Назначение методических указаний
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

ЭЛЕКТРОНИКА И СХЕМОТЕХНИКА

 

Методические указания к выполнению курсовой работы для технических специальностей заочной формы  обучения

(вариант II)

 

 

Составитель: А.Э. Сидорова, ассистент

 

Тюмень

ТИУ

2017

 

Электроника и схемотехника: методические указания к выполнению курсовой работы (вариант II) для студентов технических специальностей заочной формы обучения / сост. А. Э. Сидорова; Тюменский индустриальный университет.– Тюмень: Издательский центр БИК, ТИУ, 2017.– 26 с.

 

 

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры кибернетических систем

«_____»  _____________ 2016 года, протокол №___.

 

 


Аннотация

 

Методические указания к выполнению курсовой  работы (вариант II) предназначены для студентов, обучающихся по техническим специальностям.  Дисциплина изучается в одном или двух семестрах.

Приведено содержание части упрощенного инженерного расчета автогенератора с мостом Вина, работающего на низкоомную нагрузку, в приложениях приведено содержание курсовой работы, вид титульного листа, ряды номинальных базовых электронных элементов.

 

 



СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение                                                                                   4

1. Правила выбора темы курсовой работы                             5

2. Типовая структура и требования к содержанию ее разделов     5

3. Рекомендации по выполнению отдельных разделов курсовой работы 6

4. Примерные нормы времени на выполнение работы                   21

5. Требования к оформлению работы                                              21

6. Порядок защиты работы, критерии оценки                                          21

7. Список рекомендуемой литературы                                             22

  Приложение А                                                                            23

 Приложение Б                                                                             24

  Приложение В                                                                            25

 

 



Введение

Назначение методических указаний

В курсовой работе производится выполнение  упрощенного инженерного расчета автогенератора с мостом Вина.

Основными задачами выполнения курсовой работы является формирование у обучающихся необходимых знаний основных электротехнических законов и методов инженерного расчета автогенератора с мостом Вина, работающего на низкоомную нагрузку. Упрощенный инженерный расчет предполагает проведение самых простых алгебраических  вычислений.

В результате выполнения курсовой работы  студент должен

знать:

- принципы работы основных электрических узлов и схем, особенности их применения, их рабочие характеристики;

- элементную базу современных полупроводниковых устройств;

- базовые элементы электроники, их свойства и сравнительные характеристики;

- параметры и характеристики полупроводниковых приборов.

уметь:

- читать электрические и электронные схемы;

- использовать пакеты прикладных программ для произведения инженерных и прочих расчетов, такие как Mathcad.

владеть:

- методами инженерных расчетов для различных электронных узлов и устройств;

- способность анализировать работу электронных схем в нормальном режиме;

- умением принимать решения при выборе и анализе различных электронных элементов.

 


 


Рекомендации по выполнению отдельных разделов курсовой работы

 

 Выбор блок-схемы

Автономный источник синусоидальных колебаний, работающий в режиме самовозбуждения, называется генератором. Он является преобразователем энергии источника питания в энергию колебаний переменного тока требуемой частоты.

RC-генераторами называются автогенераторы, частота входных колебаний которых определяется цепями, состоящими из сопротивлений и емкостей.

Структурная схема RC-автогенератора с мостом Вина может быть представлена в виде замкнутой системы.

Рис. 1 Блок-схема автогенератора с мостом Вина

 

Источник питания (на схеме не обозначен);

Ø Цепь Вина (ЦВ) используется как частотозадающая цепь и ЦПОС –цепь положительной обратной связи;

Ø Эмиттерный повторитель (ЭП) служит для согласования фазирующей цепи с усилителем напряжения по сопротивлению;

Ø Усилители напряжения (УН№1, УН№2) обеспечивают баланс фаз и баланс амплитуд (при введении нелинейной отрицательной обратной связи, ЦООС –цепь отрицательной обратной связи).

 

Расчет элементов используемых в схеме

 

Перед тем как начать расчет усилителей напряжения необходимо рассчитать входное сопротивление моста Вина, учесть отрицательную обратную связь, которую мы вводим для стабилизации коэффициента усиления, а значит и выходного сигнала.

Цепь Вина

 

Рис. 2 Принципиальная электрическая схема цепи Вина

 

Перед тем как начать расчет усилителя напряжения нам надо рассчитать входное сопротивление моста Вина, учесть отрицательную обратную связь, которую мы вводим для стабилизации коэффициента усиления, а значит и выходного сигнала.

Изменение частоты производится дискретно (грубо) с помощью конденсаторов и плавно с помощью переменных резисторов.

Входное сопротивление моста Вина определяется следующим образом:

На частоте квазирезонанса следовательно:

Выходное сопротивление моста Вина определяется:

На частоте квазирезонанса           

Нагрузкой для моста Вина является эмиттерный повторитель на транзисторах VT1 и VT2 , поэтому предположим, что входное сопротивление эмиттерного повторителя будет максимально большим – в пределах от 150 до 250 кОм. Для того, чтобы Rвхп не шунтировало мост Вина:

 (Ом)

 (Ом)

Примем значения сопротивлений резисторов цепи Вина R1 и R3, равными максимальному значению сопротивления цепи Вина (RmaxЦВ), а значения R2 и R4, равными минимальному значению (RmixЦВ).

R1=R3= (Ом), а R2=R4= (Ом).

Определим значение выходного сопротивления цепи Вина:

 (Ом)

 (Ом)

Определим значение входного сопротивления цепи Вина:

(Ом)

 (Ом)

 

Рассчитаем ёмкости C1÷С12:

          

1. Для первого диапазона (X) Гц ¸ (10X) Гц, (Х=fн из технического задания), при R1+R2= Ом :

 (Ф),

принимаем  = (Ф)

Пересчитаем значения первого частотного диапазона в соответствии с принятыми значениями емкостей конденсаторов С12:

 (Ф),    (Ф)

2. Для второго диапазона (10X) Гц ¸ (100X) Гц:

 (Ф)

принимаем C3=C4= (Ф)

Пересчитаем значения второго частотного диапазона в соответствии с принятыми значениями емкостей конденсаторов С34:

 (Ф),    (Ф)

 

3. Для третьего диапазона (100X) Гц ¸ (1000X) Гц:

 (Ф)

принимаем C5=C6= (Ф)

Пересчитаем значения третьего частотного диапазона в соответствии с принятыми значениями емкостей конденсаторов C5=C6:

 (Ф),    (Ф)

        

Определим токи, протекающие в резисторах:

 

(А)

 (А)

Предварительный усилитель

Рис. 3 Принципиальная электрическая схема предварительного усилителя

 

 

Этот усилитель выполняет две основные функции:

à обеспечивает баланс фаз

à обеспечивает коэффициент усиления ³ 3

 

Рассчитаем элементы, относящиеся к усилительному каскаду на транзисторе VT4.

Усилитель напряжения работает на нагрузку, на мост Вина, на ООС.

Uвых.у = Uн ус. напр = (В)

Рассчитаем скорректированное значение сопротивления нагрузки двухкаскадного усилителя:

Rн ус. напря скоррект = RООС||RвхЦВmin.||Rн ус. напр (Ом)

 

Определим ток в нагрузке:

    (А)

Зададимся IKmin4 и UКЭmin4 :

(мА)

(В)

Определим IKMAX4:

IKmax4 = (2~5) ∙ (2·IH4 + IKmin4) (А)

Определим l4 :

Определим напряжение питания:

Зададимся g4 = 0,05

 (В)

Принимаем ЕК = (В)

Пересчитаем g4

Определяем значение сопротивления резистора в цепи коллектора транзистора VT4:

(Ом)

Принимаем R16 = (Ом)

Определим падение напряжения на резисторе R17 и величину напряжения, до которого зарядится конденсатор С20:

UR17 = EK · g4 (В)

UC20 = ∙Uвых.у. + UКЭmin4 + UR17   (В)

Определим покоя транзистора VT4 - IП4:

(мА)

Определим напряжение на участке коллектор-эмиттер транзистора VT4 - UКЭ4:

UКЭ4 = EK – (IП4+ IKmin4) ∙ R16 - UR17 (В)

Определим допустимую мощность, рассеиваемую на транзисторе VT4:

PКДОП = IП4 · UКЭ4 (Вт)

Выбираем транзистор VT4, соответствующий по мощности (должна не менее чем в два раза превышать расчетную PКдоп), напряжению на участке коллектор – эмиттер (должно быть больше), основные характеристики сводим в таблицу вида:

 

Модель

Тип

P, Вт

Uкэ доп, В

Ikmax, A

βmin

Iко, мА

VT4

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как значение Ik0 сильно отличается от IKmin4, то произведем перерасчет с учетом того, что IKmin4= Iko=30 мкА

Определим максимальный ток коллектора транзистора VT4 - IKmax4 :

IKmax4 = (2~5) ∙· (2·IH4 + IKmin4) (мА)

Определим ток базы транзистора VT4:

 (мА)

Определим резистор в цепи эмиттера:

 (Ом) По ряду Е24 принимаем R17= Ом.

Определим ток делителя:

IД = (2~5)· IБ4 (мА)

Определим значения сопротивлений резисторов делителя базы:

UR16=R16∙( ) (В)

 (Ом)

Принимаем R14= (Ом)

UБЭ4= -R14∙( ) (В)

 (Ом)

Принимаем R15= (Ом)

 (А)

Определим значение емкости конденсатора в цепи эмиттера:

(Ф)

Принимаем С19 = (мкФ)

Определим коэффициент усиления каскада на транзисторе VT4:

,

где значение сопротивления в области базы примем rБ4 = 400 (Ом).

 (Ом)

Rк~4 = RH4 || R16 (Ом)

Определим входное и выходное сопротивления каскада на транзисторе VT4:

RВХ4= R14 || R15 || (rБ4 + rЭ4· (1+b4)) (Ом)

rК4 =    (Ом)

RВЫХ4 = rK4 || R16 (Ом)

Определим входное напряжение каскада на транзисторе VT4:

(В)

Рассчитаем элементы, относящиеся к усилительному каскаду на транзисторе VT3.

. = Uвх4 (В)

Rн ус.наVT3 = RВХ4= (Ом)

Определим ток в нагрузке:

   (мА)

Зададимся значениями тока и напряжения IKmin3 и UКЭmin3:

(мА)

 (В)

Определим максимальное значение тока коллектора транзистора VT3 - IKMAX3 :

 

IKmax3 = (2~5) · (2·IH3 + IKmin3) (мА)

Определим величину  :

 

Определяем значение сопротивления резистора в цепи коллектора транзистора VT3:

(Ом)

Принимаем R11 = (Ом)

Определим падение напряжения на разделительном конденсаторе С17:

UC17 = . + UКЭmin3 + UR12 (В)

Определим ток покоя транзистора VT3IП3 :

(мА)

Определим значения напряжения на участке коллектор-эмиттер транзистора VT3:

 

UКЭ3 = EK – (IП3+ IKmin3)· R11 - UR12 ( В )

Определим допустимую мощность, рассеиваемую на транзисторе VT3:

 

PКДОП = IП3 · UКЭ3 (Вт)

Выбираем транзистор VT3, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

 

Модель

Тип

P, Вт

Uкэ доп, В

Ikmax, A

βmin

Iко, мА

VT3

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим ток базы транзистора VT3:

 (мА)

Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера:

 (Ом)

По ряду Е24 принимаем R12= (Ом)

Определим ток делителя:

IД = (2~5)· Iб3 (мА)

Определим значение сопротивлений резисторов делителя базы:

UR11=R11∙( ) (В)

(Ом)

Принимаем R10= (Ом)

 

UБЭ3= -R10∙( ) (В)

 

 (Ом)

Принимаем R9= (Ом)

 (А)

Определим значение емкости конденсатора в цепи эмиттера :

    (Ф)

Принимаем С16 = (Ф)

Определим коэффициент усиления каскада (без ООС) на транзисторе VT3:

где: rБ3 = 400 (Ом)

 (Ом)

RK~3 = RH3 || R11 (Ом)

Определим входное сопротивление каскада на транзисторе VT3:

RВХ3=R10||R9||(rб3+rэ3 (1+b3)) (Ом)

Определим выходное сопротивление каскада на транзисторе VT3:

rК3 =    (Ом)

RВЫХ4 = rK3 || R11  (Ом)

Определим общий коэффициент усиления каскадов:

 

K=K3∙K4

 

Определим входное напряжение предварительного усилителя:

 (В)

 

3.4 Эмиттерный повторитель №1 на транзисторах VT 2, VT 1

Рис.8 Принципиальная электрическая схема эмиттерного повторителя №1 на транзисторах VT2, VT1

 

Нагрузкой этого эмиттерного повторителя является предварительный усилитель, поэтому:

UН = UBX= (В)

RН = RВХ.3= (Ом)

 

Примем значение тока покоя транзистора VT2 равным 5 мА

IП2 = 5    (мА)

Примем значение максимального напряжения на участке коллектор-эмиттер равным 20 В, тогда минимальное значение этого напряжения составит:

UКЭ2min= 0,1∙UКЭ2max = 2 (В)

    Рассчитаем значение напряжения UКЭ2:

UКЭ2=Uн+ UКЭ2min (В)

Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT2:

PКдоп2= UКЭ2·IП2 (Вт)

Определим напряжение источника питания:

Ек=2∙UКЭ2 (В)

Примем Ек= (В)

 

Выбираем транзисторы VT1, VT2, в соответствии с полученными параметрами, основные характеристики сводим в таблицу вида:

 

Модель

Тип

P, Вт

Uкэ доп, В

Ikmax, A

βmin

fгр, МГц

Cк, пФ

Iко, мА

VT1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VT2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим ток базы транзистора VT2:

(мА)

Определим ток базы и ток покоя транзистора VT1:

По графику зависимости  от тока эмиттера определяем, что ≈7,5.

(А)

 (А)

Примем значение тока делителя равным:  (А)

Определим значение сопротивления резистора в цепи эмиттера транзистора VT2:

IR8=Iб2+IП2 (А)

 (Ом)

Принимаем R8 = (Oм)

UКЭ2К-R8∙IR8  (В)

UR8=R8∙IR8  (В)

Примем значение сопротивления резистора R7 =6200 Ом:

Тогда:

IR7= Iб1 (А)

UR7=R7∙IR7 (В)

Определим значение сопротивлений резисторов в цепи делителя:

(А)

 (Ом)

Принимаем R5 = (Ом)

UR5=R5∙IR5 (В)

 (В)

 (А)

(Ом)

Принимаем R6 = (Ом)

Будем вести расчет эмиттерного повторителя по переменному току:

Определим эквивалентное сопротивление эмиттера RЭ~ :

RЭ~ = RH || R5 || R6 || R8 (Ом)

Определим коэффициент передачи повторителя:

(Ом)

.

Определим входное сопротивление повторителя:

(Ом)

Определим выходное сопротивление повторителя:

 RВЫХ.П = rЭ2 (Ом)

Определим значение емкости конденсатора С14:

    (Ф)

Примем С14= (мкФ)

Определим входное напряжение повторителя:

 (В)


 Карты режимов

 

    В карте режимов необходимо привести информацию обо всех элементах рассчитанного устройства, сведенную в таблицы, следующего вида:

 

    Резисторы:

Позиционное обозначение R, Ом U, В I, А P, Вт Тип
R1* 22000 0,698 0,000032 0,000022 СП3-30-0,125
           
           
           

          

Конденсаторы:

Позиционное обозначение C, мкФ U, В UMAX, В Тип
С1* 0,043 0,655 25 К10-17
         
         
         

               

Транзисторы:

Позиционное обозначение Uбэ, В Uкэ, В IБ, А IК, А IЭ, А PК, Вт Тип
VT1* 0,638 4,819 0,0000039 0,000029 0,000033 0,00014 1Т311Л
               
               
               

               

Стабилитроны:

Позиционное обозначение UСТ, В I, мА P, мВт Тип
VD1* 12 22,549 0,2705 КС512А1
         
         

 

              *-примеры

Спецификация элементов

    В спецификации элементов необходимо привести информацию о количестве, наименовании, типе и позиционном обозначении (номере) всех элементах рассчитанного устройства, сведенную в таблицы, следующего вида:

Резисторы:

Позиционное обозначение Наименование Количество
R2, R4, R5, R6…* МЛТ-0,125 35
     
     

Конденсаторы:

Позиционное обозначение Наименование Количество
C1, C2, C3, C4, C5…* К10-17 19
     
     

Транзисторы:

Позиционное обозначение Наименование Количество
VT1, VT2, VT3…* 1T311Л 8
     
     

Стабилитроны:

Позиционное обозначение Наименование Количество
VD1* КС512А1 1
     
     

* - примеры


 



Примерные нормы времени на выполнение работы

    Нормы времени на выполнение данной курсовой работы приведены в таблице:

 

Вид работы Расчет Работа со справочными материалами Оформление Работа с преподавателем
Расчет автогенератора с мостом Вина
Составление карты режимов - 0,5ч 0,25ч -
Составление спецификации - 0,5ч 0,25ч -
Проработка теоретической части - 0,5ч -
Защита - - -
Итого:

 

5. Требования к оформлению работы

 

    Оформление контрольной работы производится согласно ГОСТ 7.32-2001 «Отчёт о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления». Пример оформления титульного листа приведен в приложении Б. Оформление карты режимов и спецификаций приведены на страницах 14 и 15 данных методических указаний.

 

Список рекомендуемой литературы.

1. Гусев, Владимир Георгиевич.  Электроника и микропроцессорная техника [Текст] : учебник для студентов вузов / В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев. - 5-е изд., стер. - М. : Высшая школа, 2008. - 799 с.

2. Лачин, Вячеслав Иванович.  Электроника [Текст] : учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки В. И. Лачин, Н. С. Савелов. - 6-е изд., перераб. и доп. - Ростов н/Д : Феникс, 2007. - 703 с

3. Павлов, Владимир Николаевич.  Схемотехника аналоговых электронных устройств [Текст] : учебник для студентов вузов/ В.Н. Павлов, В.Н. Ногин . - 3-е изд. - М. : Горячая линия - Телеком, 2005. - 320 с.



Приложение А

Содержание курсовой работы

Содержание

 

1. Техническое задание.                                                                   

2. Возможная область применения автогенератора                            

3. Выбор блок-схемы.                                                                      

4. Расчет цепи Вина                                                           

5.  Расчет отрицательной нелинейной обратной связи                                 

6. Расчет предварительного усилителя на транзисторах VT3-VT4

7. Расчет повторителя на транзисторах VT1, VT2                              

8. Карты режимов                                                                       

9. Спецификация элементов                                                        

10.Технология производства и изготовления печатных и монтажных плат         

11.Список использованных источников.                                                                      

 



Приложение Б

Пример титульного листа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тюменский ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ университет»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовой работе

по дисциплине «Электроника и схемотехника»

Или

Приложение В

ЭЛЕКТРОНИКА И СХЕМОТЕХНИКА

 

Методические указания к выполнению курсовой работы для технических специальностей заочной формы обучения

(вариант II)

 

 

Составитель

СИДОРОВА Анастасия Эдуардовна

В авторской редакции

 

 

 

 

Ответственный редактор

Кузяков О. Н., д.т.н., профессор

 

Подписано в печать          Формат 60х90 1/16. Усл. печ. л.1,6.

Тираж 35 экз. Заказ № .

 

ЭЛЕКТРОНИКА И СХЕМОТЕХНИКА

 

Методические указания к выполнению курсовой работы для технических специальностей заочной формы  обучения

(вариант II)

 

 

Составитель: А.Э. Сидорова, ассистент

 

Тюмень

ТИУ

2017

 

Электроника и схемотехника: методические указания к выполнению курсовой работы (вариант II) для студентов технических специальностей заочной формы обучения / сост. А. Э. Сидорова; Тюменский индустриальный университет.– Тюмень: Издательский центр БИК, ТИУ, 2017.– 26 с.

 

 

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры кибернетических систем

«_____»  _____________ 2016 года, протокол №___.

 

 


Аннотация

 

Методические указания к выполнению курсовой  работы (вариант II) предназначены для студентов, обучающихся по техническим специальностям.  Дисциплина изучается в одном или двух семестрах.

Приведено содержание части упрощенного инженерного расчета автогенератора с мостом Вина, работающего на низкоомную нагрузку, в приложениях приведено содержание курсовой работы, вид титульного листа, ряды номинальных базовых электронных элементов.

 

 



СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение                                                                                   4

1. Правила выбора темы курсовой работы                             5

2. Типовая структура и требования к содержанию ее разделов     5

3. Рекомендации по выполнению отдельных разделов курсовой работы 6

4. Примерные нормы времени на выполнение работы                   21

5. Требования к оформлению работы                                              21

6. Порядок защиты работы, критерии оценки                                          21

7. Список рекомендуемой литературы                                             22

  Приложение А                                                                            23

 Приложение Б                                                                             24

  Приложение В                                                                            25

 

 



Введение

Назначение методических указаний

В курсовой работе производится выполнение  упрощенного инженерного расчета автогенератора с мостом Вина.

Основными задачами выполнения курсовой работы является формирование у обучающихся необходимых знаний основных электротехнических законов и методов инженерного расчета автогенератора с мостом Вина, работающего на низкоомную нагрузку. Упрощенный инженерный расчет предполагает проведение самых простых алгебраических  вычислений.

В результате выполнения курсовой работы  студент должен

знать:

- принципы работы основных электрических узлов и схем, особенности их применения, их рабочие характеристики;

- элементную базу современных полупроводниковых устройств;

- базовые элементы электроники, их свойства и сравнительные характеристики;

- параметры и характеристики полупроводниковых приборов.

уметь:

- читать электрические и электронные схемы;

- использовать пакеты прикладных программ для произведения инженерных и прочих расчетов, такие как Mathcad.

владеть:

- методами инженерных расчетов для различных электронных узлов и устройств;

- способность анализировать работу электронных схем в нормальном режиме;

- умением принимать решения при выборе и анализе различных электронных элементов.

 


 


Дата: 2018-11-18, просмотров: 435.