический материал

ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

 «БЕЛГОРОДСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

по дисциплине ОП.04 «Основы электроники»

специальность: 08.02.09 «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий»

г. Белгород, 2020 г.

Составитель: Буланович А.В, преподаватель    ОГАПОУ «БСК»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Методические указания по выполнению практических работ по ОП.04 «Основы электроники»на основе рабочей программы и предназначены для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности среднего профессионального образования повышенного уровня  08.02.09  «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий». Учебной программой предусмотрено 4 часов на практические занятия.

 Главная цель практических занятий (ПЗ)  – формирование у обучающихся умений, связанных с  основой деятельности будущего рабочего. Деятельность в условиях современного производства требует от квалифицированного рабочего применения самого широкого спектра человеческих способностей, развития неповторимых индивидуальных физических и интеллектуальных качеств, которые формируются в процессе непрерывной практической работы. Навыки, необходимые для будущей профессии, приобретаются в процессе практических занятий. Практические задания к занятиям составлены таким образом, чтобы способствовать развитию творческих способностей обучающихся  и предназначены для формирования умений, навыков, профессиональных компетенций, необходимых для учебной работы, а также для выполнения различных трудовых заданий в учебных мастерских и  производственной деятельности.

Общая структура практических занятий включает:

– вводную часть (объявляется тема занятия, ставятся цель к

занятию, проводится обсуждение готовности обучающихся к выполнению заданий, выдается задание,  обеспечение дидактическими материалами);

– самостоятельную работу (определяются пути выполнения задания,

разбираются основные алгоритмы выполнения задания на конкретном примере, выполняется задание, в конце работы делаются выводы.);

– заключительную часть (анализируются результаты работы, выявляются ошибки при выполнении задания и определяются причины их возникновения, проводится рефлексия собственной деятельности).

        Практическая работа защищается, в конце ее выполнения.

При проведении практических занятий используются следующие виды

деятельности обучающихся, формирующие общие и профессиональные компетенции:

– индивидуальная работа по выполнению заданий;

– работа в паре по взаимообучению и взаимопроверке при решении заданий;

– коллективное обсуждение проблем и решение заданий под руководством преподавателя.

СОДЕРЖАНИЕ

Практическая работа №1

Тема: «Расчет усилительного каскад усилителя низкой частоты»……………..7

Практическая работа №2

Тема: «Мостовая схема выпрямителя. Расчет схемы мостового выпрямителя по заданной мощности потребителя.»12

Результатом освоения учебной дисциплины ОП.04 « Основы электроники» является овладение обещающимися общими компетенциями (ОК) и профессиональными компетенциями (ПК)

Критерии оценки результата

Перечень практических работ поОП.04  «Основы электроники» для специальности

08.02.09  «Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий»

Практическая работа № 1

Расчет усилительного каскад усилителя низкой частоты.

Цель работы:произвести расчет усилительного каскада с резистивно-емкостной связью и транзистором, включенным по схеме с общим эмиттером.

Общие сведения

Упрощенная схема каскада, выполненного на биполярном транзисторе типа р-n-р, включенного по схеме ОЭ, приведена на рисунке 1. На схеме обозначены: R1 , R2 - резисторы входного делителя, обеспечивающего нужное смещение на базе транзистора, Rк , Rэ - соответственно коллекторный и эмиттерный ограничивающие резисторы, Rн - сопротивление нагрузки. В простейшем случае резисторы R2 и Rэ могут отсутствовать (R2 = ∞ , Rэ =0), Rг - внутреннее сопротивление источника сигнала (генератора). Свх , Ср - разделительные конденсаторы. Резистор Rэ и конденсатор Сэ образуют цепь отрицательной обратной связи по току эмиттера. Полагаем, что на вход (на базу транзистора) относительно общей точки подаётся синусоидальный входной сигнал с такой амплитудой, чтобы каскад работал в квазилинейном режиме и на нагрузке выделялся усиленный синусоидальный сигнал. Это обеспечивается соответствующим выбором положения рабочей точки на характеристиках транзистора.

Рисунок 1 - Схема каскада усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе

Выбор биполярного транзистора

В исходных данных указаны ток и мощность нагрузки, по которым следует определить конкретный тип и марку транзистора из следующих соображений:

а) Допустимое напряжение между коллектором и эмиттером выбирается на (10-30)% больше напряжения источника питания

где Uкэдоп - допустимое напряжение по условиям пробоя р-n-перехода.

б) Максимальный (допустимый) ток коллектора должен быть в (1,5¸2) раза больше тока нагрузки

Iк.доп.³ 2Iнм

Где

, мА - амплитуда тока нагрузки;

Iк.доп. - допустимое (по условиям нагрева) значение тока коллектора.

В общем случае нужно учитывать значение температуры окружающей среды, в зависимости от которой значение допустимого тока изменяется. В данном расчете предполагается «нормальная» температура окружающей среды + (25¸27)°С.

Вышеперечисленным требованиям удовлетворяет транзистор МП25А. Он имеет следующие параметры:

Uкэм = 40В, Iкм=80мА, Pкм=0,2Вт,

(В расчётах),

,

,

.

Выбор положения рабочей точки

Расчет параметров графоаналитическим способом основан на использовании нелинейных статических характеристик. В первую очередь на семействе выходных характеристик изобразим кривую ограничения режима работы транзистора по мощности Ркт . Она строится согласно уравнению Рк m = Uкэ Iк . Задаваясь значениями Uкэ , находим Iк по заданному (паспортному) значению Рк .

Таблица 1

Далее на семействе выходных характеристик проводим нагрузочную линию, используя уравнение для коллекторной цепи

Полагая Uкэ = 0В, получим

где Rобщ = Rк + Rэ - суммарное сопротивление в выходной цепи транзистора.

Полагая Iк = 0, имеем Uкэ = Eп 

Так как Rобщ пока неизвестно, используем две точки: точку А с координатой (Еп , 0) и выбранную по некоторым соображениям точку Р.

Положение точки Р нужно выбрать из следующих соображений:

а) точке Р соответствует значение тока Iкр

где Iкр - постоянная составляющая тока коллектора;

Iим - амплитуда переменной составляющей тока коллектора (тока нагрузки);

Uкэр - постоянная составляющая напряжения коллектор-эмиттер.

Uост маломощных транзисторов принимается ориентировочно равным 1В.

б) точка Р должка располагаться в области значений токов и напряжений, не попадающих в верхнюю область, ограниченную кривой Ркм (рисунок 3).

Определив координаты точки Р проводим на семействах выходных характеристик нагрузочную прямую APD (рисунок 3) и определяем значение тока базы Iбр , соответствующее выбранному значению тока коллектора Iкр : Iбр мА. По значению тока базы Iбр определяем положение точки P1 на входной характеристике (рисунок 4).

Определяем значения токов Iкм и Iк. min :

Iкм = Iкр + Iим

Iк. min =Iкр -Iим

где Iнм - амплитуда переменной (синусоидальной) составляющей тока нагрузки.

Откладывая по оси токов значения Iкм , Iк. min находим на нагрузочной линии точки В и С, которым соответствуют значения токов базы Iбм , Iб. min мА и значения напряжений Uкэм ,В, Uкэ. min,В. Амплитуду синусоидальной составляющей напряжения коллектор-эмиттер находим из соотношения:

1.4 Расчет параметров элементов схемы

1. Определяем значения сопротивлений Rк и Rэ .

кОм,

где IКЗ - ток, определяемый по точке пересечения прямой АР с осью токов (точка Dна рисунке 3).

Принимая Rэ =(0,l¸0,15)Rк , находим

Ом,

Rэ =Rобщ -Rк Ом.

2. Находим сопротивления резисторов Rl , R2 . С целью уменьшения влияния делителя напряжения Rl R2 на входной сигнал обычно выбирают

где Rвх - входное сопротивление по переменному току

Ом.

Значения Uвхм и Iвхм определяются по входной характеристике (рисунок 4):Значение сопротивления резистора R1 можно определить из соотношения

кОм,

полученного из уравнения напряжений для контура цепи: общая точка – Rэ -эмиттерный переход – R2 - общая точка в предположении, что Uэб <п , а

=10

Из последнего соотношения можно находим значение сопротивления резистора R2 =127 Ом.

3. Определяем емкость конденсаторов Ср и Сэ :

мкФ,

мкФ,

где: fH - нижняя частота полосы пропускания, Гц;

Мн - коэффициент частотных искажений а области низких частот (принимаемМн =1,2 для упрощения).

1.5 Расчет параметров усилительного каскада на биполярном транзисторе

Используя графики входной и выходных характеристик, можно найти параметры усилительного каскада:

а) Коэффициент усиления по напряжению

раз; KU ,дб=20lgKU =48,7 дБ.

б) Коэффициент усиления по току

раз; Ki ,дб=20lgKi =18,41дБ.

в) Коэффициент полезного действия (КПД):

где: Рн - мощность нагрузки максимальная (выходная);

Рр - мощность источника, затраченная на обеспечение режима работы Мощность переменного тока нагрузки

Pн =0,5Uнм ×Iнм мВт.

Мощность, затрачиваемая источником питания на обеспечение режима работы определяется по координатам точки Р (см. рисунок 3)

Pр =Uкэр ×Iкр =мВт.

г) Мощность генератора входного синусоидального сигнала

Pвх =0,5Iбм ×Uбэм мкВт.

д) Коэффициент усиления по мощности

Kр ,дб=10lgKр =33,282 дБ.

Исходные данные для расчёта

- тип структуры транзистора n-p-n;

- напряжение источника питания Еп =6 В;

- амплитуда тока нагрузки Iнм =7,5 мА;

- сопротивление нагрузки Rн =400 Ом;

- максимальное напряжение нагрузки Uн.м. =3 В;

- нижняя частота входного сигнала Fн = 140 Гц;

- коэффициент частоты искаженийМн =1,2;

- диапазон рабочих температур + (25¸27)°С;

Рассчитать:

1. , мА
2. (Uвых. +Uост ), В
3. Iкм = Iкр + Iим

Iк. min =Iкр -Iим

5.  кОм,

Ом,

Rэ =Rобщ -Rк Ом.

6. Ом.
7. кОм,
8. мкФ,

мкФ,

раз; KU ,дб=20lgKU =48,7 дБ.

10)

раз; Ki ,дб=20lgKi =18,41дБ.

11)

12) Pн =0,5Uнм ×Iнм мВт.

13) Pр =Uкэр ×Iкр =мВт.

14) Pвх =0,5Iбм ×Uбэм мкВт.

15)

Kр ,дб=10lgKр =33,282 дБ.

Контрольные вопросы:

1. Является ли операционный усилитель активным элементом?
2. Что такое ПОС?
3. Где используются ОУ?
4. Какие типы усилителей, использующих ОУ, вам известны?

Практическая работа №2

Мостовая схема выпрямителя. Расчет схемы мостового выпрямителя по заданной мощности потребителя.

Цель работы: изучить мостовые схемы выпрямителя, рассчитать схемы мостового выпрямителя по заданной мощности потребителя.

Общие сведения

Данные задачи относятся к расчёту выпрямителей переменного тока, собранных на полупроводниковых диодах.

Рассчитывая выпрямитель, следует помнить, что основными параметрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток Iдоп, на который рассчитан диод, и величина обратного напряжения Uобр, которую выдерживает диод в непроводящий период.

Выбор диодов для выпрямителей осуществляется по величине тока Iд, протекающего через диод, и максимальному напряжению Uд, которое оказывается приложенным к диоду в непроводящий период. При этом для исключения повреждений диодов должны быть выполнены следующие условия:

Iдоп≥ Iд и Uобр≥ Uд.

Обычно исходными данными для расчёта выпрямителя являются мощность потребителя Рни величина выпрямленного напряжения Uн, при котором работает потребитель энергии. По этим данным расчёт тока потребителя затруднений не вызывает Iн = Рн/ Uн. Вычисленное значение тока берётся за основу при подборе диода по току. Учитывается, что для oднопoлупeриoдного выпрямителя ток через диод равен току потребителя Iд=Iн, для двухполупериодной и мостовой схем выпрямления ток через диод равен половине тока потребителя Iд= 0,5Iн, для трёхфазного выпрямителя - третьей части тока потребителя

Iд= Iн / 3.

Напряжение, действующее на диод в непроводящий период, также зависит от схемы выпрямителя. Для одно- и двухполупериодного (с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора) выпрямителей Uд= 3,14Uн, для мостового выпрямителя Uд=1,57Uн, для трёхфазного выпрямителя Uд= 2,1Uни трёхфазного мостового выпрямителя Uд=1,05Uн. Приведённые соотношения следует использовать при подборе диодов для выпрямителей по напряжению.

В результате расчёта может оказаться, что ток через диод превышает допустимое значение тока Iдопдля заданного типа диода. В этом случае используется параллельное включение диодов в таком числе n, чтобы их суммарный допустимый ток n*Iдоппревышал рассчитанное значение тока Iдчерез диод.

Если в непроводящий период напряжение Uдна диоде превышает допустимое обратное напряжение Uобр, то применяется последовательное включение диодов. При этом число диодов n, должно быть таким, чтобы n*Uобр≥ Uд.

Задание: сделать расчет задач

Отчет должен содержать:

-Тему и цель практической работы;

К задаче:

-Дано;

-Решение;

-Схема;

-Ответ.

Задача №1Составить схему мостового выпрямителя, использовав один из четырёх диодов: Д218, Д222, КД202Н, Д215Б. Мощность потребителя Рн= 300 Вт, напряжение потребителя Uн= 200 B.

1. Выписываем из справочника параметры указанныхдиодов:

Д218 Iдоп = 0.1АUобр= 1000В

Д222 Iдоп = 0.4АUобр= 600В

КД202Н Iдоп= 1А Uобр= 500В

Д215Б Iдоп=2А Uобр= 200В

Задача №2Для питания постоянным током потребителя мощностью Рн= 300Вт при напряжении Uн= 20В необходимо собрать схему однополупериодного выпрямителя, использовав имеющиеся стандартные диоды Д142А.

1. Выписываем из справочника параметры диодаД142А:

Iдоп =10А        Uобр=100В