Программа, методические указания и контрольные задания
По курсу «Промышленная электроника»
(для студентов заочно-дистанционной формы обучения специальности 5В071800 - «Электроэнергетика»)
Составлена кафедрой “Электроснабжение”
Специальность: 5В071800 – «Электроэнергетика»
АСТАНА 2015
Содержание
1. Программа курса «Электроника»............................................................ 4
2. Список лабораторных работ.................................................................... 7
3. Литература................................................................................................. 8
4. Методические указания и вопросы для самопроверки к разделам курса 9
5.Контрольные работы................................................................................ 40
5.1. Методические указания к контрольным работам............................. 40
5.2. Контрольная работа 1....................................................................... 41
5.3. Контрольная работа 2....................................................................... 46
Программа курса «ПРОМЫШЛЕННАЯ Электроника»
Общие методические указания.
Курс «Промышленная электроника» относится к общеинженерным базовым дисциплинам в системе подготовки бакалавров в области энергетики, содержит широкий комплекс сведений по полупроводниковым приборам, микроэлектронике, по типовым функциональным узлам и различным устройствам электронной аппаратуры, широко применяемой в науке и технике, во всех областях народного хозяйства.
Комплексная автоматизация, телемеханизация, автоматический контроль, регулирование и управление различными производственными процессами невозможны без широкого применения электронной техники.
Цели дисциплины.
Курс «Промышленная электроника» в системе подготовки студентов специальности 5В071800 призван формировать знания, умения и навыки, необходимые будущим инженерам при решении производственных задач, связанных с измерением, контролем и управлением промышленными объектами и технологическими процессами.
В результате изучения курса «Промышленная электроника» студент должен приобрести следующие знания, понятия и умения.
Уметь грамотно применять и эксплуатировать основные виды электронных приборов и устройств, формулировать технические требования на разработку новых узлов:
- -проектировать и разрабатывать нестандартное электронное оборудование на современной элементной базе, предназначенной для информационного обеспечения и сопряжения с управляющими средствами;
- производить экспериментальную настройку и отладку электронного оборудования;
- пользоваться стандартами при разработке конструкторской, исследовательской и других видов документации, использовать стандартную терминологию, определения и обозначение электронных элементов и устройств.
Курс «Промышленная электроника» опирается на понятия и методы, усвоенные студентами при изучении курсов математики, физики и теоретических основ электроники.
Лекционный курс.
Введение. Предмет курса «Промышленная электроника», его связь со смежными дисциплинами, место в общей системе образования. Сведения из истории развития электроники и её роль в хозяйстве и науке.
Пассивные компоненты электронных схем. Постоянные и переменные резисторы. Конденсаторы. Индуктивности. Условно-графические обозначения. Маркировка. Типоряды номинальных значений. Нелинейные резисторы.
Полупроводниковые компоненты электронных схем. Сведения о физических процессах в полупроводниках. Дрейфовое и диффузионное движение носителей заряда в полупроводниках. Электрические процессы в «p – n » переходе.
Полупроводниковые диоды. Условные обозначения. Маркировка. Основные технологические методы изготовления полупроводниковых приборов. Основные параметры. Область применения. Основные типы полупроводниковых диодов: выпрямительные стабилитроны, высокочастотные, фото- и светодиоды, диоды Шоттки, туннельные, варикапы, магнитодиоды и др.
Транзисторы. Биполярные транзисторы. Принцип действия, основные характеристики и параметры. Схемы замещения и биполярного транзистора. h-параметры.
Полевой транзистор с «p – n » переходом. Принцип действия, основные характеристики и параметры. Условно-графические обозначения. Маркировка. Схема замещения.
Полевые транзисторы с изолированным затвором. Классификация. Условно-графические обозначения. Маркировка. Принцип действия, основные характеристики и параметры. Схемы замещения. Составные транзисторы. Перспективные виды транзисторов.
Тиристоры. Классификация. Условно-графическое обозначение. Маркировка. Принцип действия, основные характеристики и параметры. Специальные типы тиристоров: симисторы, двухоперационные тиристоры, фототиристоры, высокочастотные тиристоры, лавинные тиристоры.
Интегральные микросхемы. Классификация. Технологические методы изготовления. Маркировка. Условно-графическое обозначение. Гибридные и полупроводниковые интегральные микросхемы.
Оптоэлектронные компоненты электронных схем. Оптроны диодные, транзисторные, тиристорные. Классификация. Условно-графическое обозначение. Маркировка. Принцип действия. Основные характеристики и параметры. Схемы применения.
Индикаторные приборы. Классификация. Условно-графические обозначения. Принцип действия. Основные характеристики и параметры. Вакуумно-люминесцентные индикаторы. Газоразрядные. Полупроводниковые. Жидкокристаллические индикаторы. Схемы применения.
Маломощные источники вторичного электропитания.
Определения, классификация, основные параметры, структурная схема построения. Однофазные однополупериодный и двухполупериодные выпрямители на активную нагрузку. Принцип выпрямления, параметры. Работа выпрямителя на различные виды нагрузок (RL, RC, RLC). Внешние характеристики выпрямителя. Умножители напряжения. Стабилизаторы напряжения: параметрические, компенсационные, импульсные.
Усилители.
Общие сведения: определение, классификация, основные параметры и характеристики, принцип построения усилительных каскадов.
Усилительные каскады на биполярных транзисторах. Усилительный каскад по схеме с ОЭ: графоаналитический расчёт режима по постоянному току; расчёт основных параметров каскада по переменному току с использованием схемы замещения каскада в физических параметрах. Усилительный каскад по схеме с ОК: акцентируется внимание на отличительных особенностях каскада с ОК от каскада с ОЭ по принципиальной электрической схеме, схеме замещения; расчёт основных параметров. Усилительный каскад по схеме с ОБ: сравнительный анализ каскада по схеме электрической принципиальной и схеме замещения; расчёт параметров. Температурная стабилизация режима покоя.
Усилительные каскады на полевых транзисторах. Усилительный каскад по схеме с ОИ: расчёт режима покоя; анализ каскада по постоянному току с использованием схемы замещения с источником тока и источником напряжения; расчёт основных параметров. Усилительный каскад по схеме с ОС: сравнительный анализ; расчёт основных параметров каскада по переменному току.
Многокаскадные усилители переменного тока. Общие положения. Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики усилителя в области низких частот, средних частот и высоких частот. Коэффициент частотных (линейных) искажений. Амплитудная характеристика усилителя. Коэффициент нелинейных искажений.
Усилители мощности (оконечные). Классы усилителя, коэффициент полезного действия. Усилитель мощности класса А для различных способов включения нагрузки. Двухтактные усилители мощности класса В и АВ, особенности работы усилителей на индуктивную нагрузку.
Обратные связи в усилителях: параллельная, последовательная, по току, по напряжению, положительная, отрицательная; влияние отрицательной обратной связи на параметры и характеристики усилителя.
Усилители постоянного тока. Амплитудно-частотная характеристика, дрейф нуля, непосредственная связь в усилителях постоянного тока, компенсирующее напряжение. Дифференциальные усилительные каскады, с эммитерным источником стабильного тока, с динамической коллекторной нагрузкой, параметры.
Операционные усилители. Определение, обозначение, структурная схема построения, параметры, характеристики. Устройства на ОУ: инвертирующий и не инвертирующий усилитель, сумматор, интегрирующий усилитель, типовые узлы систем управления силовыми преобразователями.
Избирательные усилители. Определение, параметры, характеристики. Частотно- избирательные R-C – цепи: параллельный R-L- контур, двойной Т- образный мост. Примеры построения избирательных усилителей.
Генераторы синусоидальных колебаний.
Определение, структурная схема генератора, условие баланса фаз, условие баланса амплитуд. Генератор с трансформаторной обратной связью, с трёхточечной обратной связью, на операционном усилителе и трёхзвеным R-C-четырёхполюсником и двойным Т- образным мостом.
Импульсные устройства.
Основные преимущества импульсной техники. Параметры импульса и импульсного сигнала. Ключевой режим работы транзисторов. Импульсный режим работы операционного усилителя, компараторы, триггер Шмитта. Мультивибраторы: симметричный, несимметричный, одновибратор. Генераторы линейно изменяющегося напряжения на транзисторах и операционных усилителях.
Цифровая техника.
Основы алгебры логики: аксиомы, законы и теоремы алгебры логики; логические функции; минимизация функции методом карт Карно. Логические элементы на диодах, биполярных транзисторах и полевых транзисторах. Триггеры. Счётчики импульсов. Регистры. Комбинационные интегральные схемы: сумматоры, дешифраторы, мультиплексоры. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. Большие интегральные схемы- микропроцессоры.