3-Б курс, 6-ти летки Калинина Т.В 2 / МУ для выполнения КР ЭиЭ

4. Строим зависимость вращающего момента от скольжения M=f(s) и механическую характеристику двигателя n2=f(M).

4.1. Задаваясь скольжением s от 0 до 1, рассчитываем частоту вращения ротора двигателя:

.

Например,

.

4.2. Задаваясь скольжением s от 0 до 1, подсчитываем вращающий момент двигателя, используя выражение:

Например,

4.3. Данные, полученные в результате расчетов, сводим в табл. 6.2.

			Таблица 6.2
№п/п	s	n2, об/мин	М, Н·м
1	2	3	4
1	0,05	2850	2,5
2	0,1	2700	5,7
3	0,2	2400	5,1
4	0,3	2100	4,0
5	0,4	1800	3,2
6	0,5	1500	2,6
7	0,6	1200	2,2
8	0,7	900	1,9
9	0,8	600	1,7
10	0,9	300	1,5
11	1	0	1,4

4.4. На основании табличных значений (табл. 6.2) строим механическую характеристику двигателя n2=f(M) (рис. 6.10) и зависимость вращающего момента от скольжения M=f(s) (рис. 6.11) двигателя.

Рис. 6.10

100

Рис. 6.11

5. Для определения возможности пуска в ход двигателя, находящегося под номинальной нагрузкой и пониженным напряжением, необходимо определить пусковой вращающий момент при пониженном напряжении.

В соответствии с формулой М = СU2 вращающий момент двигателя пропорционален квадрату подводимого напряжения.

При пониженном напряжении на 10 % вращающий момент:

Соответственно пусковой момент:

, что больше тормозного момента на валу на 2,04 Н·м, т.е. пуск двигателя возможен.

101

6.3. ЗАДАЧА № 5

Тема: «Расчет параметров трехфазного асинхронного двигателя»

В соответствии с исходными данными (табл. 6.4) выполнить расчет параметров трехфазного асинхронного двигателя заданной марки с короткозамкнутым ротором (обмотка ротора соединена «звездой») (прил. 2), а именно:

1)определить потребляемую двигателем мощность;

2)рассчитать номинальный, максимальный и пусковой моменты двигателя, номинальный и пусковой токи, номинальное и критическое скольжение;

3)рассчитать номинальные потери в двигателе;

4)построить зависимость вращающего момента от скольжения M=f(s) и механическую характеристику двигателя n2=f(M);

5)определить, как изменится пусковой момент двигателя при снижении напряжения на его зажимах на 15% и возможен ли пуск двигателя при этих условиях с номинальной нагрузкой;

6)заполнить табл. 6.3.

		Таблица 6.3
Наименование		Ответ
Законы и принцип, положенные в основу	1. _________________
принципа действия АД	2. _________________
	3. _________________
Основные элементы конструкции АД: 1 – не-	1.	_________________
подвижный; 2 – подвижный	2.	_________________
Виды конструкции ротора АД	1.	АД с ___________ ротором
	2.	АД с ___________ ротором
Формула скольжения
Формула частоты вращающегося магнитного
поля АД (синхронная частота)
Формула частоты вращения ротора
Условное обозначение АД с фазным ротором
Условное обозначение АД с короткозамкну-
тым ротором
Формула номинального тока АД
Кратность пускового тока

102

		Таблица 6.4
Задание	Марка асинхронного	Номинальное
	двигателя	напряжение, В
121	4АА56А2У3	220
122	4А63В2У3	380
123	4А355S6У3	380/660
124	4А100L2У3	380
125	4А160S2У3	660
126	4А355M2У3	380/660
127	4АA56A4У3	220
128	4А80A4У3	380
129	4А132M4У3	660
130	4А200M4У3	220/380
131	4А80A6У3	220
132	4А132S6У3	380
133	4А200M6У3	220/380
134	4А250M6У3	220/380
135	4А315S6У3	380/660
136	4А80A8У3	220
137	4А100L8У3	380
138	4А132S8У3	660
139	4А250M10У3	220/380
140	4А315M10У3	220/380
141	4А180M2У3	660
142	4А160M2У3	220/380
143	4АA63B4У3	380
144	4А160S4У3	220/380
145	4А315S8У3	220/380
146	4А355M8У3	220/380
147	4А200M8У3	220/380
148	4A355S10У3	380/660
149	4А280S6У3	220/380
150	4А160M6У3	660

103

7. АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

7.1. Краткие теоретические сведения

В настоящее время трудно определить область техники, в которой не применяются усилители электрических сигналов. Это объясняется необходимостью преобразования параметров электрических сигналов, получаемых при первичном преобразовании неэлектрических физических величин в электрические параметры, необходимые для нормальной работы исполнительных (нагрузочных) устройств. Так, мощность электрического сигнала на выходе типового датчика температуры составляет десятки милливатт. В то же время стабилизация температурного режима, например, ядерного реактора требует электрического сигнала мощностью в десятки и даже сотни киловатт. Следовательно, электрический сигнал датчика должен быть преобразован.

Усилителем называют устройство, предназначенное для усиления входного электрического сигнала по напряжению, току или мощности за счет преобразования энергии источника питания в энергию выходного сигнала. Для обеспечения усиления сигнала усилитель (У) должен включать в себя: нелинейный элемент, управление которым осуществляется электрическим сигналом u1(i1) входной цепи; выходную цепь усиленного сигнала u2(i2); источник питания Еп. В качестве управляемого нелинейного элемента усилителя в электронике используют биполярные и полевые транзисторы. К входной цепи усилителя подключают источник Ес усиливаемого сигнала, а к выходной нагрузочное устройство с сопротивлением ZH (рис. 10.1).

i1		i2
Ec
u1	У	u2	Zн
Zc		Еп

Рис. 7.1. Обобщенная структурная схема усилителя

Действие усилителя заключается в обеспечении условий, при которых маломощный сигнал u1(t) управляет изменениями существенно большего выходного напряжения u2(t), обусловленного наличием в выходной цепи более мощного источника питания Еп.

Прежде, чем рассмотреть принцип действия усилителя проанализируем принцип действия биполярного транзисторов, получившего наиболее широкое применение в качестве основного элемента усилителя.

104

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор это полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n-переходами и тремя выводами. Таким образом, в биполярном транзисторе используются одновременно два типа носителей зарядов: электроны и дырки (отсюда и название биполярный).

Биполярный транзистор содержит два p-n-перехода, образованных тремя областями с чередующимися типами проводимости. В зависимости от порядка чередования этих областей различают транзисторы p n p- и n p n-типа (рис. 7.2). Транзисторы, у которых средняя область обладает электронной проводимостью, называются транзисторами типа p-n-p. Транзисторы, у которых средняя область обладает положительной проводимостью – транзисторами тира n-p- n. Физические процессы, протекающие в транзисторах обоих типов аналогичны.

Рис. 7.2. Условные графические обозначения биполярных транзисторов

Работа биполярного транзистора основана на взаимодействии двух p-n- переходов. Это взаимодействие обеспечивается тем, что толщину b средней области транзистора (базы), разделяющей переходы, выбирают меньше длины свободного пробега (диффузионной длины) L носителей заряда в этой области (обычно b<<L).

Принцип работы биполярного транзистора. Рассмотрим его на примере транзистора n p n-типа, для которого концентрация основных носителей в n-области существенно выше, чем в p-области. Для данной структуры (рис. 7.3) n-область, инжектирующая электроны в соседнюю р-область (левую n-область), называют эмиттером, правую n-область, которая в дальнейшем должна экстрактировать находящиеся в соседней p-области электроны, называют коллектором, а среднюю область базой.

Рис. 7.3. Структура биполярного транзистора n p n-типа

105

Соответственно примыкающий к эмиттеру p-n- переход называют эмиттерным, а примыкающий к коллектору коллекторным. Металлические выводы, привариваемые или припаиваемые к полупроводниковым областям, называют соответственно эмиттерным, коллекторным и базовым выводами.

К левому слою прикладывают прямое постоянное напряжение UЭБ, к правому – обратное UКБ. Под действием электрического поля большая часть электронов из левой n-области, преодолевая p-n-переход, переходит в очень узкую среднюю p-область, образуя эмиттерный ток транзистора IЭ. Здесь большая часть электронов продолжает движение по направлению ко второму переходу (рис. 7.4.). Приближаясь к нему, электроны попадают в электрическое поле, созданное внешним положительным напряжением UКБ. Под влиянием этого поля электроны быстро втягиваются в n-область, образуя коллекторный ток IК и вызывая его увеличение тока, т.к. при этом сильно снижается сопротивление второго перехода.

iБ

Часть инжектированныхРис. 7.4. Схема распределенияв область базытоковэлектроновтранзистореекомбинируютn p n-типа с основными для этой области носителями заряда дырками, образуя ток базы IБ.

Если в цепь эмиттера включить переменное напряжение EC, то оно будет складываться с напряжением батареи UЭБ и изменять ток эмиттера. В результате через эмиттерный переход будет протекать не постоянный, а пульсирующий ток (рис. 7.5).

Рис. 7.5. Схема распределения токов в транзисторе p n р-типа

Изменение силы тока в цепи эмиттера ∆IЭ вызовет изменение тока в цепи коллектора ∆ IК. Однако поскольку не все электроны, испускаемые эмиттером, достигают коллектора, а небольшая часть из них рекомбинирует, т.е. заполняет некоторое количество дырок в базе, изменение силы тока в цепи коллектора будет немного меньше, чем в цепи эмиттера.

106

Так как к эмиттерному (левому) p-n-переходу приложено напряжение в прямом направлении, этот переход имеет малое сопротивление. Правый же коллекторный переход p-n-переход, на который подано напряжение в обратном направлении, имеет большое сопротивление. По этой причине напряжение, прикладываемое к эмиттеру обычно весьма невелико (порядка десятых долей вольта), а напряжение, подаваемое на коллектор, может быть достаточно большим (порядка несколько десятков вольт).

Изменение силы тока в цепи, создаваемого малым напряжением UЭБ, вызывает почти такое же изменение силы тока в цепи коллектора, где действует значительно большее напряжение UКБ. В результате этого в транзисторе происходит усиление мощности.

Схемы включения и основные параметры биполярного транзистора. Би-

полярный транзистор как усилительное устройство может быть представлен в виде четырехполюсника. У линейного четырехполюсника связь между входными и выходными токам и и напряжениями выражается системой двух линейных уравнений. В электронике наибольшее распространение получила система h-параметров четырехполюсника, определяемая следующими уравнениями:

где	при	входное сопротивление;
	при	коэффициент передачи тока;
	при	коэффициент обратной связи
		по напряжению;
	при	выходная проводимость.

В зависимости от того, какой из трех выводов транзистора является общим для входа и выхода четырехполюсника, различают схему включения транзи-

стора с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК).

Основными параметрами, характеризующими транзистор как активный нелинейный четырехполюсник (при любой схеме включения), являются:

коэффициент усиления по току ;

коэффициент усиления по напряжению:

;

коэффициент усиления по мощности

;

величина входного сопротивления:

величина выходного сопротивления:	.
107

Выполнив расчет указанных параметров транзистора для каждой из схем его включения, получают значения, представленные в табл. 7.1. Под величиной RвхБ следует понимать входное сопротивление транзистора для схемы с ОБ.

			Таблица 7.1
Схема		Графическое	Основные параметры
включения		изображение схемы
Общая ба-
за
Общий
эмиттер
Общий
коллектор
			;
Примечание:		=0,95 … 0,99 – коэффициент передачи тока эмиттера; = /(1- ) - коэф-
фициент передачи базового тока.

Анализ данных, приведенных в табл. 7.1, свидетельствует об универсальности схемы с ОЭ, обеспечивающей усиление транзистора как по току, так и по напряжению. Этим объясняется широкое применение указанной схемы включения транзистора.

Высокие значения обусловливают также усилительное свойство транзистора по току, заключающееся в возможности малыми входными токами (током базы) управлять существенно большими токами (током коллектора) в выходной (нагрузочной) цепи.

Классификация усилителей

Классификация усилителей осуществляется по различным признакам их обобщенной структурной схемы (табл. 7.2).

108

										Таблица 7.2
		По роду усилительных элементов
	Ламповые							Транзисторные
		По роду усиливаемой величины
Напряжения					Тока					Мощности
				По числу каскадов
Однокаскадные					Двухкаскадные				Многокаскадные
		По виду усиливаемого сигнала
Усилители гармонических импульсов						Усилители импульсных сигналов
	По диапазону частот усиливаемых сигналов
Усилители	низкой	Усилители		постоян-		Усилители		высокой		Импульсные,	или
частоты (УНЧ) для		ного тока (УПТ) для				частоты (УВЧ) или				широкополосные
усиления	непрерыв-	усиления		медленно		избирательные уси-				усилители	для
ных периодических		меняющихся			напря-	лители,	характери-			усиления сигналов
сигналов в диапазоне		жений и токов в диа-				зующие	небольшими			от нескольких	ки-
низких частот (от де-		пазоне частот от нуля				значениями		отноше-		логерц до несколь-
сятков герц до десят-		до некоторой			наи-	ния верхней и ниж-				ких десятков мега-
ков килогерц)		большей частоты в				ней частот				герц в устройствах
		устройствах		автома-						импульсной связи,
		тики и вычислитель-								радиолокации	и
		ной техники								телевидения

Основные характеристики усилителей

Коэффициент усиления – это отношение установившихся значений выходного и входного сигналов усилителя. Различают:

коэффициент усиления по напряжению:	;
коэффициент усиления по току	;
коэффициент усиления по мощности	;

При каскадном соединении нескольких усилителей произведение их коэффициентов усиления определяет общий коэффициент усиления системы, т.е.

Выходная мощность – это мощность, которая может быть выделена на выходном нагрузочном сопротивлении усилителя:

.

Коэффициент полезного действия – это отношение полезной выходной мощности к мощности, потребляемой всеми источниками питания:

Рвых / Робщ .

Величина входного сопротивления определяется при фиксированном сопротивлении нагрузочного устройства:

109