Методичка по промышленной электронике. Методические указания и задания для выполнения контрольной работы по дисциплине Основы промышленной электроники
 Скачать 417.73 Kb.
|
|
Учреждение образования «Гомельский государственный политехнический техникум» Заочное отделение СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ Зав. заочным отделением Директор УО ГГПТ УО ГГПТ ________С. Г. Бондаренко _________А. А. Савицкий «____» _________ 2007 «____»___________2007 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ по дисциплине Основы промышленной электроники Специальность: 2-36 03 31 «Монтаж и эксплуатация электрооборудования» Составил преподаватель УО ГГПТ Никулин С.А. Рассмотрены и одобрены На заседании цикловой комиссии Протокол №___________от__________________________ _________________________________________________ Программой предмета "Основы промышленной электроники" предусматривается изучение учащимися устройства, принципа дей- ствия, параметров и характеристик радиоэлементов и электронных приборов, типовых узлов, применяемых в системах управления производственными процессами. В результате изучения предмета учащиеся должны знать: - важнейшие направления развития и применения промышленной электроники; - устройство, принцип действия, схемное обозначение, характе- ристики, область применения элементов электронных устройств, полупроводниковых и фотоэлектрических приборов, интегральных микросхем, приборов для отображения информации; - принципы построения типовых узлов, применяемых в автомати- ке, преобразовательной и вычислительной технике; - пути повышения надежности функционирования устройств с ис- пользованием промышленной электроники. должны уметь: - собирать схемы для проведения лабораторных работ и выпол- нять эксперименты по исследованию электронных приборов и уст- ройств; - обрабатывать результаты лабораторных исследований, анализи- ровать их; - пользоваться контрольно-измерительными приборами, инстру- ментами при проведении лабораторных работ с учетом требований техники безопасности; - пользоваться технической и справочной литературой. Изучение предмета основывается на знаниях, полученных уча- щимися по общеобразовательным предметам, а также по предметам "Теоретические основы электротехники", "Электротехнические ма- териалы”, "Электрические измерения". В свою очередь данный предмет является базой для изучения профилирующих предметов, выполнения курсового и дипломного проектов. При изучении учебного материала необходимо соблюдать Меж- дународную систему единиц, Единую Систему конструкторской до- кументации, единство терминологии и обозначений в соответствии с действующими нормами. Для закрепления теоретических знаний и приобретения необхо- димых практических навыков и умений программой предмета пре- дусматривается проведение лабораторных работ и одной домашней контрольной работы. ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ Промышленная электроника относится к числу наиболее важных курсов для подготовки современных специалистов электротехнических специаль- ностей - электриков, электромехаников, электроэнергетиков и др. В этом курсе будущие специалисты изучают: основные типы приборов и схем, ис- пользуемых в электронике; принцип действия и особенности линейных, импульсных и цифровых устройств для обработки сигналов в электронных системах управления и отображения информации; принцип действия и осо- бенности выпрямителей, инверторов и других преобразователей электриче- ской энергии, применяемых в электроприводе, электроэнергетике и т. д. Электроника охватывает обширный раздел науки и техники, связан- ный с изучением и использованием различных физических явлений, а так- же разработкой и применением устройств, основанных на протекании электрического тока в вакууме, газе и твердом теле. Промышленная элек- троника является одним из направлений технической электроники, которое связано с применением электронных приборов и устройств в промышленно- сти, на транспорте, в электроэнергетике. В свою очередь, в промышленную электронику, обеспечивающую раз- нообразные виды техники электронными устройствами измерения, контро- ля, управления и защиты, а также электронными системами преобразования электрической энергии, входят: 1) информационная электроника, к которой относятся электронные сис- темы и устройства, связанные с измерением, контролем и управлением промышленными объектами и технологическими процессами; 2) энергетическая электроника (преобразовательная техника), связан- ная с преобразованием вида электрического тока для целей электроприво- да, электрической тяги, электротермии, электроэнергетики. Промышленная электроника постоянно развивается. Это определяется в первую очередь непрерывным совершенствованием ее элементной базы, которая прошла несколько этапов развития. Начало развития промышленной электроники было положено создани- ем электровакуумных и газоразрядных приборов. Низкая надежность, сложность эксплуатации, большая потребляемая мощность, громоздкость реализации явились в последующем тормозящими факторами расширения областей применения электроники. Электровакуумные приборы в настоя- щее время находят ограниченное применение в промышленной электрони- ке, а газоразрядные приборы используются преимущественно в виде элементов индикации. Современный этап развития информационной электроники характери- зуется широким использованием компонентов микроэлектроники – аналого- вых и цифровых интегральных микросхемам, микропроцессоров, микроконтроллеров и д.р. Развитие энергетической электроники стимулируется всевозрастающим требованием повышения удельного веса электроэнергии, потребляемой на постоянном токе и на переменном токе нестандартной частоты, а также не- прерывным совершенствованием элементной базы (увеличением единичной мощности силовых полупроводниковых приборов, улучшением их динами- ческих показателей, появлением приборов новых типов). МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ Целью выполнения учащимися контрольной работы является: § закрепление полученных знаний по основным разделам курса предмета; § проверка умения учащихся самостоятельно решать поставленные задачи описательного и расчётного характера; § выработка умений использования технической и справочной литерату- ры. Контрольная работа включает в себя пять заданий по основным разделам предмета: одно теоретическое задание и четыре задания расчет- ного характера. При выполнении контрольной работы необходимо соблюдать следующие требования: § контрольная работа выполняется в тетради объёмом 12 – 18 листов; § на титульном листе обязательно указывается номер варианта контроль- ной работы; § в тетради необходимо оставить поля и место в конце для рецензии про- веряющего; § внимательно читать требования к содержанию ответа на каждое зада- ние; § выполнение заданий может производиться в произвольном порядке; § при выполнении расчётов необходимо приводить формулу, а затем вы- числения в развёрнутом виде, с указанием размерности получаемых величин; § в конце работы обязательно должен быть приведён список используемой литературы; § оформление контрольной работы должно быть аккуратным и в соответ- ствии с требованиями ЕСКД; § контрольная работа сдаётся не позднее, чем за две недели перед нача- лом сессии или в соответствии с графиком. Правильность выполнения контрольной работы оценивается по системе зачтено / незачтено. При определенном количестве ошибок и недочетов работа может быть зачтена с условием доработки, что требует от учащегося выполнения работы над ошибками. Вариант контрольной работы определяет номер учащегося по списку в учебном журнале СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Галкин В.И., Пелевин Е.В. Промышленная электроника и микроэлектроника. – Минск, 2000 2. Забродин Ю.С. Промышленная электроника – М. Высшая школа, 1982 3. Жеребцов И.П. Основы электроники - Л. «Энергоиздат» , 1990 4. Герасимов В.Г. Основы промышленной электроники – М. «В.ш.», 1986 5. Криштафович А.К. Промышленная электроника – М. «В.ш.», 1984 г 6. Горбачёв Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника - М. «Энергоиздат», 1988 _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ При составлении заданий 2, 3 были использованы материалы из практического пособия «Электроника и микропроцессорная техни- ка» - ГГПУ им. Сухого, 2002; задание 4 - ГГПУ им. Сухого При составлении задания 5 были использованы материалы из книги Преображенского В.И. «Полупроводниковые выпрямители» - М. «Энергоиздат», 1986 ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ ЗАДАНИЕ 1 – Элементы электронных устройств Для создания узлов электронной аппаратуры используются пассивные радиоэлементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности), элек- тронные приборы – электровакуумные, ионные, полупроводниковые (дио- ды, транзисторы, тиристоры, интегральные микросхемы), элементы коммутации и др. Используя эти комплектующие элементы создаются уст- ройства, осуществляющие усиление, генерирование, выпрямление и другие преобразования электрических сигналов. В соответствии с вариантом (таблица 1.1) кратко опишите пять типов элементов электронных устройств. Ответ должен включать: § для пассивных элементов (резисторы, конденсаторы, катушки индук- тивности) и коммутационных устройств – назначение, основные пара- метры, классификация, условно-графические обозначения; § для полупроводниковых приборов (диоды, транзисторы, тиристоры, фотоприборы) - назначение, принцип работы, основные параметры, схе- ма включения, вольтамперная характеристика, условно-графическое обозначение; § для интегральных микросхем (ИМС) – определение, классификация, особенности конструкции; § для приборов индикации – назначение, принцип работы, достоинства и недостатки по сравнению с другими видами индикаторов. Таблица 1.1 – Варианты заданий – элементы электронных устройств № вар- та Пассивные элементы Диоды Транзисторы Тиристоры и ИМС Приборы индикации 1 Резисторы Выпрямитель- ные диоды Биполярные Динисторы Газоразрядные 2 Конденсаторы Стабилитроны Полевые с затвором в виде p-n-перехода Тринисторы Электронно- лучевые 3 Катушки индуктивности Варикапы МДП- со встроен- ным каналом Гибридные ИМС Полупроводни- ковые 4 Коммутационные устройства Фотодиоды МДП- с индуцирован- ным каналом Полупроводни- ковые ИМС Жидкокристал- лические 5 Резисторы Стабилитроны МДП- со встроен- ным каналом Тринисторы Полупроводни- ковые 6 Конденсаторы Выпрямитель- ные диоды МДП- с индуцирован- ным каналом Динисторы Газоразрядные 7 Катушки индуктивности Фотодиоды Биполярные Полупроводни- ковые ИМС Жидкокристал- лические 8 Коммутационные устройства Варикапы Полевые с затвором в виде p-n-перехода Гибридные ИМС Электронно- лучевые 9 Резисторы Варикапы МДП- со встроен- ным каналом Полупроводни- ковые ИМС Электронно- лучевые 10 Конденсаторы Фотодиоды Биполярные Гибридные ИМС Жидкокристал- лические 11 Катушки индуктивности Выпрямитель- ные диоды Полевые с затвором в виде p-n-перехода Динисторы Полупроводни- ковые 12 Коммутационные устройства Стабилитроны МДП- с индуцирован- ным каналом Тринисторы Газоразрядные 13 Резисторы Фотодиоды Полевые с затвором в виде p-n-перехода Полупроводни- ковые ИМС Жидкокристал- лические 14 Конденсаторы Варикапы Биполярные Гибридные ИМС Полупроводни- ковые 15 Катушки индуктивности Стабилитроны МДП- с индуцирован- ным каналом Тринисторы Электронно- лучевые 16 Коммутационные устройства Выпрямитель- ные диоды МДП- со встроен- ным каналом Динисторы Газоразрядные 17 Резисторы Фотодиоды Полевые с затвором в виде p-n-перехода Динисторы Полупроводни- ковые 18 Конденсаторы Стабилитроны Биполярные Тринисторы Электронно- лучевые 19 Катушки индуктивности Варикапы Полевые с затвором в виде p-n-перехода Гибридные ИМС Газоразрядные 20 Коммутационные устройства Варикапы МДП- со встроен- ным каналом Полупроводни- ковые ИМС Жидкокристал- лические 21 Резисторы Выпрямитель- ные диоды МДП- с индуцирован- ным каналом Тринисторы Электронно- лучевые 22 Конденсаторы Фотодиоды МДП- со встроен- ным каналом Динисторы Полупроводни- ковые 23 Катушки индуктивности Стабилитроны Биполярные Полупроводни- ковые ИМС Жидкокристал- лические 24 Коммутационные устройства Фотодиоды Полевые с затвором в виде p-n-перехода Гибридные ИМС Газоразрядные 25 Резисторы Варикапы МДП- с индуцирован- ным каналом Полупроводни- ковые ИМС Газоразрядные 26 Конденсаторы Выпрямитель- ные диоды Биполярные Гибридные ИМС Жидкокристал- лические 27 Катушки индуктивности Фотодиоды МДП- с индуцирован- ным каналом Динисторы Полупроводни- ковые 28 Коммутационные устройства Стабилитроны МДП- со встроен- ным каналом Тринисторы Электронно- лучевые 29 Резисторы Стабилитроны Биполярные Полупроводни- ковые ИМС Жидкокристал- лические 30 Конденсаторы Выпрямитель- ные диоды МДП- со встроен- ным каналом Тринисторы Полупроводни- ковые Z н Е с Усилитель ИП ЗАДАНИЕ 2 – Электронные усилители Общие сведения Электронные усилители - это устройства, предназначенные для усиле- ния напряжения, тока и мощности электрического сигнала. Использование усилителей вызвано тем, чтообычно электрические сигналы (напряжения и токи), поступающие в электронные устройства, контроля, управления и преобразования, малы по амплитуде и возникает необходимость увеличивать их до требуемой величины, достаточной для дальнейшего использования (преобразования, передачи, подачи на нагруз- ку). Структурная схема усилителя Источниками вход- ного сигнала могут быть: измерительные датчики, приёмная ан- тенна, микрофон и др. Нагрузка: акустиче- ская система, исполни- тельные устройства (электродвигатели, элек- тромагнитные реле и клапаны), передающая антенна, устройства индикации и др. Мощность, выделяющаяся на нагрузке усилителя, является преобразо- ванной мощностью его источника питания, а входной сигнал только управ- ляет ею. Обычно усилитель состоит из нескольких каскадов усиления, соеди- ненных между собой межкаскадными связями, с помощью которых выход- ной сигнал одного каскада усиления передается на вход следующего. Первые каскады усиления, предназначенные, главным образом для усиле- ния напряжения сигнала, называют предварительными. Их схемное по- строение определяется типом источника входного сигнала. Каскад, служащий для усиления мощности сигнала, называют оконечным или вы- ходным. Их схемотехника определяется видом нагрузки. Так же, в состав усилителя могут входить промежуточные каскады, предназначенные для получения необходимого коэффициента усиления и (или) формирования необходимых характеристик усиливаемого сигнала. Классификация усилителей: 1) в зависимости от усиливаемого параметра входного сигнала усилители напряжения, тока, мощности 2) по роду усиливаемых сигналов - усилители гармонических (непрерывных) сигналов; - усилители импульсных сигналов. 3) по полосе усиливаемых частот - усилители постоянного тока; - усилители переменного тока - низкой частоты, высокой, сверхвысокой и т.д. 4) по характеру частотной характеристики - резонансные (усиливают сигналы в узкой полосе частот); - полосовые (усиливают определенную полосу частот); - широкополосные (усиливают весь диапазон частот). 5) по числу каскадов усиления однокаскадные, двухкаскадные, многокаскадные 6) по типу усилительных элементов - на электровакуумных лампах; - на полупроводниковых приборах; - на интегральных микросхемах. Основные параметры усилителей: 1) Коэффициенты усиления по мощности, по напряжению, по току - коэффициент усиления по мощности - это отношение мощности, отда- ваемой усилителем нагрузке к мощности, подводимой ко входной цепи. К р = Р вых /Р вх ; К р (dB) = 10 lg (Р вых /Р вх ) - коэффициент усиления по напряжению (по току) К u = U вых /U вх ; К I =I вых /I вх ; К u · K I =K p K U(I) (dB) = 20 lg (U(I) вых /U(I) вх ) (коэффициент усиления сильно зависит от f усиливаемого сигнала); |