курсовой проект по электрики. Курсовой проект ПБ Электроустановок. Курсовой проект по дисциплине Пожарная безопасность электроустановок

• Название: Курсовой проект по дисциплине Пожарная безопасность электроустановок
• Анкор: курсовой проект по электрики
• Дата: 02.03.2023
• Размер: 355.77 Kb.
• Имя файла: Курсовой проект ПБ Электроустановок.docx
• Тип: Курсовой проект; #965039

Министерство Российской Федерации

по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям

и ликвидации последствий стихийных бедствий

Ивановская пожарно-спасательная академия

Государственной противопожарной службы
Кафедра Пожарной безопасности в электроустановках


Курсовой проект

по дисциплине «Пожарная безопасность электроустановок»

Тема: Особенности возникновения и развития пожаров

Выполнил: Сайнароев К.Б., отделение заочного обучения факультета подготовки инженерных и управленческих кадров института безопасности жизнедеятельности, 3 курс, ПБ-3.2.19(М) учебная группа Руководитель: Дата защиты: «___»__________2022 г. Оценка: _____________________ _____________________ (подпись преподавателя)

Содержание

Кафедра Пожарной безопасности в электроустановках 1

Курсовой проект 1

Содержание 2

Введение 3

Задание на курсовой проект 5

Расчет транзисторного усилителя 6

Расчет выприямителя 15

Заключение 18

Список использованных источников 19

Введение

Усилителями называются устройства, в которых сравнительно маломощный входной сигнал управляет передачей значительно большей мощности из источника питания в нагрузку. Наибольшее распространение получили усилители, построенные на полупроводниковых усилительных элементах (биполярных и полевых транзисторах); в последние годы усилители преимущественно используются в виде готовых неделимых компонентов — усилительных ИМС. Простейшая ячейка, позволяющая осуществить усиление, называется усилительным каскадом.

Электрические сигналы, подаваемые на вход усилителей, могут быть чрезвычайно разнообразны; это могут быть непрерывно изменяющиеся величины, в частности гармонические колебания, однополярные или двухполярные импульсы. Как правило, эти сигналы пропорциональны определенным физическим величинам. В установившихся режимах многие физические величины постоянны либо изменяются весьма медленно (напряжение и частота сети, частота вращения двигателя, напор воды на гидроэлектростанции). В переходных и особенно аварийных режимах те же величины могут изменяться в течение малых промежутков времени. Поэтому усилитель должен обладать способностью усиливать как переменные, так и постоянные или медленно изменяющиеся величины. Такие усилители являются наиболее универсальными и распространенными. По традиции их называют усилителями постоянного тока (УПТ), хотя такое название и не вполне точно: УПТ усиливают не только постоянную, но и переменную составляющую (приращения сигнала) и в подавляющем большинстве случаев они являются усилителями напряжения, а не тока.

Каскады усиления мощности: в этих усилителях при проектировании выходного каскада усилителя энергетические вопросы являются первостепенными. В таких усилителях необходим высокое значение КПД, так как только при высоком значении КПД могут быть снижены потери энергии источника питания, уменьшен нагрев полупроводниковых приборов и снижена их мощность. Каскады усиления мощности отличаются от остальных схем не только своей структурой, но и особенностями расчета. Можно считать, что в известной степени каскады усиления мощности относятся к схемам энергетической электроники, при создании которых в первую очередь необходимо обеспечить благоприятные энергетические соотношения.

Усилители электрических сигналов в настоящее время нашли широкое применение во всех отраслях хозяйства, в том числе и в пожарной автоматике.

Задание на курсовой проект

Последняя цифра номера удостоверения (зачетной книжки)	9
Uвых,В	1
Rн,Ом	4
Uвх,мВ	65
Rи, Ом	1000
Мн=Мв	2,1
(fн-fв),Гц	50 - 20000

Предпоследняя цифра номера удостоверения(зачетной книжки)	Наименование	Стpуктуpа	UКБО (и) В	UКЭО (и) В	IKmax (и) мА	РKmax (т) Вт	h121э	IКБО мкА	frp МГц
8	КТ315И	n-p-n	60	60	50	0.1	30	0.1	250

Расчет транзисторного усилителя

1. 
   Определить и обосновать тип транзистора.
   
2. 
   Определить и обосновать тип выпрямителя.
   
3. 
   Определить сопротивление коллекторной нагрузки.
   
4. 
   Определить сопротивление в цепи эмиттера.
   
5. 
   Определить емкость конденсатора в цепи эмиттера.
   
6. 
   Определить коэффициент усиления каскада по напряжению.
   

Определяем значение сопротивления

Задаемся начальным значением R_к, которое обычно принимают для повышения коэффициента усиления большим, чем R_н в раз.



Определяем значение сопротивления

Для обеспечения термостабилизации режима покоя транзистора значение сопротивления R_э должно быть как можно больше. Но его увеличение приводит к уменьшению падения напряжения на сопротивлении R_к, а следовательно к уменьшению коэффициента усиления транзисторного усилителя. Поэтому принято выбирать значение R_э в пределах .



Выбираем тип транзистора

При выборе транзистора руководствуются следующими соображениями:

а) Определяем предельно-допустимый ток.





Где:

– наибольшая возможная амплитуда тока нагрузки;

наибольший допустимый ток коллектора, приводится в справочниках,

- амплитуда выходного напряжения.
б) Определяем предельно-допустимое напряжение коллектор-эмиттер.

Выбор предельно-допустимого напряжения коллектор-эмиттер производится по напряжению питания усилителя.



Где:

– наибольшее допустимое напряжение между коллектором и эмиттером приводится в справочниках.

Но поскольку напряжение питания нам предстоит еще определить, то воспользуемся приближенной формулой его расчета:






в) Для выбранного типа транзистора КТ315И значения коэффициентов усиления по току для ОЭ и (или h121э). В некоторых справочниках дается коэффициент усиления по току для схемы ОБ и начальный ток коллектора . Тогда (при выборе режима работы транзистора необходимо выполнить условие ).

г) Для каскадов усилителей напряжения обычно применяют маломощные транзисторы.

д) К заданному диапазону температур удовлетворяет любой транзистор.

Примечание. Произведенный выбор транзистора носит ориентировочный характер и в процессе расчета требует проверки.
Определяем параметры режима покоя транзистора

Приняв сопротивление конденсатора равным нулю, то можно использовать для расчета тока эквивалентную схему замещения.

Определяем амплитуду тока коллектора транзистора:




Выбираем , где должно превышать область нелинейных искажений в режиме отсечки.



Напряжение покоя определяем неравенства

,


где напряжение на коллекторе, соответствующее области нелинейных начальных участков выходных характеристик транзистора.

Определяем напряжение питания .

По второму закону Кирхгофа для основной цепи транзисторного усилителя для режима покоя составим уравнение:

,

Где:

- падение напряжения на сопротивлении в режиме покоя,

- падение напряжения на сопротивлении в режиме покоя,

- падение напряжения на электродах транзистора коллектор – эмиттер в режиме покоя.

Падение напряжения на сопротивлениях и определяются из уравнений:

,

.

Ток эмиттера в режиме покоя равен:

.

Поскольку ток базы в десятки раз меньше , то для упрощения расчетов примем .

Тогда уравнение для определения напряжения источника питания примет вид:





Строим линию нагрузки и определяем режим работы транзистора

Режим работы транзистора по постоянному току определяется по нагрузочной прямой , построенной на семействе выходных статических (коллекторных) характеристик для схемы с ОЭ.



Рисунок 2 – Входные и выходные характеристики транзистора КТ315И
Построение нагрузочной прямой показано на рисунке 2. Нагрузочная прямая строится по двум точкам: точка покоя (рабочая) и , определяемая значением напряжения источника питания . Координатами являются ток покоя и напряжения покоя (т. е. ток и напряжение, соответствующие нулевому входному сигналу ).

Определяем положение рабочей точки

по значению тока базы , полученной для рабочей точки на выходной характеристике.

Строим линию нагрузки по переменному току которая проходит через точку и точки 1, 2, полученные на пересечении прямых и (точка 2) и прямых и (точка 1).

На входной статической характеристике для схем ОЭ (рис. 2) откладываем точки и по значениям и , найденных на выходной характеристике. Определяем значение и наибольшие амплитудные значения входного напряжения , необходимые для обеспечения заданного значения .
Точка (1): (I_кп+I_km; U_kэп-U_вых.m)→(0,02+1,2;6-1) → (1,4;5);

Точка (2): (I_кп-I_km; U_kэп+U_вых.m)→(0,02-1,2;6+1) → (1;7);

Точка (П’): П’= I_бп = к_п*ΔI_б=2*0,1 = 0,2 мА;

Точка (1’): 1’ = I_б1 = к₁* ΔI_б = 3,5*0,1 = 0,35 мА;

Точка (2’): 2’ = I_б2 = к₂* ΔI_б = 0,5*0,1 = 0,05 мА;

I_вхт = I_бт= I_бп-I_б2 = 0,2-0,05 = 0,15 мА;

U_вхт = U_бэт = U_бэп-U_бэ2 = 0,45-0,38 = 0,07 В;

ранзистор нагрузка ток каскад

Определяем входное сопротивление транзисторного каскада переменному току (без учета делителя напряжения и ):



Рассчитываем сопротивления делителя и . Для уменьшения шунтирующего действия делителя на входную цепь каскада по переменному току принимают , где

Тогда ,



Примечание. Значения всех полученных сопротивлений необходимо выбирать из параметрического ряда номиналов сопротивлений Е24.

С учетом параметрического ряда номиналов получим: R1=680000 Oм, R2=4000 Ом

Коэффициент нестабильности работы каскада




где наибольший возможный коэффициент усиления по току выбранного типа транзистора.

Для нормальной работы каскада коэффициент нестабильности не должен превышать нескольких единиц.

Определяем емкость разделительного конденсатора :
; ,
выходное сопротивление транзистора, определяемое по выходным статическим характеристикам для схемы ОЭ. В большинстве случаев » , поэтому можно принять ;



Находим емкость конденсатора

.

Выбираем из параметрического ряда для емкостей номиналы конденсаторов и (приложение 1).



Рассчитываем коэффициент усиления каскада по напряжению



.

Расчет выприямителя

Выпрямитель источника напряжения строится по схеме изображенной на рисунке. Трансформатор Т понижает напряжение сети до 18 В, диоды V1-V4, включенные по мостовой схеме, выпрямляют это напряжение, а конденсатор фильтра C_ф сглаживает его пульсации.



Нагрузкой выпрямителя является стабилизатор напряжения питания усилителя , отсюда имеем исходные параметры для расчета выпрямителя:

U_н = 60 В

I_{н макс} = 0,1 мкА

Далее, зная ток нагрузки, определяем максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:



Т. о., для выпрямителя можно использовать диоды серий Д7, Д226, Д229 с любыми буквенными обозначениями, поскольку их средний выпрямленный ток и обратное напряжение значительно больше расчетных.

Выбираем диоды Д226Б.

Обратное напряжение диодов должно быть в 1.5 раза больше напряжения источника питания:



Емкость фильтрующего конденсатора определяют по формуле:


Номинальное напряжения конденсатора С_ф берем равным 60В.

Теперь произведем электрический расчет трансформатора блока питания. Габаритная мощность трансформатора.



Здесь  = 0.8 – коэффициент полезного действия трансформатора. Им мы задаемся.

Далее, площадь сечения сердечника составит



Легко видеть, что в данном случае имеет смысл использовать магнитопровод с минимальной площадью сечения сердечника, поэтому принимаем магнитопровод УШ2x2 (площадь поперечного сечения принимается равной 0,4 см²).

Далее, рассчитываем число витков на 1 вольт:



где k берется равным 40. Теперь число витков первичной обмотки


а вторичной



Ток первичной обмотки



Выберем для обеих обмоток провод ПЭВ-2. Диаметр провода первичной обмотки



где p = 0.69 для выбранного типа провода. Диаметр провода вторичной обмотки



Таким образом, для первичной и вторичной обмоток трансформатора можно использовать провод диаметром 0,15 – 0,2 мм.

Заключение

В данной курсовом проекте рассмотрен принцип работы усилителя на БПТ с расчетом одного каскада и построением выходных и входных характеристик. В соответствии с ГОСТ выполнены также чертежи усилительного каскада и выпрямителя.

При выполнении данного курсового проекта были найдены тип транзистора, режим работы транзистора, сопротивление коллекторной нагрузки, сопротивление в цепи эмиттера, сопротивление делителя напряжения, емкость разделительного конденсатора, емкость конденсатора в цепи эмиттера и коэффициент усиления каскада по напряжению.

Рассчитывая усилитель, я усвоил основу работы усилительных устройств и электрических цепей в целом, научился пользоваться справочниками по микроэлектронике.

Список использованных источников

1. Григораш О. В. Электротехника и электроника: учебник для вузов / О. В. Григораш, Г. А. Султанов, Д. А. Нормов. – Ростов н/Д: Феникс, Краснодар: Неоглори, 2008. – 462 с.

2. Немцов М. В. Электротехника и электроника: учебник / М. В. Немцов – М.: Изд-во МЭИ, 2003. – 504 с.

3. Полупроводниковые приборы: транзисторы: справочник / под ред. Н. Н. Горюнова. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

4. Лавриненко В. Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. Киев: Техника, 1980.

5. Справочник радиолюбителя-конструктора, – М.: Энергия, 1977.

6. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / под ред. Б. Л. Перельмана, – М.: Радио и связь, 1981.