Объяснения к курсовому (Объяснения к курсовому)

Посмотреть архив целиком

9




Структура и содержание курсового проекта.


1. Задание.


1.1. Рассчитать процессы изменения во времени токов и напряжений в электрической схеме, представленной на чертеже 1, данные элементов которой приведены в перечне, прилагаемом к чертежу. Расчет процессов дать для первого цикла, возникающего при скачкообразном возникновении напряжений питания, а также для стационарного режима.


1.2. По результатам расчета построить в масштабе по осям координат временные диаграммы напряжений в контрольных точках, указанных на электрической схеме, а также временные диаграммы тока коллектора силового транзистора, входящего в ее выходной каскад, и напряжения коллектор-эмиттер. Все временные диаграммы привести отдельно для первого цикла работы схемы, а также для стационарного режима. Во временных диаграммах, относящихся к первому циклу, в качестве начала оси времени принять момент подачи напряжений питания. Во временных диаграммах, относящихся к стационарному режиму работы, в качестве начала оси времени принять момент отпирания силового транзистора.


2. Краткая характеристика электрической схемы, подлежащей анализу.


Представленная в задании для анализа электрическая схема образована совокупностью активных элементов, соединенными электрическими цепями прямых и обратных связей. Под активным элементом понимается устройство в виде многополюсника, содержащего входные и выходные сигнальные цепи. Основное свойство активного элемента состоит в том, что состояние выходных цепей многополюсника является функцией сигналов во входных цепях, а мгновенная мощность электрических процессов, которые возникают при изменении состояния выходных цепей, - выше (обычно значительно выше), чем мощность входных сигналов. Электрическая цепь прямой связи расположена между выходной цепью данного активного элемента и входной цепью следующего. Электрическая цепь обратной связи расположена между выходной цепью данного активного элемента и входной цепью либо его самого, либо одного из предыдущих активных элементов.

Простейшим активным элементом является триодная структура. В ней имеется одна входная цепь и одна выходная. Они объединены общей точкой (выводом). Свойство триодной структуры состоит в том, что состояние выходной цепи зависит от параметров сигнала во входной цепи (от величины напряжения или тока). Математически состояние выходной цепи описывается уравнениями, связывающими между собой напряжение и ток в выходной цепи с параметрами электрического сигнала во входной цепи. Для упрощения эти уравнения обычно преобразуют так, чтобы выходную цепь представить эквивалентной схемой замещения. Вид этой схемы и ее параметры зависят от параметров сигнала во входной цепи.

Более сложные активные элементы выполнены на основе полупроводниковых интегральных схем. Они обычно содержат как несколько входных сигнальных цепей, так и несколько выходных. Как правило, входные цепи объединены общей шиной. Поэтому несколько входных цепей отождествляются с несколькими управляющими выводами (входами). Напряжение в каждой из таких входных цепей численно равно потенциалу соответствующего управляющего входа относительно общей шины. Состояния выходных цепей в активных элементах, выполненных на основе интегральных схем, зависят от совокупности потенциалов, поданных на управляющие входы. Математически состояние каждой из выходных цепей описывается уравнениями, связывающими между собой напряжение и ток в данной выходной цепи с потенциалами, заданными на управляющие входы. Для упрощения эти уравнения обычно преобразуют так, чтобы каждую выходную цепь представить эквивалентной схемой замещения. Вид этой схемы и ее параметры зависят от потенциалов на управляющих входах.

Эквивалентные схемы замещения входных цепей активных элементов, выполненных на основе полупроводниковых интегральных схем, как правило, представляются в виде входных сопротивлений. Сопротивления столь значительны по величине (единицы-десятки МОм), что токами входных цепей можно пренебречь при расчетах.


2.1. Активные элементы, используемые в исследуемых электрических

схемах.


Исследуемые схемы построены с применением четырех видов активных элементов. Их свойства далее описываются с помощью эквивалентных схем замещения выходных и входных цепей. Эквивалентные схемы зависят от параметров электрических сигналов во входных цепях активных элементов.


2.1.1. Биполярный npn-транзистор.


Биполярный npn-транзистор относится к триодным структурам, т.е. имеет две цепи (входную и выходную), объединенные общей точкой. Таковой обычно является вывод эмиттера (эмиттер). Выводами входной цепи транзистора являются базовый (база) и эмиттерный, а выводами выходной цепи — коллекторный (коллектор) и эмиттерный.

В состоянии прямой проводимости транзистора ток его входной цепи (ток базы Iб) имеет направление от базы к эмиттеру, и потенциал базы положителен по отношению к эмиттеру (Uбэ>0). Ток выходной цепи (ток коллектора Iк) имеет направление от коллектора к эмиттеру, и потенциал коллектора положителен по отношению к эмиттеру (Uкэ > 0). Возможны два режима работы. Первый - режим высокой проводимости (насыщения), второй - активный.

В режиме насыщения транзистора его выходная цепь эквивалентна сопротивлению rкн. Условием реализации этого режима является выполнение неравенства uкэ < rкн • В • iб, где uкэ и iб - мгновенные значения напряжения коллектор-эмиттер и тока базы соответственно, а В - параметр (коэффициент усиления транзистора по току), причем В >> 1. Так как при работе в режиме насыщения uкэ = rкн • iк, где iк — мгновенное значение тока коллектора, то условие работы в этом режиме может быть представлено в виде другого неравенства iк < В • iб. Соотношения uкэ < rкн • В • iб и iк < В • iб - эквивалентны, но второе более часто используется на практике как критерий работы транзистора в режиме насыщения.

В активном режиме работы транзистора его выходная цепь эквивалентна источнику тока iк = В • iб. Условием реализации этого режима является выполнение неравенства uкэ ≥ rкн • В • iб.

В состоянии прямой проводимости транзистора его входная цепь представляется источником постоянного напряжения ΔUбэ. Он направлен навстречу току базы и отображает падение напряжения на эмиттерном рn-переходе.

В состоянии низкой проводимости (отсечки) транзистора его входная и выходная цепи принимаются эквивалентными бесконечно большим сопротивлениям. Условием реализации режима отсечки являются выполнение неравенства φб< ΔUбэ , в котором φб - потенциал базы по отношению к эмиттеру. Если неравенство выполняется, то iб = 0 и iк = 0.

При анализе процессов считается, что переход транзистора из одного состояния в другое происходит мгновенно. При этом состоянию проводимости отвечает выполнение условия iб > 0, и тогда uбэ = ΔUбэ > 0.


2.1.2. Биполярный pnp-транзистор.


Биполярный pnp -транзистор относится к триодным структурам, т.е. имеет две цепи (входную и выходную), объединенные общей точкой. Таковой обычно является эмиттер. Выводами входной цепи транзистора являются база и эмиттер, а выводами выходной цепи - коллектор и эмиттер.

В состоянии прямой проводимости транзистора ток его входной цепи (ток базы Iб ) имеет направление от эмиттера к базе, и потенциал базы отрицателен по отношению к эмиттеру (Uбэ<0). Ток выходной цепи (ток коллектора Iк) имеет направление от эмиттера к коллектору, и потенциал коллектора отрицателен по отношению к эмиттеру (Uкэ<0). Возможны два режима работы. Первый — режим высокой проводимости (насыщения), второй - активный.

В режиме насыщения транзистора его выходная цепь эквивалентна сопротивлению rкн. Условием реализации этого режима является выполнение неравенства | uкэ |< | rкн • В • iб |, где uкэ и iб - мгновенные значения напряжения коллектор-эмиттер и тока базы соответственно, а В - параметр (коэффициент усиления транзистора по току), причем В >>1. Так как при работе в режиме насыщения uкэ = rкнiк, где iк - мгновенное значение тока коллектора, то условие работы в этом режиме может быть представлено в виде другого неравенства | iк | < | В • iб |. Соотношения | uкэ |< | rкн • В • iб | и | iк | < | В • iб | - эквивалентны, но второе более часто используется на практике как критерий работы транзистора в режиме насыщения.

В активном режиме работы транзистора его выходная цепь эквивалентна источнику тока iк = В • iб. Условием реализации этого режима является выполнение неравенства | uкэ |< | rкн • В • iб | .

В состоянии прямой проводимости транзистора его входная цепь представляется источником постоянного напряжения ΔUбэ. Он направлен навстречу току базы и отображает падение напряжения на эмиттерном рn-переходе ( ΔUбэ - абсолютное значение этого падения напряжения).

В состоянии низкой проводимости (отсечки) транзистора его входная и выходная цепи принимаются эквивалентными бесконечно большим сопротивлениям. Условием реализации режима отсечки являются выполнение неравенства φб > - ΔUбэ , в котором φб — потенциал базы по отношению к эмиттеру. Если неравенство выполняется, то iб = 0 и iк = 0.

При анализе процессов считается, что переход транзистора из одного состояния в другое происходит мгновенно. При этом состоянию проводимости отвечает выполнение условия | iб | > 0, и тогда uбэ = - ΔUбэ < 0.


2.1.3. Операционный усилитель.


Операционный усилитель (ОУ) является многополюсником. Он имеет два сигнальных входа, - прямой и инверсный, - и один выход. Их потенциалы относительно отрицательной шины питания ОУ обозначаются соответственно символами φвх, φвх¯ и φвых . Потенциал положительной шины питания ОУ обозначается символом "Е" (Е>0), а потенциал его отрицательной шины считается равным нулю.

Возможны два режима работы ОУ, - активный и насыщения. Активный режим реализуется, если выполняется условие 0 < φвых < Е . В этом режиме выходная цепь представляется в виде соединенных последовательно эквивалентного источника напряжения Евых = К• (φвх - φвх¯ ), где К - коэффициент усиления ОУ, причем К >> 1, и сопротивления rвых.

Они включены между отрицательной шиной питания и выходным выводом, который обозначен на принципиальной схеме ОУ символом " ".

Режим насыщения ОУ возникает при выполнении любого из двух условий: φвх - φвх¯ > Е/К или φвх - φвх¯ < 0. Если φвх - φвх¯ >Е/К, то Евых = Е. Если φвх - φвх¯ < 0, то Eвыx = 0.

При анализе процессов в исследуемой схеме принимаются следующие упрощающие допущения.

Допущение 1. Сопротивления входных цепей усилителя бесконечно велики, т.е. равны нулю входные токи.

Допущение 2. Справедливы соотношения К → ∞ и rвых = 0.

Допущение 3. Усилитель безинерционен, и переход от одного режима его работы к другому происходит без задержки во времени.

Если принять во внимание допущение 2, то при работе ОУ в активном режиме φвых = К • (φвх - φвх¯ ). Тогда из условия работы в этом режиме, записанном в виде неравенства 0 < φвых < Е, следует, что φвх - φвх¯ ≈ 0.

Условие работы ОУ в режиме насыщения в этом случае представляется соотношением φвх - φвх¯ ≠ 0. Если φвх - φвх¯ > 0, то φвых = Е . Если φвх - φвх¯ < 0, то φвых = 0.



2.1.4. Компаратор.


Компаратор является многополюсником. Он имеет два сигнальных входа, — прямой и инверсный. Их потенциалы относительно отрицательной шины питания обозначаются соответственно символами φвх , φвх¯ . Выходная цепь компаратора образована выходной цепью его "внутреннего" npn-транзистора, который может находиться в одном из двух возможных состояний, - низкой или высокой проводимости.

В состоянии низкой проводимости "внутреннего" транзистора сопротивление выходной цепи компаратора бесконечно велико, т.е. rвых =rкэ → ∞. Само это состояние (состояние "1" компаратора) возникает при выполнении условия φвх - φвх¯ > 0.

Состоянию высокой проводимости "внутреннего" транзистора соответствует его работа в режиме насыщения. Тогда выходная цепь компаратора представляется сопротивлением rвых =rкн. Такое состояние компаратора (состояние "О") возникает при выполнении условия φвх - φвх¯ < 0.

При анализе процессов в исследуемой схеме принимаются следующие упрощающие допущения.

Допущение 1. Схемотехника устройств, где используются компараторы, - такова, что всегда оказывается выполненным соотношение φвх - φвх¯ 0. Поэтому компаратор может находиться в одном из двух возможных состояний, — "1" или "О".

Допущение 2. Сопротивления входных цепей компаратора бесконечно велики, т.е. равны нулю входные токи.

Допущение 3. Компаратор безинерционен, и его переход от одного состояния к другому происходит без задержки во времени.


2.1.5. Таймер.


Таймер является многополюсником. Он имеет четыре сигнальных входа (выводы 2, 4, 5, и 6) два выхода (выводы 3 и 7), а также выводы 1 и 8 для подключения источника питания. Вывод 1 рассматривается как "общая точка". Относительно нее заданы потенциалы всех других выводов многополюсника, причем φ8=Е , где Е - напряжение источника питания. Между выводами 7 и 1 включена выходная цепь npn-транзистора, который является "внутренним" для таймера.

Таймер может находиться в одном из двух устойчивых состояний: "1" или "О".

В состоянии "1": r3-1 → ∞; r3-8 = rвых; r7-1 → ∞.

В состоянии "О": r3-1 = rвых; ', r3-8 → ∞; r3-8 = rкн, где rкн - сопротивление выходной цепи "внутреннего" транзистора, работающего в режиме насыщения.

Сигнальными входами таймера являются:

вход установки состояния "1" (вывод 2);

вход установки состояния "О" (вывод 6);

вход для подачи управляющего напряжения 1 (вывод 4);

вход для подачи управляющего напряжения 2 (вывод 5);

Свойства таймера.

Если вывод 4 подключен к электрической цепи, которая является "внешней" по отношению к таймеру, а вывод 5 не связан ни с какой цепью, то φ5 = 2 φ3 / 3. В частности, если соединены выводы 4 и 8, то φ5 = 2 Е / 3.


3. Анализ электрических процессов в устройстве при скачкообразном

возникновении напряжений между шинами питания.


Анализ электрических процессов следует проводить отдельно для первой части, не включающей в себя силовой транзистор (до входной цепи этого транзистора), и для второй части, которая содержит силовой транзистор и элементы, подключенные к его входной и выходной цепям. При анализе процессов во второй части устройства выходную цепь первой для каждого из двух ее возможных состояний следует заменить простейшей эквивалентной схемой (генератор напряжения, соединенный последовательно с сопротивлением, или генератор тока, шунтированный проводимостью).


Алгоритм анализа электрических процессов в первой части рассматриваемого устройства при его первоначальном подключении к источнику питания.


1. Описать начальное состояние схемы (в момент to)- В этом состоянии конденсаторы в ней разряжены и равны нулю токи ветвей, содержащих индуктивные накопители энергии. С учетом этого обстоятельства необходимо определить потенциалы на управляющих входах активных элементов схемы, и, как следствие, найти (предварительно, приняв во внимание допущение 1) начальное состояние выходных цепей этих активных элементов.


Примечание к п. 1. Если для начальной комбинации входных сигналов данного активного элемента равновероятно любое состояние его выходной цепи, то следует произвольно задаться одним из двух возможных начальных состояний этой цепи. Затем, учитывая принятое состояние выходной цепи данного элемента, а также передачу сигнала с его выхода через цепи прямых и обратных связей, определить состояния остальных активных элементов устройства.


2. Описать эквивалентные схемы замещения, отвечающие найденным состояниям выходных цепей активных элементов.

3. Привести эти эквивалентные схемы к максимально простому виду (генератор напряжения, соединенный последовательно с сопротивлением, или генератор тока, шунтированный проводимостью).

4. Уточнить начальные значения потенциалов на управляющих входах активных элементов путем расчета потенциалов с учетом эквивалентных схем, найденных в п.п. 2, 3.

5. На основании уточненных значений потенциалов на управляющих входах активных элементов удостовериться в реализации ранее найденного (п. 1) начального состояния их выходных цепей.

6. Провести расчет электрических процессов в первой части устройства на интервале времени от t0 до t1 с учетом эквивалентных схем и параметров начального состояния, найденных в п.п. 2, 3. Момент t1 соответствует изменению состояния выходной цепи релаксационного генератора от первого возможного ко второму.

7. Дать описание нового состояния активных элементов, которые возникают при изменении состояния выходной цепи релаксационного генератора с первого на второе.

8. Представить эквивалентные схемы замещения, отвечающие найденным новым состояниям выходных цепей активных элементов.

9. Привести эти эквивалентные схемы к максимально простому виду (генератор напряжения, соединенный последовательно с сопротивлением, или генератор тока, шунтированный проводимостью).

10. Осуществить расчет электрических процессов в первой части устройства на интервале от t1 до t2 учетом найденных в п.п. 7-9 эквивалентных схем и параметров начального состояния. Момент t2 соответствует изменению состояния выходной цепи релаксационного генератора со второго вновь к первому.


Примечание. Анализ процессов при скачкообразном возникновении напряжений между шинами питания заканчивается моментом t2 .


Алгоритм анализа электрических процессов во второй части рассматриваемого устройства при его первоначальном подключении к источнику питания.


1. Рассчитать ток базы транзистора в состоянии проводимости. При расчете выходную цепь первой части исследуемого устройства по отношению к входной цепи транзистора представить в виде простейшей схемы замещения (генератор напряжения, соединенный последовательно с сопротивлением, или генератор тока, шунтированный проводимостью).

2. Произвести расчет электрических процессов, отвечающих предположению, что в состоянии проводимости силовой транзистор работает в режиме насыщения, а само состояние проводимости возникает впервые. Это означает, что до начала интервала проводимости силового транзистора во второй части устройства конденсаторы разряжены и равны нулю токи ветвей, содержащих индуктивные накопители энергии.


Примечание к п. 2. Состоянию насыщения биполярного транзистора, у которого коэффициент усиления тока базы равен В, а сопротивление выходной цепи в режиме насыщения равно rкн, отвечает условие Uкэ > Uкэгр, где Uкэгр = BIб.

Если в режиме насыщения по выходной цепи транзистора протекает ток Iк, то падение напряжения между электродами этой цепи равно Iкrкн. Тогда условие Uкэ > Uкэгр эквивалентно неравенству Iк < BIб. Оно более часто используется в качестве критерия работы биполярного транзистора в режиме насыщения.

При выполнении неравенства Uкэ > Uкэгр биполярный транзистор работает в активном режиме, и его выходную цепь следует считать эквивалентной источнику тока, величина которого равна BIб.


3. Определить максимальное мгновенное значения тока выходной цепи силового транзистора в состоянии проводимости на основании расчета, проведенного в п.2.

4. Проверить выполнение условия работы транзистора в режиме насыщения при максимальном мгновенном значении тока его выходной цепи, найденном в п. 3. Если эта проверка дает положительный результат, то расчет электрических процессов во второй части устройства при первоначальном включении силового транзистора следует считать завершенным.

5. Если результат проверки, проведенной в п. 4, отрицателен, то следует повторить расчет электрических процессов во второй части устройства, подобно тому, как в п. 2, но в предположении, что транзистор в состоянии проводимости работает в активном режиме. При этом его выходная цепь заменяется источником тока, величина которого равна BIб.

6. На основании расчета, проведенного в п. 5, определить минимальное мгновенное значение напряжения Uкэ между электродами выходной цепи силового транзистора в состоянии проводимости.

7. Проверить выполнение условия работы транзистора в активном режиме при минимальном мгновенном значении напряжения Uкэ между электродами выходной цепи силового транзистора в состоянии его проводимости, найденном в п. 6. Если эта проверка дает положительный результат, то расчет электрических процессов во второй части устройства при первоначальном включении силового транзистора следует считать завершенным.


Примечание к п.п. 4 и 7. Сочетание отрицательных результатов, полученных в п.п. 4 и 7, означает, что для интервала проводимости силового транзистора характерна его работа как в режиме насыщения (на одной части этого интервала), так и в активном режиме (на другой части интервала).


8. Если сочетаются отрицательные результаты, полученные в п.п. 4 и 7, то на основании расчетов, проведенных в п.п. 2 и 5, определить какой из двух возможных режимов (насыщения или активный) возникает во время первой части интервала проводимости силового транзистора. Кроме того, определить момент перехода от одного режима к другому, а также мгновенные значения изменяющихся во времени электрических величин в этот момент.


Примечание к п. 8. При переходе от одного интервала к другому следует принимать во внимание справедливость двух равенств. Первое из них представляется в виде uc (t - 0)=uc (t + 0). Оно отражает непрерывность изменения во времени напряжений на конденсаторах. Второе, - wp ip(t - 0) = ∑wp ip(t + 0) отражает непрерывность изменения во времени магнитного потока, общего для совокупности обмоток с числами витков w1, w2, …, по которым протекают токи i1(t), i2(t), ... . Для дросселя L, содержащего единственную обмотку, по которой протекает ток iL(t), второму равенству отвечает iL(t - 0) = iL(t + 0).

9. На основании полученных в п. 8 данных о мгновенных значениях изменяющихся во времени электрических величин в момент перехода от одного режима к другому осуществить расчет электрического процесса на второй части интервала проводимости силового транзистора.


4. Анализ электрических процессов в устройстве в стационарном

режиме работы.


Анализ электрических процессов следует проводить отдельно для первой части, не включающей в себя силовой транзистор (т.е. до входной цепи этого транзистора), и для второй части, которая содержит силовой транзистор и элементы, подключенные к его входной и выходной цепям. При анализе процессов во второй части устройства выходную цепь первой для каждого из двух ее возможных состояний следует заменить простейшей эквивалентной схемой (генератор напряжения, соединенный последовательно с сопротивлением, или генератор тока, шунтированный проводимостью).


Алгоритм анализа электрических процессов в первой части рассматриваемого устройства в стационарном режиме его работы.


1. Определить состояние выходной цепи первой части устройства в момент t0, который соответствует началу интервала проводимости силового транзистора.

2. С учетом результатов анализа, проведенного в разделах 2.1, 2.2, установить начальное состояние активных элементов, содержащихся в первой части устройства, а также значения потенциалов в контрольных точках этой части.

3. Представить эквивалентные схемы замещения, отвечающие найденным состояниям выходных цепей активных элементов.

4. Привести эти эквивалентные схемы к максимально простому виду (генератор напряжения, соединенный последовательно с сопротивлением, или генератор тока, шунтированный проводимостью).

5. Провести расчет электрических процессов в первой части устройства на интервале времени от t0 до t1. При этом следует учитывать эквивалентные схемы и параметры начального состояния, найденные в п.п. 3, 4. Момент t1 соответствует изменению состояния выходной цепи релаксационного генератора от первого ко второму.

6. Описать новое состояние активных элементов, которые возникают при изменении состояния выходной цепи релаксационного генератора с первого на второе.

7. Представить эквивалентные схемы замещения, отвечающие найденным новым состояниям выходных цепей активных элементов.

8. Привести эти эквивалентные схемы к максимально простому виду (генератор напряжения, соединенный последовательно с сопротивлением, или генератор тока, шунтированный проводимостью).

9. Осуществить расчет электрических процессов в первой части устройства на временном интервале от t1 до t2 с учетом эквивалентных схем и параметров начального состояния, найденных в п.п. 7, 8. Момент t2 соответствует переходу от второго состояния выходной цепи релаксационного генератора вновь к первому.


Примечание. Анализ процессов, отвечающих стационарному режиму работы устройства заканчивается моментом t2 .


Алгоритм анализа электрических процессов во второй части рассматриваемого устройства в стационарном режиме его работы.


1. Рассчитать ток базы транзистора на интервале его работы в состоянии проводимости. При расчете выходную цепь первой части исследуемого устройства по отношению к входной цепи транзистора представить в виде простейшей схемы замещения (генератор напряжения, соединенный последовательно с сопротивлением, или генератор тока, шунтированный проводимостью).

2. Провести анализ электрических процессов в нагрузке, подключенной к выходной цепи силового транзистора, которые происходят на интервале высокой проводимости этой цепи. Принять при анализе, что в состоянии проводимости транзистор работает в режиме насыщения.

3. Провести анализ электрических процессов в нагрузке, подключенной к выходной цепи силового транзистора, которые происходят на интервале ее низкой проводимости, когда транзистор работает в режиме отсечки.


Примечание к п.п. 2 и 3. При переходе от одного интервала к другому необходимо принимать во внимание справедливость двух равенств. Первое из них представляется в виде uc(t - 0) = uc(t + 0). Оно отражает непрерывность изменения во времени напряжений на конденсаторах. Второе, - wp ip(t - 0) = ∑wp ip(t + 0), отражает непрерывность изменения во времени магнитного потока, общего для совокупности обмоток с числами витков w1, w2, …, по которым протекают токи i1(t), i2(t), ... . Для дросселя L, содержащего единственную обмотку, по которой протекает ток iL(t), из второго равенства следует iL(t - 0) = iL(t + 0).


4. На основе анализа, проведенного в п.п. 2 и 3, составить уравнения, которые справедливы для установившегося режима работы по отношению к любой из электрических величин, изменяющейся во время процесса, рассмотренного в п.п. 2 и 3. Уравнения представляются в виде: u(tо) = u(tо + T) или i(t0) = i(t0 + T), где Т - период повторения сигналов, управляющих силовым транзистором. Использовать полученные уравнения для определения начальных условий, т.е. значений u(tо) и i(t0).

5. Представить в аналитическом виде функциональные зависимости u(t) и i(t) с использованием результатов, полученных в п.п. 2, 3 и 4.

6. Проверить выполнение неравенства iк(t) ≤ B Iб на интервале работы силового транзистора в режиме проводимости. Если неравенство выполняется, то на этом расчет электрических процессов в нагрузке, подключенной к выходной цепи транзистора, может быть завершен.

7. Если результат проверки неравенства в п.6 отрицателен, то снова провести расчет, используя алгоритм, данный в п.п. 2-5, но, приняв допущение, что в состоянии проводимости силовой транзистор работает в активном режиме. В этом случае его выходная цепь эквивалентна источнику тока iк(t) = B Iб.

8. По окончании расчета проверить выполнение неравенства iкэ(t) > B Iб rкн на интервале работы силового транзистора в режиме проводимости. Если неравенство выполняется, то на этом расчет электрических процессов в нагрузке, подключенной к выходной цепи транзистора, может быть завершен.

9. Если результаты проверки неравенств в п.п. 6 и 8 отрицательны, то это означает, что интервал работы транзистора в состоянии проводимости разделяется на две части. В одной части этого интервала транзистор работает в режиме насыщения, а в другой - в активном режиме.


Примечание кп.9. Если нагрузка, подключенная к выходной цепи силового транзистора, имеет емкостной характер, то ток нагрузки, а вместе с ним и коллекторный ток транзистора, спадают во времени. Это обусловлено тем, что равно нулю предельное значение тока, протекающего через конденсаторы. Поэтому следует ожидать выполнение условия iк(t) ≤ B Iб , т.е. работу транзистора в режиме насыщения, во второй части интервала его проводимости.

Если нагрузка, подключенная к выходной цепи силового транзистора, имеет индуктивный характер, то ток нагрузки, а вместе с ним и коллекторный ток транзистора, нарастают во времени. Поэтому следует ожидать выполнение условия iк(t) ≤ B Iб, т.е. работу транзистора в режиме насыщения, в первой части интервала его проводимости.

Моменту tгp перехода от активного режима работы транзистора к режиму насыщения (или обратному переходу) отвечает равенство uкэ(t) = B Iб rкн. Если uкэ(t) > B Iб rкн, то транзистор работает в активном режиме, и его выходная цепь эквивалентна источнику тока iк(t) = B Iб. Если выполняется обратное неравенство, то транзистор работает в режиме насыщения, и его выходная цепь эквивалентна сопротивлению rкн. Это изменение эквивалентной схемы выходной цепи транзистора должно учитываться при расчете процессов на двух интервалах работы транзистора в состоянии проводимости.


10. Если на интервале проводимости силового транзистора имеют место оба режима его работы (активный и насыщения), то по результатам вычислений, проведенных в п.п. 2-5 и п. 7, определить, какой именно режим реализован в начале интервала проводимости транзистора. Затем, используя функциональную зависимость uкэ(t) которая ранее была получена в результате расчета (п.п. 2-5 или п. 7), а также принимая во внимание примечание к п. 9, определить момент перехода от одного режима работы транзистора в состоянии его проводимости к другому.

11. Рассчитать электрические процессы в нагрузке, подключенной к выходной цепи транзистора, на протяжении второй части интервала его проводимости. При этом начальные условия для этой второй части следует определять с учетом примечаний к п.п. 2 и 3.

12. На основе анализа, проведенного в п.п. 10 и 11, составить уравнения, которые справедливы для установившегося режима работы по отношению к любой из электрических величин, изменяющейся во время процесса, рассмотренного в п.п. 10 и 11. Уравнения представляются в виде: u(tо) = u(tо + T) или i(t0) = i(t0 + T), где Т - период повторения сигналов, управляющих силовым транзистором. Использовать полученные уравнения для определения начальных условий, т.е. значений u(tо) и i(t0).

13. Представить в аналитическом виде функциональные зависимости значений u(t) и i(t) с использованием результатов, полученных в п.п. 10,11 и 12.








3. Требования к оформлению пояснительной записки.


Структуру пояснительной записки к проекту целесообразно выполнить такой же, как структура разделов 1 и 2 данного текста. При этом, не повторяя содержания операций, входящих в алгоритмы анализа схемы, необходимо практически реализовать эти операции и привести результаты в виде соответствующих математических соотношений и текстовых пояснений к ним.

Документы представить с использованием текстовой редакционной программы "Microsoft Word", включая входящую в нее программу формульного редактора.

Для вычислений желательно использование пакета программ математических вычислений "Mathcad". В этом случае диаграммы изменения во времени рассчитываемых электрических величин целесообразно дать с применением аппарата графического отображения результатов расчета, содержащегося в программах "Mathcad".

При использовании пакета программ математических вычислений "Mathcad" соответствующие файлы дать в качестве приложений к пояснительной записке.




Случайные файлы

Файл
41767.rtf
28967.rtf
117306.rtf
185409.rtf
90076.rtf