Тема 4.1 Физические основы электроники, электронные приборы

Электрический ток в вакууме.

При изучении темы обратите внимание на устройство, принцип действия, характеристики и применение электровакуумных ламп: диод, триод, многоэлектродные электровакуумные приборы.

Электрический ток в газах. Газоразрядные приборы с несамостоятельным дуговым разрядом, с тлеющим разрядом.

При изучении темы обратите внимание на полупроводниковые материалы, собственную и примесную полупроводников. Электронно-дырочный переход и его свойства. Принцип работы, устройства и применение полупроводниковых диодов, триодов. Влияние различных факторов на работу транзисторов. Преимущества полупроводниковых приборов.

Вопросы для самоконтроля

1. Устройство и принцип действия вакуумного диода.

2. Почему вакуумный диод используется как выпрямитель переменного тока?

3. Роль управляющей сетки в триоде?

4. Почему пентод по своим усилительным свойствам является лучшим по сравнению с триодом?

5. Электрофизические процессы, протекающие в газоразрядных приборах при прохождении тока?

6. Приведите примеры газоразрядных приборов с самостоятельным и несамостоятельным разрядов газов.

7. Электронно-дырочный переход и его свойства.

8 Как устроен транзистор, пояснить принцип работы транзистора.

9 Область применения транзисторов.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Контрольная работа состоит из двадцати пяти вариантов. Каждый вариант содержит один вопрос и четыре задачи.

Вариант контрольной работы определяется по двум последним цифрам шифра студента.

При выполнении контрольной работы необходимо соблюдать следующие требования:

- в контрольную работу обязательно выписываются полностью вопросы и условия задач, заносятся схемы и чертежи. После вопроса должен следовать ответ на него. Содержание ответов должно быть четким и кратким;

- вычислениям должны предшествовать исходные формулы;

- для всех исходных и вычислительных физических величин должна указываться размерность; при этом следует иметь в виду, что числовые значения величин можно подставлять только в том случае, если их размерность совпадает;

- при выборе недостающих параметров следует указывать источник, откуда взяты данные величины;

- приводятся необходимые эскизы и схемы, выполняемые карандашом с использованием чертежных инструментов;

На каждой странице оставляются поля шириной 3-4 см для замечаний проверяющего работу. За ответом на последний вопрос приводится список использованной литературы, указывается методическое пособие, по которому выполнены работы, ставится подпись исполнителя и оставляется место для рецензии.

На обложке тетради должен быть приклеен титульный лист утвержденного образца: указывается учебный шифр, наименование дисциплины, курс, отделение, индекс учебной группы, фамилии, имя, отчество исполнителя, точный почтовый адрес.

В установленные учебным графиком сроки студент направляет выполненную работу для проверки в учебное заведение.

Домашние контрольные работы оцениваются «зачтено» или « не зачтено». После получения прорецензированной работы студенту необходимо исправить отмеченные ошибки, выполнить все указания рецензента, повторить недостаточно усвоенный теоретический материал.

Не зачтенная контрольная работа подлежит повторному выполнению.

Задания, выполненные не по своему варианту, не засчитываются и возвращаются студенту.

Варианты заданий к контрольной работе

Таблица 1

Последние цифры шифра № варианта №№ задач Теоретические вопросы
01, 26, 51, 76 1, 4, 9 11
02, 27, 52, 77 1, 4, 9, 11
03, 28, 53, 78 1, 4, 9, 11
04, 29, 54, 79 1, 4, 9, 11
05, 30, 55, 80 1, 4, 9, 11
06, 31, 56, 81 1, 5, 9, 11
07, 32, 57, 82 1, 5, 9, 11
08, 33, 58, 83 1, 5, 9, 11
09, 34, 59, 84 2, 5, 9, 11
10, 35, 60, 85 2, 5, 9, 11
11, 36, 61, 86 2, 6, 9, 11
12, 37, 62, 87 2, 6, 9, 11
13, 38, 63, 88 2, 6, 10, 11
14, 39, 64, 89 2, 6, 10, 11
15, 40, 65, 90 2, 6, 10, 11
16, 41, 66, 91 3, 7, 10, 11
17, 42, 67, 92 3, 7, 10, 12
18, 43, 68, 93 3, 7, 10, 12
19, 44, 69, 94 3, 7, 10, 12
20, 45, 70, 95 3, 7, 10, 12
21, 46, 71, 96 3, 8, 10, 12
22, 47, 72, 97 3, 8, 10, 12
23, 48, 73, 98 3, 8, 10, 12
24, 49, 74, 99 3, 8, 10, 12
25, 50, 75, 100 3, 8, 10, 12

КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Задача № 1

Цепь постоянного тока содержит группы резисторов, соединенных смешанно. Схема цепи представлена на рисунках (1-5). Известные в задачах величины токов, напряжений, мощностей, электрических сопротивлений и номер рисунка указаны в таблице 2.

Индекс тока, напряжения и мощности совпадает с индексом резистора, через который течет ток, на котором действует это напряжение или выделяется эта мощность. Например, через резистор R1 протекает ток I1, на нем действует напряжение U1, выделяется мощность Р1, I - полный ток цепи. Определите все остальные величины, указанные в таблице.

В таблице указаны резисторы и вид соединения. Можно ли считать эти резисторы соединенными таким образом ? Обоснуйте свой ответ.

Виды схем

Тема 4.1 Физические основы электроники, электронные приборы - student2.ru

Тема 4.1 Физические основы электроники, электронные приборы - student2.ru

Тема 4.1 Физические основы электроники, электронные приборы - student2.ru

Тема 4.1 Физические основы электроники, электронные приборы - student2.ru

Тема 4.1 Физические основы электроники, электронные приборы - student2.ru


№ ва- рианта № ри- сунка R1, Ом R2, Ом R3, Ом R4, Ом R5, Ом Rab, Ом U1, В U2, В U3, В U4, В U5, В Uab, В Р1, Вт Р2, Вт Р3, Вт Р4, Вт Р5, Вт Раb, Вт I1, А I2, А I3, А I4, А I5, А Iab, А Резис- торы Вид соединения
      - - - - - - - - - - - - - - - - - - R2 и R3 Послед.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - R2 и R3 Послед.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - R2 и R3 Послед.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - R3 и R5 Параллел.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - R5 и R3 Параллел.
    - - - - - - - - - - - - - - - - - - R2 и R4 Послед.
R1= R2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - R4 и R5 Послед.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - R3 и R4 Параллел.
R1= R2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - R2 и R4 Послед.
R1= R2 - - - - - - - - - - - - - - 2,5 - - - - R3 и R5 Послед.
    - - - - - - - - - - - - - - - - - - - R1 и R5 Послед.
- - - - - - - - - - - - - - - 0,5 - - - - R2 и R3 Параллел.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - R1 и R4 Параллел.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - R4 и R2 Послед.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - R1 и R3 Послед.
    - - - - - - - - - - - - - - - - - - R2 и R3 Послед.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - R3 и R4 Параллел.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - R2 и R4 Послед.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - R1 и R2 Послед.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - R3 и R4 Параллел.
    - - - - - - - - - - - - - - - - - - - R1 и R3 Послед.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - R1 и R2 Послед.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - R2 и R3 Параллел.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - R3 и R4 Параллел.
- - - - - -   - - - - - - - - - - - - R3 и R4 Послед.

Таблица 2

Задача № 2

Неразветвленная цепь переменного тока содержит активные и реактивные сопротивления. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке (схемы 6 – 8 ). Величины всех сопротивлений и один из дополнительных параметров заданы в таблице 3.

Определить:

1) полное сопротивление Z ;

2) напряжение U , приложенное к цепи ;

3) силу тока в цепи I ;

4) угол сдвига фаз (величину и знак);

5) активную P, реактивную Q и полную S мощности, потребляемые цепью.

Начертить в масштабе векторную диаграмму напряжений цепи и подробно объяснить ее построение. Дать определение переменного тока, описать его параметры.

Задача № 3

Разветвленная цепь переменного тока состоит из двух параллельных ветвей, содержащих активные и реактивные сопротивления. Схема цепи приведена на соответствующем рисунке (схемы 9 – 10). Величины всех сопротивлений и один из дополнительных параметров заданы в таблице 3. Все величины, относящиеся к первой ветви, имеют индекс «1», а ко второй – «2».

Определить:

1) токи I1 и I2 в обеих ветвях;

2) ток I в неразветвленной части цепи;

3) напряжение U, приложенное к цепи;

4) активную P, реактивную Q и полную S мощности, потребляемые цепью.

Начертить в масштабе векторную диаграмму токов цепи и дать подробное

пояснение к ее построению.

Расскажите о явлении резонансов токов. Можно получить его в данной цепи или нужно изменить цепь? Каким образом? Какое практическое применение резонанса токов?

Схемы

Тема 4.1 Физические основы электроники, электронные приборы - student2.ru

Тема 4.1 Физические основы электроники, электронные приборы - student2.ru


Тема 4.1 Физические основы электроники, электронные приборы - student2.ru


Тема 4.1 Физические основы электроники, электронные приборы - student2.ru Тема 4.1 Физические основы электроники, электронные приборы - student2.ru  

Таблица 3

№ варианта № рисунка (схемы) R1, Ом R2, Ом X L1, Ом X L2, Ом X C1, Ом X C2, Ом   Дополнительный параметр
- - - QL1 = 150 ВАр
- - - S = 500 В∙А
- - - U = 50 В
- - - P = 800 Вт
- - - I = 5 А
- - U = 40 В
- - QL1 = 500 ВАр
- - I = 4 А
- - QC1 = 160 ВАр
- - P = 24 Вт
- - P = 200 Вт
- - Q = 400 ВАр
- - I = 4 А
- - UC2 = 15 В
- - UL1 = 60 В
- - - Q = 64 ВАр
- - - U = 50 В
- - - I2 = 8 А
- - - P2 = 256 Вт
- - - UL2 = 24 В
- - - - Q = 40 ВАр
- - - - I2 = 6 А
- - - - P = 48 Вт
- - - - U = 8 В
- - - - I1 = 6 А



Задача № 4

В трехфазную цепь переменного тока с линейным напряжением UH включены три группы ламп, соединенных в треугольники. Сопротивление каждой лампы RЛ , силы тока, потребляемого каждой лампой I, мощность одной лампы PЛ.

Определить:

1) фазные токи;

2) активную мощность трехфазной системы,

Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи, из которой определить токи.

Данные для своего варианта взять из таблицы 4. Какое соединение называется соединением в треугольник? Как измерить напряжение фазное, линейное?

Примечание: лампы в каждой фазе соединены параллельно.

Таблица 4

№ варианта U Н, В U Ф, В Количество ламп в фазах Дополнительные величины
АВ ВС СА
- PЛ = 200 Вт
- I = 1,36 А
- RЛ = 161 Ом
- I = 2,27 А
- PЛ = 130 Вт

Задача № 5

Три сопротивления соединены в треугольник и включены в трехфазную цепь переменного тока с линейным напряжением UH. Схема цепи представлена на рисунке 11. В фазах цепи протекают фазные токи IАВ, IВС, IСА, IА, IВ, IС - линейные токи. Цепь потребляет активную P, реактивную Q и полную S мощности. Известные величины указаны в таблице 5, остальные величины необходимо определить. Линейные токи определить из векторной диаграммы, начерченной в масштабе. Построение диаграммы подробно пояснить. Дать определение соединения в треугольник. Как измерить напряжение фазное, линейное?

Таблица 5

№ варианта UН, В RВ, Ом XС,Rc Ом XА, Ом IАВ, А IВС, А IСА, А P, Вт Q, ВАр S, В∙А
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -

Задача № 6

Три сопротивления соединены звездой с нейтральным проводом и включены в трехфазную цепь переменного тока с линейным напряжением UН. Схема цепи представлена на схеме 12. В фазах цепи протекают фазные токи IА; IВ; IС. Цепь потребляет активную P, реактивную Q и полную S мощности. Известные величины указаны в таблице 6, остальные величины необходимо определить. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи, из которой определить ток в нейтральном проводе. Дать определение соединения в звезду. Рассказать о значении нейтрального провода.

Таблица 6

№ варианта UН, В RА, Ом XВ, Ом XС, Ом IА, А IВ, А IС, А PА, Вт QВ, ВАр QС, ВАр
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -
- - - - - -

Задача № 7

По заданной векторной диаграмме (схема 13) для трехфазной цепи с линейным напряжением UН определить характер нагрузки каждой фазы потребителя и вычислить ее сопротивление. Схема соединения фаз потребителя и известные величины заданы в таблице 7. Определить активную P, реактивную Q и полную S мощности трехфазной системы. Начертить схему присоединения нагрузки к сети.

Заданную векторную диаграмму начертить в масштабе, определить графически

линейные токи в случае соединения фаз потребителя в треугольник или ток в нейтральном проводе в случае соединения фаз потребителя в звезду. Дать подробное пояснение к построению векторной диаграммы.

Таблица 7

№ варианта UН, В IАВ, А IВС, А IАС, А Схема соединения
12,7 12,7 12,7 Треугольник
Звезда
Треугольник
12,7 63,5 Звезда
Треугольник

Задача № 8

Три группы сопротивлений соединены звездой с нейтральным проводом (схема 14), Включены в трехфазную цепь переменного тока с линейным напряжением UН. В фазах цепи протекают токи IА, IВ, IС. Фазы нагрузки потребляют активные мощности PА, PВ, PС и реактивные мощности QА, QВ, QС. Известные величины даны в таблице 8. Определить остальные величины таблицы. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи, из которой определить ток в нейтральном проводе. Дать подробное описание к построению векторной диаграммы.

Таблица 8

№ варианта UН. D RB. Ом RС. Ом XA. Ом XB. Ом XC. Ом IA. А IВ. А IС. А PВ, Вт PВ, Вт QА, ВАр QВ, ВАр QС, ВАр
- - - - - - - -
- - - - - - - -
- - - - - - - -
- - - - - - - -
- - - - - - - -

Тема 4.1 Физические основы электроники, электронные приборы - student2.ru Тема 4.1 Физические основы электроники, электронные приборы - student2.ru Тема 4.1 Физические основы электроники, электронные приборы - student2.ru Тема 4.1 Физические основы электроники, электронные приборы - student2.ru

 

Задача № 9 (варианты 1-6)

Для трехфазного трансформатора в табл. 9 заданы тип и номинальные напряжения обмоток Uном1 и Uном2. Трансформатор работает с коэффициентом нагрузки kн и коэффициентом Мощности cos φ2. Пользуясь табл. 9а технических данных трансформаторов, определить:

1) Номинальные токи в обмотках;

2) Токи в обмотках при заданном коэффициенте нагрузки;

3) Активную и реактивную мощности, отдаваемые трансформатором;

4) Потери в обмотках при заданном коэффициенте нагрузки;

5) КПД трансформатора при номинальной нагрузке и заданном коэффициенте нагрузки.

Таблица 9

Номера вариантов Тип Трансформатора Uном1, кВ Uном2, кВ kн cos φ2
ТМ-2500 0,4 0,8 0,85
ТМ-40 0,23 0,75 0,9
ТМ-63 0,4 0,9 1,0
ТМ-100 0,4 0,85 0,92
ТМ-160 0,69 0,7 0,8
ТМ-630 0,4 0,7 0,85

Таблица 9а

Тип Трансформатора Sном, кВ·А Напряжение обмоток, кВ Потери мощности, кВт Uк, % I, %
Uном1 Uном2 Рст Ро ном
ТМ-100/6; 10   0,23; 0,4 0,33 2,27 6,8 2,6
ТМ-160/6; 10   0,23; 0,4; 0,69 0,51 3,1 4,7 2,4
ТМ-250/6; 10   0,23; 0,4; 0,69 0,74 4,2 4,7 2,3
ТМ-400/6; 10 6; 10 0,23; 0,4; 0,69 0,95 5,5 4,5 2,1
ТМ-630/6; 10   0,23; 0,4; 0,69 1,31 7,6 5,5 2,0
ТМ-1000/6; 10   0,23; 0,4; 0,69 2,45 12,2 5,5 2,8
ТМ-1600/6; 10   0,23; 0,4; 0,69 3,3 18,0 5,5 2,6
ТМ-2500/10 0,4; 0,69; 10,5 4,3 24,0 5,5 1,0

Примечание. Трансформатор ТМ - 400/10 - с масляным охлаждением, трехфазный

с Sном=400 кВ·А; Uном1 =10 кВ и Uном2 = 0,23 или 0,4 или 0,69 кВ; потери в стали

Рст = 0,95 кВт; потери в обмотках Ро ном = 5,5 кВт; напряжение короткого замыкания

Uк = 4,5%; ток холостого хода I=2,1%

Задача № 9 (варианты 7-12)

Однофазный трансформатор имеет следующие номинальные величины: мощность Sном, первичное Uном1 и вторичное напряжение Uном2, первичный Iном1, и вторичный Iном2 токи. Коэффициент трансформации равен К. В обмотки находятся ЭДС Е1 и Е2. Магнитный поток равен Фм. Обмотки содержат ω1 и ω2 витков. Частота тока в сети f.

Определить величины, отмеченные прочерками в табл. 9.

Таблица 9

Номера вариантов Sном, кВ·А Uном1, В Uном2, В Iном1, А Iном2, А К Е1, В Е2, В Фм, Вб ω1 ω2 f, ГЦ
- - - - 0,006 - -
- - 1,67 - - - 0,010  
0,5 - - - - 1,73 - 0,003 82,5 -
- - 1,67 - - 0,01 - 2,25 -
- - - - - 0,01 -
- - - - 0,018 - -

Задача 10 (варианты 13-18)

В каждой фазе ротора трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором при пуске наводится ЭДС Е2, а при работе со скольжением s-Е2s. Активное сопротивление фазы ротора равно R2 в любом режиме. Индуктивное сопротивление фазы неподвижного ротора х2, вращающегося х2s. Число витков в фазе ω2, обмоточной коэффициент К2, магнитный поток двигателя Фм. Частота тока в сети f1, во вращающемся роторе f2. Число пар плюсов р, синхронная частота вращения n1, ротора n2. Ток в роторе при нормальной работе равен I2, при пуске I2пуск. Определить величины, отмеченные прочерками в табл.10.

Таблица 10.

Номера вариантов Е2, В s Е2s, B R2, Ом х2, Ом х2s, Ом ω2 К2 Фм, Вб f1, Гц f2, Гц p   n1, об/мин n2, об/мин I2, А I2пуск, А
- - - - 0,94 - - - - 7,6
- 0,02 - 0,4 2,4 - 0,95 0,0132 - - -   -
- 0,1 - 0,075 1,0 - 0,97 0,0145 - - - 17,9 -
- - 0,2 - - 0,98 - - - 712,5 14,7 -
- - 2,2 - - - 0,00132 - - 1,1 -
- 0,4 - 0,048 0,95 - - - -   -

Задача № 10 (варианты 19 - 25)

В табл. 10 задан тип трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Номинальное напряжение двигателя 380В. Пользуясь техническими данными двигателей серии 4А, приведенными в табл. 10а, определить: 1) потребляемую Р1 мощность; 2) номинальный Iном и пусковой Iпуск токи; 3) номинальную частоту n1;

4) номинальный Мном, пусковые моменты Мпуск. Расшифровать условное обозначение двигателя.

Таблица 10

Номера вариантов Тип двигателя
4A250M6Y3
4A250M4Y3
4A100S4Y3
4AP160M4Y3
4A100S2Y3
4A250S6Y3
4A100S4Y3

Таблица 10а

Тип двигателя Рном, КВт n2. об/мин cos φном Iпуск Iном Мпуск Мном Ммах Мном ƞном
4А100 S2У3 0,89 7,5 2,0 2,2 0,86
4А100L2У3 5,5 0,91 7,5 2,0 2,2 0,87
4А112М2СУ3 7,5 0,88 7,5 2,0 2,2 0,87
4А132М2СУ3 0,88 7,5 1,6 2,2 0,88
4А80А4У3 1,1 0,81 5,0 2,0 2,0 0,85
4А90L4У3 2,2 0,83 6,0 2,0 2,2 0,8
4А100S4У3 0,83 6,5 2,0 2,2 0,82
4А100L4У3 0,84 6,5 2,0 2,2 0,84
4А112М4СУ1 5,5 0,85 7,0 2,0 2,2 0,85
4А132М4СУ1 0,87 7,5 2,0 2,2 0,87
4АР160S4У3 0,83 7,5 2,0 2,2 0,865
4АР160М4У3 18,5 0,87 7,5 2,0 2,2 0,885
4АР180S4У3 0,87 7,5 2,0 2,2 0,89
4АР180М4У3 0,87 7,5 2,0 2,2 0,9
4А250S4У3 0,9 7,5 1,2 2,2 0,93
4А250М4У3 0,91 7,5 1,2 2,2 0,93
4А100L6У3 2,2 0,73 5,5 2,0 2,0 0,81
4АР160S6У3 0,83 7,0 2,0 2,2 0,855
4АР160М6У3 0,83 7,0 2,0 2,2 0,875
4АР180М6У3 18,5 0,8 6,5 2,0 2,2 0,87
4А250S6У3 0,89 6,5 1,2 2,2 0,92
4А250М6У3 0,89 7,0 1,2 2,0 0,92
4АН250М6У3 0,87 7,5 1,2 2,5 0,93
4А100L8У3 1,5 0,65 6,5 1,6 1,7 0,74
4АР160S8У3 7,5 0,75 6,5 1,8 2,2 0,86
4АР250S8У3 0,83 6,0 1,2 1,7 0,9
4АР250М8У3 0,84 6,0 1,2 1,7 0,91
4АН250М8У3 0,82 6,0 1,2 2,0 0,92
4А160S4 / 2У3 11 14,5 1460 0,85 0,95 7,5 7,5 1,5 1,2 2,1 2,0 0,85 0,83
4А180S4 / 2У3 18,5 1470 0,9 0,92 6,5 6,5 1,3 1,1 1,8 1,8 0,883 0,85
4А160М8 / 4У3 9 732 0,69 0,92 5,5 7,0 1,5 1,2 2,0 2,0 0,79 0,865
4А160S8 / 4У3 6 745 0,69 0,92 5,0 7,0 1,5 1,2 2,0 2,0 0,765 0,84

Задача № 11 (варианты 1-4)

Мостовой выпрямитель должен питать потребитель постоянным током. Мощность потребителя Р0, Вт, при напряжении питания Uo, В. Следует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены в табл. 11 для схемы выпрямителя, и пояснить, на основании чего сделан выбор. Начертить схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из табл. 11а.

Т а б л и ц а 11

Наши рекомендации

Номера вариантов Типы диодов Ро, Вт Uo, В
  Д214 Д215Б Д224А    
  Д205 Д217 Д302    
  Д243А Д211 Д226А    
  Д214А Д243 КД202Н