Файл: Учебнометодический комплекс по дисциплине электрооборудование фармацевтического производства для специальности 5В074800 Технология фармацевтического производства.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.01.2024

Просмотров: 205

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Караганда

Тема 7 Импульсные и цифровые устройства Импульсная техника – раздел электроники, предметом которого является разработка теоретических основ, практических методов и технических средств генерирования, преобразования и измерения параметров электрических импульсов, а также исследование импульсных процессов в электрических цепях. Наиболее часто в импульсных электронных устройствах используются импульсы прямоугольной (рис. 34,а), трапецеидальной (рис. 34,б), треугольной (рисунок 34,в) и экспоненциальной (рис. 34,г) формы. Импульсы, формы которых приведены на рис. 34,а…г, являются идеализированными. Форма реальных импульсов не является геометрически правильной из-за нелинейности характеристик полупроводниковых приборов и влияния реактивных сопротивлений в схемах. Поэтому реальные прямоугольные импульсы, наиболее часто используемые в практических импульсных схемах, имеют форму, приведенную на рис. 34,д.Участки быстрого нарастания и спада напряжения или тока называются фронтом и срезом импульса, а интервал, на котором напряжение или ток изменяются сравнительно медленно,- вершиной импульса.Активные длительности фронта τфа и среза τса определяются между уровнями 0,1Um и 0,9Um, где Um – амплитуда импульса. Активная длительность вершины τа оценивается на уровне 0,5Um. Импульс, показанный на рис. 34,д, имеет обратный выброс с амплитудой Um обр. Кроме того, на его вершину наложены затухающие синусоидальные колебания, который, как правило, возникают из-за наличия в схеме паразитных колебательных цепей, образованных распределенными индуктивностями и емкостями. Рисунок 34Упрощенная форма реального прямоугольного импульса показана на рис. 34,е. Спрямленные отрезки ab, bc, cd отображают соответственно фронт, вершину и срез импульса, а отрезки de и ef – нарастание и спад обратного импульса. Скорость нарастания напряжения или тока на рис. 34,е характеризуется крутизной фронта импульса, а убывание напряжения или тока на вершине относительным снижением.Одним из важнейших показателей импульсных сигналов является длительность импульсов. Помимо указанного параметра τа, определяющего активную длительность вершины на уровне 0,5Um, длительность импульса характеризует время tи, определяемое либо на уровне 0,1Um, либо по основанию импульса (рис. 34,е).К основным параметрам импульсов относится период повторения импульсов Т – интервал времени между началом двух соседних однополярных импульсов. Величину, обратную периоду повторения, называют частотой следования импульсов ν. Часть периода Т занимает пауза tп – отрезок времени между окончанием и началом двух соседних импульсов tп = T – tи.Отношение длительности импульса к периоду повторения называется коэффициентом заполненияВеличина, обратная коэффициенту заполнения, называется скважностью импульсовКачество работы импульсных устройств во многом определяется временем восстановления импульса tвос (рис. 34,е). Чем меньше tвос, тем надежнее работает схема, тем выше ее быстродействие.Мультивибраторы. Одним из наиболее распространенных генераторов импульсов прямоугольной формы является мультивибратор, представляющий собой двухкаскадный резистивный усилитель с глубокой положительной обратной связью. Одна из наиболее простых и типичных схем мультивибратора приведена на рис. 35. Элементы схемы подобраны так, чтобы обеспечить идентичность каждого из усилительных каскадов, собранных на однотипных транзисторах VТ1, VT2. При R1 = R4, R2 = R3, C1 = C2 и одинаковых параметрах транзистора мультивибратор называется симметричным. Рисунок 35На рис. 36 приведены временные диаграммы токов, протекающих в транзисторах, и напряжений на коллекторах и базах транзисторов. Исходный момент t0 соответствует тому случаю, когда транзистор VT1 заперт, а транзистор VT2 открыт. Моменты t1, t2, t3 соответствуют переключению схемы. Рисунок 36Базовые логические элементы. Применение двоичной системы счисления в цифровой электронике обеспечивает более высокую скорость выполнения операций и более высокую надежность электронной аппаратуры, т.к. элементной базой для ее построения служат элементы с двумя устойчивыми состояниями. Для описания алгоритмов работы цифровых устройств используется соответствующий математический аппарат, получивший название булевой алгебры или алгебры логики. Каждую конкретную комбинацию значений аргументов называют набором. При n аргументах существует 2n наборов. Для краткости набор записывается в виде двоичного числа, цифрами которого являются значения переменных, расположенных в определенном порядке. Двоичное число, представляющее набор, называется номером набора и обозначается α.. При n аргументах совокупность всех значений функции на 2n наборах содержит 2n нулей и единиц. Каждой функции соответствует своя комбинация этих 2n значений. Общее количество всех возможных функций n аргументов определяется числом .Логические функции одной переменной приведены в таблице 1,Таблица 1

Тематика рефератов:

Тема 1 Электрические цепи

Введение. Основные понятия и элементы электрической цепи.


Электротехника – это область науки и техники, которая занимается изучением электрических и магнитных явлений и их использованием в практических целях.

Электрическая цепь состоит из отдельных частей (объектов), выполняющих определенные функции и называемых элементами цепи. Основными элементами цепи являются источники и приемники электрической энергии (сигналов). Электротехнические устройства, производящие электрическую энергию, называются генераторами или источниками электрической энергии, а устройства, потребляющие ее – приемниками (потребителями) электрической энергии.

Все элементы электрической цепи условно можно разделить на активные и пассивные. Активным называется элемент, содержащий в своей структуре источник электрической энергии. К пассивным относятся элементы, в которых рассеивается (резисторы) или накапливается (катушка индуктивности и конденсаторы) энергия. К основным характеристикам элементов цепи относятся их вольт-амперные, вебер-амперные и кулон-вольтные характеристики, описываемые дифференциальными или (и) алгебраическими уравнениями. Если элементы описываются линейными дифференциальными или алгебраическими уравнениями, то они называются линейными, в противном случае они относятся к классу нелинейных.

Совокупность устройств, предназначенных для получения, передачи, преобразования и использования электрической энергии называется электрической цепью.

Графическое изображение электрической цепи называется схемой. Конфигурация схемы определяется следующими топологическими понятиями: ветвь, узел, контур. Ветвь состоит из одного или нескольких последовательно соединенных элементов, каждый из которых имеет два вывода. Узел – это точка электрической цепи, в которой соединяются три или более ветвей. Контур - это замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям так, что ни одна ветвь и ни один узел не встречаются больше одного раза.

Постоянный ток в проводящей среде представляет собой упорядоченное движение положительных и отрицательных зарядов под действием электрического поля. За положительное направление тока принято движение положительных зарядов.


Основной единицей измерения является – ампер (А).

Основной единицей измерения заряда является - кулон (Кл). Это количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника при токе 1 Ампер за 1 секунду (Q = It; [1Кл] = [1A]·[1c] ).

Напряжение – это работа, совершаемая источником при перемещении единичного положительного заряда по данному участку цепи. Постоянное напряжение для участка проводника:

(1)

или

(2)

где - сила, действующая на положительный заряд q в однородном постоянном электрическом поле с напряженностью ; А – работа электрического поля; - потенциалы однородного постоянного электрического поля в точках а и b участка проводника.

Основная единица измерения напряжения – вольт (В).

; (3)

Противодействие направленному движению свободных электронов под действием электрического поля составляет физическую сущность сопротивления.

Устройство, обладающее сопротивлением и применяемое для ограничения тока, называется резистором.

Основная единица измерения сопротивления – Ом (Ом). Сопротивление проводника равно один Ом, при силе тока в один ампер, если напряжение между его концами один вольт.

Электрические цепи постоянного тока.


(4)

Приведенная выше формула представляет собой запись закона Ома в простейшем виде. Для неразветвленного участка цепи, содержащего последовательно соединенные резисторы r1, r2, …rn и источники ЭДС Е1, Е2, …Еk, расчет проводится в соответствии обобщенным законом Ома

(5)

где Uab – это напряжение между концами участка цепи;
- сумма ЭДС, направление которых совпадают с выбранным положительным направлением тока; - сумма ЭДС, направление которых противоположно с выбранному положительному направлению тока.

Два закона Кирхгофа – основные законы электрической цепи.

Согласно первому закону Кирхгофа, алгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи равна нулю, т.е.

. (6)

Другими словами, в любом узле электрической цепи сумма токов, направленных к узлу, равна сумме токов, направленных от узла. Согласно второму закону Кирхгофа, в любом контуре электрической цепи алгебраическая сумма напряжений на всех резистивных элементах, равна алгебраической сумме ЭДС, включенных в контур, так как:

(7)

В уравнении со знаком «+» записываются токи и ЭДС, направление которых совпадают с произвольно выбранным направлением обхода контура.

Работа, совершаемая при перемещении положительного заряда Q вдоль некоторого неразветвленного участка электрической цепи, не содержащего источников электрической энергии, равна произведению этого заряда на напряжение между концами участка:

A=Q*U. (8)

Для постоянного тока Q = I*t. Тогда [Дж]=[B]·[A]·[c].

Мощность – это работа, выполняемая электрическим полем при перемещении заряда Q в единицу времени

Р=А/ t = U I . (9)

Основная единица измерения мощности – ватт (Вт).

[Вт] = [Дж]/[с] = [B]·[A].

Для резистивных элементов, выражение мощности может быть преобразовано на основании закона Ома

Р = U I = (r·I)·I = r I2; [Вт] = [Ом]·[A2].

В любой электрической цепи должен соблюдаться энергетический баланс – баланс мощностей: алгебраическая сумма мощностей всех источников энергии, равна арифметической сумме мощностей всех приемников энергии, т.е.

или . (10)

Мощность источника следует считать положительной, если положительное направление тока Iист совпадает с направлением действия ЭДС. В противном случае мощность следует считать отрицательной.

Расчет электрических цепей постоянного тока.

Для упрощения расчета и повышения наглядности анализа сложных электрических цепей во многих случаях рационально подвергнуть их предварительному преобразованию.


а) Смешанное соединение резистивных элементов (рис. 1).


Рисунок 1
Расчет смешанного соединения нужно начинать с определения эквивалентной проводимости gэ каждого параллельного соединения резистивных элементов, подключенных к одной и той же паре узлов.

. (11)

После замены параллельного соединения резистивных элементов, эквивалентным резистивным элементом с сопротивлением:

. (12)

Получается эквивалентная схема с последовательным соединением двух резистивных элементов r1 и r2.

Ток в неразветвленной части цепи:

. (13)

Чтобы определить токи в параллельных ветвях, нужно сначала вычислить напряжение между узлами a и b.

Uab = rэ·I1.

Затем токи в ветвях по закону Ома:



в) Метод преобразования цепей.

В ряде случаев расчет сложной электрической цепи упрощается, если в этой цепи заменить группу резистивных элементов другой эквивалентной группой, в которой резистивные элементы соединены иначе, но в целом после такой замены режим работы остальной части электрической цепи не изменится. Для расчета сложных цепей часто применяется преобразование треугольник – звезда.

с) Метод двух узлов.

Исследуемая цепь часто содержит только два узла или может быть преобразована в подобную цепь. Наиболее простым методом расчета в этом случае является метод двух узлов (узлового напряжения).

Так как ветви между узлами а и в соединены параллельно, то напряжение между этими узлами можно выразить через ЭДС ЕК, ток IK и сопротивление rK. По обобщенному закону Ома:

. (14)

Тогда

.

Рисунок 2
, (15)

где - проводимость К-й ветви, Uав - узловое напряжение.

По первому закону Кирхгофа алгебраическая сумма токов в узле цепи равна нулю, т.е.

.

Следовательно,

. (16)

Отсюда

. (17)

В полученной формуле со знаком плюс записываются ЭДС, действующие к узлу А.

Основная литература: [1, 3];

Дополнительная литература: [9, 11].

Смотрите также файлы