Методические указания для выполнения контрольных работ (стр. 1 )

Министерство образования

и науки Украины

Сумский государственный

университет

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

по курсу "Электронные устройства систем электроснабжения"

для студентов специальности

0906 Электротехника, 6.0000081 энергоменеджмент

всех форм обучения

Сумы Издательство СумГУ 2006

Методические указания для выполнения контрольных работ по курсу " Электронные устройства систем электроснабжения"./ Составители: , . – Сумы: Изд-во СумГУ, 2006. –  с.

Кафедра Электроэнергетики

Общие методические указания

Курс " Электронные устройства систем электроснабжения" является одной из важнейших дисциплин, изучаемых, при инженерной подготовки специалистов в области электроэнергетики. Современный технический прогресс базируется на широком применении аналоговых и цифровых (микропроцессорных) устройств для автоматического управления, измерения, регистрации и контроля технологического процесса. В последнее время электронная техника особенно активно внедряется в электроэнергетике. Например, в области релейной защиты и автоматики, устаревшие электромеханические устройства заменяются на серийно выпускаемые устройства на микроэлектронной и цифровой элементной базе (цифровые реле и терминалы).

2.  Программа курса, методические указания и вопросы

для самопроверки

ТЕМА 1. Полупроводниковые приборы и элементная база

промышленной электроники

1.1.  Линейные и нелинейные элементы электронных устройств. Типизация, технические характеристики и основные параметры, расчеты, обозначения и назначение в электронных схемах резисторов, конденсаторов, катушек индуктивностей, трансформаторов и исполнительных реле.

1.2.  Краткие сведения об электропроводности чистых и примесных полупроводников: зонная диаграмма кристалла, термогенерация и рекомбинация, зависимость концентрации носителей заряда от концентрации примесей и температуры, зарядовая нейтральность полупроводников.

1.3.  Физические процессы в р-п переходах. Пробой р-п перехода, его разновидности: электрический, тепловой. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) и параметры диодов, стабилитронов, полупроводниковых резисторов и их условное графическое изображение на схемах.

1.4.  Устройство и принцип действия биполярных транзисторов. Вольт-амперные характеристики при включении с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК), параметры и схемы замещения транзисторов.

1.5.  Полевые транзисторы, их разновидности, устройство и принцип действия. Характеристики, схемы замещения и параметры полевых транзисторов в режиме работы с общим истоком.

1.6.  Устройство тиристора, двухтранзисторная модель тиристора, принцип действия и вольт-амперная характеристика, параметры. Особенности включения однооперационных тиристоров в цепях переменного и постоянного тока. Динисторы и симисторы.

1.7.  Интегральные микросхемы, основные разновидности, технико-экономические преимущества микроэлектроники.

1.8.  Элементы оптоэлектроники (оптроны).

Методические указания

При изучении данной темы у студента должно сформироваться представление об основных физических процессах работы полупроводниковых приборов. Наличие в полупроводниках двух типов проводимости п-электронной и р-дырочной приводит к тому, что на р-п переходе возникает скачок потенциала, обусловленный появлением слоя, обедненного носителями заряда, ширина которого зависит от величины и знака напряжения, приложенного к р-п переходу. При прямом включении напряжения, приложенного к р-п переходу, основные носители движутся навстречу друг другу и рекомбинируют, в результате ширина обедненного слоя уменьшается и ток через переход свободно проходит. При обратном включении под действием внешнего поля носители оттягиваются от перехода, в результате ширина обедненного слоя увеличивается и р-п переход запирается.

Ясное представление о механизме односторонней проводимости р-п перехода является основой в понимании работы всех полупроводников.

На основании данных о плоской модели р-п перехода, рассмотренных в курсе общей физики, следует углубить эти сведения, понять механизм электрического пробоя при обратном включении, познакомиться с особенностями вольт-амперной характеристики и параметрами диодов, особенностями их работы в качестве вентилей и стабилизаторов напряжения.

Изучив принцип работы диодов, следует обратить внимание на классификацию диодов и их маркировку (выпрямительные, силовые, импульсные, стабилитроны, фото - и светодиоды и т. д.). Следует обратить внимание на особенности вольт-амперных характеристик и режимы работы диодов разных типов. Для этого рекомендуется познакомиться с этими данными по справочникам, приведенным в списке литературы.

При изучении транзистора необходимо обратить внимание на конструкцию биполярного транзистора и природу взаимодействия эмиттерного и коллекторного р-п переходов, роль базы в этом взаимодействии. Необходимо уметь изображать вольт-амперные характеристики и рассчитывать по ним основные статические параметры транзистора: h11, h12, h21, h22.

На работу транзистора существенное влияние оказывает величина тока коллекторного перехода, поэтому необходимо ясно представлять его физическую природу. При работе транзистора на высоких частотах существенным фактором становится пролетное время неосновных носителей.

При изучении полевых транзисторов следует обратить внимание на процессы, связанные с движением в канале основных носителей-дырок или электронов. Уяснить причины, по которым входное сопротивление полевого транзистора намного больше, чем у биполярного.

Следует обратить внимание на характеристики и конструктивные особенности МДП - и МОП-транзисторов.

При изучении тиристоров необходимо уделить внимание особенностям токопрохождения в р-п-р-п структурах. Понять механизм работы тиристоров можно, воспользовавшись двухтранзисторным аналогом [1, c. 76-79] и, рассмотрев механизм возникновения внутренней положительной обратной связи в приборе, благодаря которому процесс отпирания прибора при подаче запускающего импульса происходит скачкообразно.

Интегральные микросхемы являются основой современной электроники. Изучая этот раздел, следует обратить внимание на технико-экономические преимущества микроэлектроники 3, 4 и 5-го поколений.

Изучая элементы оптоэлектроники, следует обратить внимание на оптроны, особенно транзисторные и тиристорные, все шире применяющиеся в электроэнергетике.

Литература: [1, c. 7-86; 2, с. 9-48].

Вопросы для самопроверки

1.  Что такое электронно-дырочный переход?

2.  Объясните классификацию, назначение и маркировку полупроводниковых диодов и стабилитронов.

3.  Объясните устройство и физические принципы работы биполярных транзисторов. Чем отличаются транзисторы структуры р-п-р и п-р-п?

4.  Приведите схемы включения транзистора п-р-п для снятия входных и выходных ВАХ.

5.  Перечислите и объясните основные малосигнальные параметры транзисторов.

6.  Приведите вольт-амперные характеристики тиристора и объясните принцип действия его и назначение.

7.  Объясните устройство и принцип действия полевого транзистора с изолированным затвором и полевого транзистора с р-п переходом.

8.  Объясните классификацию и маркировку транзисторов и тиристоров.

9.  Приведите условные графические изображения диодов, транзисторов и тиристоров разных типов.

ТЕМА 2. Электронные усилители

2.1. Основные усилительные каскады. Передаточная характеристика транзисторного усилителя по схеме ОЭ, классы усилителя. Графический анализ каскада ОЭ, основные соотношения для выбора режима покоя. Анализ каскада по переменному току: схема замещения каскада, расчет основных показателей каскада. Каскад с отрицательной обратной связью по току, стабилизация режима покоя. Типы обратной связи и их влияние на характеристики усилителей.

2.2. Краткие сведения о других типах усилительных каскадов: каскад с общим коллектором (эмиттерный повторитель) и каскады на полевых транзисторах. Их назначение, устройство, параметры.

2.3. Усилители постоянного тока (УПТ): типы усилительных устройств и их частотные характеристики, особенности непосредственной связи, дрейф нуля. Дифференциальный каскад, его устройство, режим покоя и дрейф нуля, способы подачи входного сигнала, понятие о синфазном сигнале. Практические схемы дифференциальных каскадов, дифференциальный каскад с несимметричным выходом.

Методические указания

Следует изучить физические процессы, происходящие в усилительных схемах и получить представление об основных параметрах. Важно четко представлять себе механизм работы усилительного каскада с общим эмиттером (ОЭ). Следует освоить основные положения анализа и расчета параметров усилителя графоаналитическим методом и с применением эквивалентных схем замещения (определение входных и выходных сопротивлений, коэффициентов усиления по току, напряжению, мощности).

Необходимо уметь строить линию нагрузки на вольт-амперных характеристиках транзисторов (схема ОЭ), уметь выбрать рабочую точку (точку покоя), определять максимальное допустимое значение сигнала на входе, при котором обеспечивается линейный режим усилителя; в ходе изучения работы усилителей нужно уметь рассчитывать цепи термостабилизации. Следует научиться строить амплитудно-частотную характеристику усилителя в заданном частотном диапазоне и по известным параметрам элементов усилителя.

В промышленной электронике широко применяются усилители мощности (УМ), в которых транзисторы работают в нелинейном режиме, что усложняет анализ, однако позволяет улучшить КПД и выходную мощность. В связи с этим необходимо ознакомиться с классами усиления А и В, знать, в каких случаях тот или иной класс предпочтительнее. Понять, какую роль играет выходной трансформатор в УМ, обратив внимание на отличительные свойства двухтактной схемы УМ по сравнению с однотактной. Разобраться в физических основах действия обратных связей (отрицательной и положительной).