Курсовая работа по "Промышленной электронике"

Федеральное агентство по образованию  РФ

Пензенский  Государственный Университет

Кафедра приборостроение

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

Дисциплина: Промышленная электроника

 

 

 

 

Выполнил:

студент гр.07ПГ1

Шунин В.К.

Принял:

д.т.н., профессор

Соловьев В.А.

 

 

 

 

 

Пенза 2010 

Содержание

 

Задание 1………………………………………………………………………….3

Задание 2………………………………………………………………………….6

Задание 3……………………………………………….…………………………9

Задание 4……………………………………………………...…………………13

Задание 5………………………………………………………….……………..15

Задание 6 …………………………………………………………..……………18

Задание 7…………………………………………………………..…………….21

Задание 8…………………………………………………………...……………23

Задание 9………………………………………………………...………………27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 1

Собрать схему  однополупериодного выпрямителя (рис.1), на выходные напряжения U_out=5-1000В, и токи нагрузки 0,005-5А и уровень пульсаций 5мв. Изменяя величину емкости от 0 до 100 микрофарад и величину нагрузки, измерить величину пульсаций и снять осциллограммы.

При С=1 мкФ

 

Величина пульсаций=6,25 В

Частота пульсаций=60 Гц

При С=10 мкФ

 

Величина пульсаций=4,55 В

Частота пульсаций=60 Гц

 

При С=100 мкФ

 

Величина пульсаций=1,1 В

          Частота пульсаций=60 Гц

 

Из показаний  осциллографа видно, что чем больше емкость и выше сопротивление (или  меньше нагрузка), тем величина пульсаций  меньше.

Однополупериодный выпрямитель

Простейшая схема однополупериодного выпрямителя состоит только из одного выпрямляющего ток элемента (диода). На выходе — пульсирующий постоянный ток. На промышленных частотах (50—60 Гц) не имеет широкого применения, так  как для питания аппаратуры требуются сглаживающие фильтры с большими величинами емкости и индуктивности, что приводит к увеличению габаритно-весовых характеристик выпрямителя. Однако схема однополупериодного выпрямления нашла очень широкое распространение в импульсных блоках питания с частотой переменного напряжения свыше 10 КГц, широко применяющихся в современной бытовой и промышленной аппаратуре. Объясняется это тем, что при более высоких частотах пульсаций выпрямленного напряжения, для получения требуемых характеристик (заданного или допустимого коэффициента пульсаций), необходимы сглаживающие элементы с меньшими значениями емкости (индуктивности). Вес и размеры источников питания уменьшаются с повышением частоты входного переменного напряжения.

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 2

Собрать схему двухполупериодного трансформаторного выпрямителя со средней точкой (Рис.2) на входное напряжение 220В и выходные напряжения 5-100В. Изменяя величину емкости от 0 до 100 микрофарад, измерить величину пульсаций и снять осциллограммы.

При С=1 мкФ

 

Величина пульсаций=0,9 В

Частота пульсаций=60 Гц

 

При С=10 мкФ

Величина пульсаций=0,4 В

Частота пульсаций=60 Гц

При С=100 мкФ

Величина пульсаций=0,07 В

Частота пульсаций=60 Гц

При увеличении ёмкости величина пульсаций уменьшается.

В этом выпрямителе используются два вентиля, имеющие общую нагрузку и две одинаковые вторичные обмотки трансформатора(или одну со средней точкой).

Практически схема  представляет собой два однополупериодных  выпрямителя, имеющих два разных источника и общую нагрузку. В  одном полупериоде переменного напряжения ток в нагрузку проходит с одной половины вторичной обмотки через один вентиль, в другом полупериоде - с другой половины обмотки, через другой вентиль.

Преимущество: Эта схема выпрямителя имеет  в 2 раза меньше пульсации по сравнению с однополупериодной схемой выпрямления. Емкость конденсатора при одинаковом с однополупериодной схемой коэффициенте пульсаций может быть в 2 раза меньше.

Недостатки: Более  сложная конструкция трансформатора и нерациональное использование  в трансформаторе меди и стали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 3

Собрать схему  двухполупериодного мостового выпрямителя (Рис.3) на выходные напряжения 5-220В. Изменяя  величину емкости от 0 до 100 микрофарад и величину нагрузки, измерить величину пульсаций и снять осциллограммы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При С=1 мкФ

Величина пульсаций=160 В

Частота пульсаций=60 Гц

При С=10 мкФ

 

Величина пульсаций=55 В

Частота пульсаций=60 Гц

 

При С=100 мкФ

Величина пульсаций=10 В

Частота пульсаций=60 Гц

При увеличении ёмкости величина пульсаций уменьшается

Двухполупериодный выпрямитель

Может строиться  по мостовой или полумостовой схеме (когда, например, в случае выпрямления  однофазного тока, используется специальный  трансформатор с выводом от средней  точки вторичной обмотки и  вдвое меньшим количеством выпрямляющих ток элементов. Такая схема ныне применяется редко, так как более металлоёмка и имеет большее эквивалентное активное внутреннее сопротивление, то есть большие потери на нагрев обмоток трансформатора.

При построении двухполупериодного выпрямителя со сглаживающим конденсатором следует всегда помнить, что переменное напряжение всегда измеряется в «действующем» значении, которое в 1,41 раза меньше его максимальной амплитуды, а выпрямленное напряжение на конденсаторе, в отсутствии нагрузки, будет всегда равно амплитудному. Это означает, что, например, при измеренном напряжении однофазного переменного тока 12 вольт до мостового однофазного выпрямителя со сглаживающим конденсатором, на конденсаторе, (в отсутствии нагрузки), будет напряжение до 17 вольт. Под нагрузкой выпрямленное напряжение будет ниже, (но не ниже величины действующего напряжения переменного тока, если внутреннее сопротивление трансформатора — источника переменного тока — принять равным нулю) и зависеть от ёмкости сглаживающего конденсатора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 4

Собрать схему транзисторного  усилителя с эмиттерным резистором. Провести исследование этой схемы, изменяя величины входных сигналов и величину смещения. Осциллограммы входных и выходных напряжений, при различных режимах, зафиксировать. Определить коэффициент усиления транзисторного каскада усиления

 

 

 

 

 

 

 

Амплитуда выходного  сигнала = 6,3 В

Амплитуда входного сигнала = 2,1 В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 5

Схема для моделирования подавления синфазной помехи. Провести исследование этой схемы, изменяя величины входных сигналов. Вычислить коэффициент подавления синфазной составляющей. Осцилограммы входных и выходных напряжений, при различных режимах, зафиксировать.

U_вх1=10.03 В            U_вх2=10 В

 

 

 

 

U_вх1=10 В             U_вх2=10.03 В

U_вх1=10 В             U_вх2=10 В

 

 

Для моделирования  процесса подавления синфазной помехи используем приведенную выше схему, в которой полезный сигнал формируется  импульсным генератором. Параметры напряжения помехи можно варьировать в широких пределах, в том числе менять и фазу, что часто встречается на практике, когда не удается полностью симметрировать токопроводящие провода. В предположении, что такая асимметрия имеет место, для ее имитации в верхнем источнике напряжение помехи увеличено на 5 мВ.

Полученные  с осциллографа результаты измерений  представлены на рисунках выше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 6

Собрать мостовую измерительную схему с дифференциальным усилителем. Провести исследование этой схемы, изменяя величины  сопротивления в одном из плеч мостовой схемы. Построить НСХ по результатам исследования модели.

Сопротивление плеча, кОм	Выходное напряжение, В
10	0,493
11	0,865
12	1,175
13	1,437
14	1,662
15	1,857
16	2,027
17	2,178
18	2,311
19	2,431
20	2,539

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График НСХ

Резистивные элементы широко используются в датчиках различного свойства и назначения. Это обусловлено их низкой ценой и простотой связи со схемами преобразования электрических сигналов. Резистивные элементы могут быть чувствительны к температуре, механическим деформациям, свету, магнитному полю и другим физическим воздействиям. С помощью резистивных датчиков измеряют вес, давление, влажность, скорость истечения газов и др.

Стабильным  током удобно питать удаленные мостовые схемы, т. к. падение напряжения на питающих проводах не сказывается на точности преобразования. Недостатком мостовых схема с токовым возбуждением является невозможность подключения нескольких мостов к одному источнику.

Точность отсчета  данных с резистивных датчиков напрямую связана с точностью поддержания величины тока или напряжения возбуждения. Отсюда вытекают высокие требования к точности и стабильности соответствующих источников.

Из графика  НСХ видно, что схем нелинейна.

Нелинейность  функциональных зависимостей также  нежелательна, поэтому представляют большой практический интерес схемы, устраняющие нелинейность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 7

Собрать мостовую измерительную схему с дифференциальным усилителем устраняющую нелинейность НСХ. Провести исследование этой схемы, изменяя величины  сопротивления в одном из плеч мостовой схемы. Построить НСХ по результатам исследования модели.

 

Сопротивление плеча,кОм	Выходное напряжение,мВ
10	24
10,5	48
11	72
11,5	96
12	120
12,5	144
13	168
13,5	192
14	216

 

Дифференциальные  усилители (ДУ) находят применение в  качестве масштабирующих преобразователей для датчиков с малым выходным сигналом в условиях сильных промышленных помех, например, термопар, тензометров  сопротивлений, емкостных датчиков, датчиков биотоков и т.п. Делитель напряжения на входе используется для того, чтобы коэффициенты усиления сигналов U1 и U2 сделать равными.

Схема, устраняющая  нелинейность приведена на рисунке. Напряжения на входах ОУ совпадают  и равны половине напряжения возбуждения.Эта схема не только линеаризует зависимость выходного напряжения от приращения сопротивления резистивного датчика, но и имеет в 2 раза большую чувствительность чем схем а с пассивным мостом. К тому же выходной сигнал этой схемы не содержит синфазной составляющей.

Как видно из графика номинальной статической  характеристики, эта схема линейна.

 

 

Задание 8

Собрать модель мультиплексора аналоговых сигналов. Провести исследование этой схемы, изменяя  напряжение отсечки полевого транзистора и сопротивление Rf. Определите погрешность передачи сигнала при различных значениях напряжение отсечки полевого транзистора и сопротивления Rf .

 

Аналоговый  сигнал 1:

При =1кОм, изменяя напряжение отсечки полевого транзистора:

, В	, B	Погрешность передачи сигнала
0	4,5683	0,4317
2	5,6581
4	7,6260
6	9,6080
8	11,60
10	13,59