Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Северо-Кавказский государственный технический университет»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению расчетно-графической работы
по дисциплине: «Электротехника и электроника»
для студентов специальности:
Ставрополь,
2010
Методические указания к выполнению расчетно-графической работы составлены в соответствии с требованиями ГОСВПО, программ дисциплины «Электротехника и электроника».
Указания включают в себя задание на расчетно-графическую работу, примеры расчета на ЭВМ с применением математической оболочки «MathCad». Варианты задания выдаются индивидуально.
Составители:
Рецензент:
Усложнение производственных механизмов, систем автоматизированного контроля и управления производственными процессами указывает на необходимость изучения методов анализа, при которых комплексы элементов электрической цепи, являющиеся частями сложных систем и выполняющих определенные функции, рассматриваются с помощью обобщенных параметров. Такими комплексами элементов цепи являются генерирующие, передающие или преобразующие электромагнитную энергию устройства, усилители и преобразователи сигналов, источники питания, блоки, выполняющие логические операции в цифровых устройствах управления технологическими процессами и т. п.
Отдельные комплексы, являющиеся частями сложных систем, включают в себя линейные и нелинейные элементы цепи, которые образуют внутри таких комплексов сложные электрические цепи. Обобщенные методы анализа систем дают возможность исследовать взаимодействие отдельных комплексов, где исходными для построения этих методов являются основные физические законы электрических цепей – законы Ома и Кирхгофа.
Поэтому, в настоящее время, возрастают требования к организации более углубленного усвоения дисциплины «Электротехника и электроника» студентами неэлектротехнических специальностей.
Используя теоретические знания и пользуясь настоящими методическими указаниями, студент может самостоятельно выполнить расчетно-графическую работу, усвоить физическую сущность электромагнитных явлений, что поспособствует более глубокому усвоению дисциплины «Электротехника и электроника».
1 Формулировка задания и его объем
Расчетно-графическая работа состоит из трех заданий: первое – задача по разделу «Электрические цепи постоянного тока»; второе – по разделу «Электрические цепи синусоидального тока»; третье – по разделу «Электроника».
Исходные данные для расчетов по заданиям выдаются по многовариантным таблицам 1, 2 и 3.
Задание 1. Для электрической схемы, изображенной на рисунках 1–50 и по заданным параметрам в таблице 1 выполнить следующее:
составить систему уравнений, необходимую для определения токов по первому и второму законам Кирхгофа;
найти токи в ветвях, пользуясь методами:
а) контурных токов;
б) узловых потенциалов;
определить показание вольтметра и составить баланс мощностей;
построить в масштабе потенциальную диаграмму для внешнего контура.
|
Рисунок 1 |
Рисунок 2 |
|
Рисунок 3 |
Рисунок 4 |
|
Рисунок 5 |
Рисунок 6 |
|
Рисунок 7 |
Рисунок 8 |
|
Рисунок 9 |
Рисунок 10 |
|
Рисунок 11 |
Рисунок 12 |
|
Рисунок 13 |
Рисунок 14 |
|
Рисунок 15 |
Рисунок 16 |
|
Рисунок 17 |
E1
Рисунок 18 |
|
Рисунок 19 |
Рисунок 20 |
|
Рисунок 21 |
Рисунок 22 |
|
Рисунок 23 |
Рисунок 24 |
|
Рисунок 25 |
Рисунок 26 |
|
Рисунок 27 |
Рисунок 28 |
|
Рисунок 29 |
Рисунок 30 |
|
Рисунок 31 |
Рисунок 32 |
|
R3
Рисунок 33 |
Рисунок 34 |
|
Рисунок 35 |
Рисунок 36 |
|
Рисунок 37 |
Рисунок 38 |
|
E3
Рисунок 39 |
Рисунок 40 |
|
Рисунок 41 |
Рисунок 42 |
|
Рисунок 43 |
Рисунок 44 |
|
R5
Рисунок 45 |
V
Рисунок 46 |
|
Рисунок 47 |
Рисунок 48 |
|
Рисунок 49 |
Рисунок 50 |
Таблица 1 – Варианты задания 1
|
№ варианта |
№ рисунка |
Е1, В |
Е2, В |
Е3, В |
R1, Ом |
R2, Ом |
R3, Ом |
R4, Ом |
R5, Ом |
R6, Ом |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
1 |
1.2 |
55 |
18 |
4 |
8 |
4 |
3 |
2 |
4 |
4 |
|
2 |
1.3 |
36 |
10 |
25 |
4 |
8 |
3 |
1 |
2 |
7 |
|
3 |
1.4 |
16 |
5 |
32 |
9 |
3 |
2 |
4 |
1 |
5 |
|
4 |
1.5 |
14 |
25 |
28 |
5 |
2 |
8 |
2 |
2 |
6 |
|
5 |
1.1 |
20 |
22 |
9 |
1 |
2 |
6 |
3 |
8 |
4 |
|
6 |
1.6 |
5 |
16 |
30 |
9 |
4 |
3 |
2 |
5 |
3 |
|
7 |
1.7 |
10 |
6 |
24 |
3,5 |
5 |
6 |
6 |
3 |
1 |
|
8 |
1.8 |
6 |
20 |
4 |
4 |
6 |
4 |
4 |
3 |
3 |
|
9 |
1.9 |
21 |
4 |
10 |
5 |
7 |
2 |
8 |
1 |
1 |
|
10 |
1.10 |
4 |
9 |
18 |
2,7 |
10 |
4 |
8 |
10 |
2 |
|
11 |
1.11 |
4 |
24 |
6 |
9,0 |
8 |
1 |
6 |
10 |
4 |
|
12 |
1.12 |
16 |
8 |
9 |
2,5 |
6 |
6 |
5 |
10 |
5 |
|
13 |
1.13 |
48 |
12 |
6 |
4,2 |
4 |
2 |
12 |
6 |
2 |
|
14 |
1.14 |
12 |
36 |
12 |
3,5 |
5 |
1 |
5 |
6 |
9 |
|
15 |
1.15 |
12 |
6 |
40 |
2,0 |
3 |
8 |
5 |
7 |
8 |
|
16 |
1.16 |
8 |
6 |
36 |
3,0 |
2 |
1 |
6 |
8 |
6 |
|
17 |
1.17 |
72 |
12 |
4 |
6,0 |
1 |
10 |
4 |
12 |
4 |
|
18 |
1.18 |
12 |
48 |
6 |
2,5 |
1 |
4 |
15 |
2 |
2 |
|
19 |
1.19 |
12 |
30 |
9 |
3,5 |
2 |
3 |
3 |
1 |
3 |
|
20 |
1.20 |
9 |
6 |
27 |
4,5 |
2 |
8 |
13 |
4 |
3 |
|
21 |
1.21 |
15 |
63 |
6 |
5,0 |
3 |
1 |
2 |
12 |
3 |
|
22 |
1.22 |
54 |
27 |
3 |
8,0 |
3 |
1 |
4 |
2 |
2 |
|
23 |
1.23 |
36 |
9 |
24 |
3,0 |
4 |
2 |
1 |
5 |
1 |
|
24 |
1.24 |
3 |
66 |
9 |
1,0 |
4 |
2 |
2 |
7 |
3 |
|
25 |
1.25 |
12 |
30 |
25 |
1,0 |
5 |
1 |
1 |
6 |
4 |
|
26 |
1.26 |
30 |
16 |
10 |
2,0 |
5 |
3 |
1 |
8 |
5 |
|
27 |
1.27 |
10 |
32 |
10 |
1,5 |
6 |
1 |
7 |
1 |
5 |
|
28 |
1.28 |
5 |
10 |
36 |
1,2 |
6 |
3 |
2 |
2 |
2 |
|
29 |
1.29 |
40 |
25 |
8 |
3,0 |
3 |
2 |
4 |
3 |
2 |
|
30 |
1.30 |
8 |
40 |
10 |
5,0 |
3 |
3 |
3 |
2 |
1 |
|
31 |
1.31 |
22 |
24 |
10 |
2,0 |
1 |
8 |
4 |
10 |
6 |
|
32 |
1.32 |
55 |
18 |
4 |
8,0 |
4 |
3 |
2 |
4 |
4 |
|
33 |
1.33 |
36 |
10 |
25 |
4,0 |
8 |
3 |
1 |
2 |
7 |
|
34 |
1.34 |
16 |
5 |
32 |
9,0 |
3 |
2 |
4 |
1 |
5 |
|
35 |
1.35 |
14 |
25 |
28 |
5 |
2 |
8 |
2 |
2 |
6 |
Продолжение таблицы 1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
36 |
1.36 |
5 |
16 |
30 |
6 |
4 |
3 |
2 |
5 |
3 |
|
37 |
1.37 |
10 |
6 |
24 |
3,5 |
5 |
6 |
6 |
3 |
1 |
|
38 |
1.38 |
6 |
20 |
4 |
4 |
6 |
4 |
4 |
3 |
3 |
|
39 |
1.39 |
21 |
4 |
10 |
5 |
7 |
2 |
8 |
1 |
1 |
|
40 |
1.40 |
4 |
9 |
18 |
2,7 |
10 |
4 |
8 |
10 |
2 |
|
41 |
1.41 |
4 |
24 |
6 |
9,0 |
8 |
1 |
6 |
10 |
4 |
|
42 |
1.42 |
16 |
8 |
9 |
2,5 |
6 |
6 |
5 |
10 |
5 |
|
43 |
1.43 |
48 |
12 |
6 |
4,2 |
4 |
2 |
12 |
6 |
2 |
|
44 |
1.44 |
12 |
36 |
12 |
3,5 |
5 |
1 |
5 |
6 |
9 |
|
45 |
1.45 |
12 |
6 |
40 |
2,0 |
3 |
8 |
5 |
7 |
8 |
|
46 |
1.46 |
8 |
6 |
36 |
3,0 |
2 |
1 |
6 |
8 |
6 |
|
47 |
1.47 |
72 |
12 |
4 |
6,0 |
1 |
10 |
4 |
12 |
4 |
|
48 |
1.48 |
12 |
48 |
6 |
2,5 |
1 |
4 |
15 |
2 |
2 |
|
49 |
1.49 |
12 |
30 |
9 |
3,5 |
2 |
3 |
3 |
1 |
3 |
|
50 |
1.50 |
9 |
6 |
27 |
4,5 |
2 |
8 |
13 |
4 |
3 |
Задание 2. Для электрической цепи, схема которой изображена на рисунках 1-50, по заданным в таблице 2 параметрам ЭДС источника определить:
а) токи во всех ветвях цепи и напряжения на отдельных участках;
б) составить баланс активной и реактивной мощностей;
в) построить в масштабе на комплексной плоскости векторную диаграмму токов;
г) построить на комплексной плоскости потенциальную диаграмму напряжений по внешнему контуру:
д) определить показание вольтметра и активную мощность, измеряемую ваттметром.
Рисунок 1 Рисунок 2
Рисунок 3 Рисунок 4
Рисунок 5 Рисунок 6
Рисунок 7 Рисунок 8
Рисунок 9 Рисунок 10
Рисунок 11 Рисунок 12
Рисунок 13 Рисунок 14
Рисунок 15 Рисунок 16
Рисунок 17 Рисунок 18
Рисунок 19 Рисунок 20
Рисунок 21 Рисунок 22
Рисунок 23 Рисунок 24
Рисунок 25 Рисунок 26
Рисунок 27 Рисунок 28
Рисунок 29 Рисунок 30
Рисунок 31 Рисунок 32
Рисунок 33 Рисунок 34
Рисунок 35 Рисунок 36
Рисунок 37 Рисунок 38
Рисунок 39 Рисунок 40
Рисунок 41 Рисунок 42
Рисунок 43 Рисунок 44
Рисунок 45 Рисунок 46
Рисунок 47 Рисунок 48
Рисунок 49 Рисунок 50
Таблица 2 – Варианты задания
|
Номера |
Е,В |
f, Гц |
С1, мкф |
С2, мкф |
С3, мкф |
L1, мГн |
L2, мГн |
L3, мГн |
R1, Ом |
R2, Ом |
R3, Ом | |
|
Вариа- тов |
Рисун-ков | |||||||||||
|
1 |
1 |
100 |
50 |
|
|
100 |
15.9 |
9 |
15.9 |
8 |
3 |
4 |
|
2 |
2 |
120 |
50 |
637 |
|
|
|
15.9 |
15.9 |
8 |
3 |
4 |
|
3 |
3 |
200 |
50 |
|
300 |
|
15.9 |
|
15.9 |
8 |
3 |
4 |
|
4 |
4 |
220 |
50 |
637 |
|
100 |
|
47.7 |
|
8 |
|
4 |
|
5 |
5 |
50 |
50 |
100 |
159 |
|
|
|
115 |
10 |
4 |
100 |
|
6 |
6 |
100 |
50 |
100 |
300 |
|
15.9 |
|
115 |
10 |
|
100 |
|
7 |
7 |
120 |
50 |
|
|
100 |
15.9 |
|
115 |
|
4 |
100 |
|
8 |
8 |
200 |
50 |
|
159 |
|
|
|
115 |
10 |
4 |
100 |
|
9 |
9 |
220 |
5 |
|
318 |
|
15.9 |
|
|
10 |
4 |
100 |
|
10 |
10 |
50 |
50 |
|
637 |
|
15.9 |
|
6.37 |
5 |
|
8 |
|
11 |
11 |
100 |
50 |
637 |
|
100 |
|
15.7 |
|
|
10 |
8 |
|
12 |
12 |
120 |
50 |
|
300 |
100 |
31.8 |
|
|
5 |
|
8 |
|
13 |
13 |
200 |
50 |
|
|
100 |
31.8 |
|
|
5 |
10 |
8 |
|
14 |
14 |
220 |
50 |
637 |
|
200 |
|
15.9 |
|
5 |
10 |
8 |
|
15 |
15 |
150 |
50 |
100 |
|
200 |
|
15.9 |
|
10 |
2 |
10 |
|
16 |
16 |
100 |
50 |
|
1600 |
200 |
31.8 |
|
|
|
8 |
10 |
|
17 |
17 |
120 |
50 |
100 |
|
200 |
|
15.9 |
|
10 |
8 |
10 |
|
18 |
18 |
200 |
50 |
637 |
|
200 |
|
31.8 |
|
|
8 |
10 |
|
19 |
19 |
220 |
50 |
|
1600 |
|
31.8 |
|
95 |
10 |
8 |
|
|
20 |
20 |
50 |
50 |
|
159 |
|
31.8 |
|
95 |
15 |
10 |
10 |
|
21 |
21 |
100 |
50 |
|
159 |
200 |
15.9 |
|
|
15 |
|
10 |
|
22 |
22 |
120 |
50 |
|
159 |
200 |
15.9 |
|
|
|
10 |
20 |
|
23 |
23 |
200 |
50 |
637 |
159 |
200 |
|
31.8 |
95 |
15 |
10 |
20 |
|
24 |
24 |
220 |
50 |
637 |
159 |
|
|
|
95 |
|
10 |
20 |
|
25 |
25 |
150 |
50 |
|
159 |
|
25 |
|
95 |
6 |
10 |
20 |
|
26 |
26 |
100 |
50 |
637 |
159 |
637 |
|
|
95 |
6 |
|
20 |
|
27 |
27 |
100 |
50 |
|
159 |
|
25 |
|
95 |
6 |
4 |
|
|
28 |
28 |
200 |
50 |
|
159 |
637 |
25 |
|
95 |
6 |
|
20 |
|
29 |
29 |
220 |
50 |
637 |
|
637 |
|
9 |
|
6 |
|
20 |
|
30 |
30 |
50 |
50 |
318 |
637 |
|
|
|
31.8 |
|
10 |
40 |
|
31 |
31 |
100 |
50 |
318 |
|
300 |
|
|
31.8 |
|
10 |
10 |
|
32 |
32 |
120 |
50 |
|
|
300 |
19.1 |
15.9 |
31.8 |
40 |
|
10 |
|
33 |
33 |
200 |
50 |
318 |
|
300 |
|
15.9 |
31.8 |
10 |
10 |
40 |
|
34 |
34 |
220 |
50 |
318 |
|
300 |
|
15.9 |
31.8 |
|
10 |
10 |
|
35 |
35 |
50 |
50 |
|
|
|
19.5 |
|
31.8 |
8 |
10 |
4 |
|
36 |
36 |
100 |
50 |
637 |
200 |
200 |
|
31.8 |
95 |
8 |
|
4 |
|
37 |
37 |
150 |
50 |
637 |
200 |
200 |
|
31.8 |
|
8 |
10 |
4 |
|
38 |
38 |
200 |
50 |
|
200 |
200 |
15.9 |
|
95 |
8 |
|
4 |
|
39 |
39 |
220 |
50 |
|
200 |
200 |
15.9 |
31.8 |
95 |
8 |
|
4 |
|
40 |
40 |
50 |
50 |
637 |
200 |
200 |
|
31.8 |
95 |
4 |
40 |
40 |
|
41 |
41 |
100 |
50 |
|
318 |
200 |
9.55 |
|
|
4 |
40 |
4 |
|
42 |
42 |
120 |
50 |
500 |
|
|
|
15.9 |
95 |
4 |
|
4 |
|
43 |
43 |
200 |
50 |
500 |
|
159 |
|
15.9 |
|
40 |
10 |
40 |
|
44 |
44 |
220 |
50 |
|
318 |
159 |
9.55 |
|
95 |
|
10 |
40 |
|
45 |
45 |
50 |
50 |
500 |
159 |
159 |
|
|
31.8 |
35 |
20 |
40 |
|
46 |
46 |
100 |
50 |
500 |
|
|
|
15.9 |
31.8 |
35 |
|
40 |
|
47 |
47 |
120 |
50 |
|
159 |
|
15.9 |
|
31.8 |
35 |
20 |
80 |
|
48 |
48 |
200 |
50 |
318 |
318 |
159 |
|
|
31.8 |
35 |
20 |
80 |
|
49 |
49 |
220 |
50 |
318 |
|
159 |
|
31.8 |
31.8 |
35 |
20 |
80 |
|
50 |
50 |
50 |
50 |
|
318 |
|
15.9 |
|
31.8 |
5 |
10 |
80 |
Задание 3. Рассчитать каскад транзисторного усилителя напряжения, принципиальная схема которого изображена на рисунке, и определить h-параметры выбранного типа транзистора. В результате расчета усилителя должны быть определены:
а) тип транзистора;
б) режим работы выбранного транзистора;
в) значения всех элементов схемы: сопротивление коллекторной нагрузки Rк; сопротивление в цепи эмиттера Rэ; сопротивления делителя напряжения R1 и R2, стабилизирующие режим работы транзистора; емкость разделительного конденсатора Ср; емкость конденсатора в цепи эмиттера Cэ;
г) параметры каскада: коэффициент усиления каскада по напряжению, входное и выходное сопротивления.
Примечания: а) при расчетах считать, что каскад работает в стационарных условиях (Tmin = +15 ºС; Tmax = +25 ºC); б) влияние температуры на режим транзистора в расчетах не учитывать; в) рассчитанные емкости конденсаторов выбирать из ряда E6, а сопротивления резисторов – из ряда E24 (Приложение Г).
Данные для расчета приведены в таблице 3, где Uвыхm – напряжение на выходе каскада; Rн – сопротивление нагрузки;
fн – нижняя граничная частота; Мн – допустимое значение коэффициента частотных искажений каскада в области нижних частот; Епит – напряжение источника питания.
Таблица 3 – Варианты задания 3
|
Номер варианта |
Uвыхm, В |
Rн, Ом |
fн, Гц |
Eпит, В |
Mн |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
1 |
2,0 |
400 |
90 |
16 |
1,20 |
|
2 |
1,0 |
250 |
120 |
9 |
1,25 |
|
3 |
5,0 |
450 |
200 |
27 |
1,30 |
|
4 |
8,0 |
350 |
150 |
32 |
1,30 |
|
5 |
2,4 |
600 |
180 |
9 |
1,25 |
|
6 |
3,4 |
550 |
140 |
12 |
1,25 |
|
7 |
1,6 |
280 |
160 |
6 |
1,20 |
|
8 |
4,0 |
590 |
170 |
17 |
1,20 |
|
9 |
2,2 |
440 |
110 |
9 |
1,40 |
|
10 |
3,4 |
600 |
150 |
12 |
1,40 |
|
11 |
1,5 |
200 |
60 |
9 |
1,30 |
|
12 |
1,7 |
250 |
70 |
6 |
1,30 |
|
13 |
1,8 |
300 |
80 |
9 |
1,30 |
|
14 |
2,0 |
350 |
90 |
12 |
1,20 |
|
15 |
2,1 |
400 |
120 |
15 |
1,20 |
|
16 |
2,3 |
450 |
140 |
18 |
1,20 |
|
17 |
2,5 |
480 |
150 |
24 |
1,40 |
|
18 |
2,7 |
500 |
160 |
27 |
1,40 |
|
19 |
2,8 |
520 |
170 |
24 |
1,40 |
|
20 |
3,0 |
540 |
180 |
20 |
1,35 |
|
21 |
3,1 |
550 |
200 |
18 |
1,35 |
|
22 |
3,2 |
580 |
220 |
15 |
1,25 |
|
23 |
3,5 |
560 |
230 |
12 |
1,25 |
|
24 |
3,6 |
480 |
250 |
9 |
1,20 |
|
25 |
1,8 |
320 |
270 |
6 |
1,30 |
|
26 |
3,0 |
600 |
300 |
15 |
1,20 |
|
27 |
4,0 |
500 |
200 |
12 |
1,30 |
|
28 |
5,0 |
520 |
250 |
12 |
1,30 |
|
29 |
6,5 |
640 |
280 |
18 |
1,25 |
|
30 |
2,5 |
480 |
300 |
16 |
1,25 |
|
31 |
4,5 |
350 |
230 |
15 |
1,40 |
|
32 |
5,0 |
450 |
270 |
20 |
1,50 |
|
33 |
5,0 |
430 |
350 |
15 |
1,50 |
|
34 |
6,0 |
420 |
250 |
14 |
1,40 |
|
35 |
6,0 |
560 |
150 |
24 |
1,40 |
|
36 |
5,5 |
480 |
170 |
27 |
1,30 |
|
37 |
4,0 |
550 |
190 |
15 |
1,20 |
|
38 |
4,0 |
450 |
200 |
18 |
1,25 |
|
39 |
2,5 |
350 |
220 |
10 |
1,25 |
|
40 |
3,0 |
420 |
230 |
12 |
1,40 |
|
41 |
2,0 |
320 |
250 |
9 |
1,30 |
|
42 |
2,5 |
400 |
270 |
15 |
1,30 |
|
43 |
3,5 |
480 |
220 |
12 |
1,20 |
|
44 |
4,5 |
520 |
210 |
19 |
1,20 |
|
45 |
5,0 |
590 |
200 |
15 |
1,35 |
|
46 |
3,0 |
270 |
90 |
20 |
1,40 |
|
47 |
4,0 |
340 |
150 |
24 |
1,40 |
|
48 |
2,0 |
250 |
170 |
12 |
1,30 |
|
49 |
3,0 |
400 |
180 |
18 |
1,30 |
|
50 |
6,0 |
500 |
250 |
20 |
1,20 |
Рисунок – Усилительный каскад на биполярном транзисторе,
включенном по схеме с общим эмиттером