Контрольная работа по "Автоматизации"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

Федеральное государственное образовательное учреждение

  высшего профессионального образования

«Пермская государственная сельскохозяйственная академия

   имени академика Д.Н. Прянишникова»

Факультет заочного обучения

Кафедра «Информационная технология и электрификация»

Контрольная работа

по автоматизации

Вариант 7

4 курс   группа МУ-09-15

Специальность  Механизация сельского хозяйства

Выполнил  Трушников Ю. М.

Проверил        Боровских М.С.

Пермь 2012

16

Вопрос1  Полупроводниковый усилитель с общей базой(ОБ). Схема. Обозначения. Коэффициент усиления тока с общей базой (ОБ).

К полупроводникам относится большинство веществ, составляющих примерно 4/5 объема земной коры. Это ряд элементов, большинство минералов, различные окислы, сульфиды, теллуриды и другие химические соединени

Полупроводниковые приборы ( диоды и транзисторы) благодаря малым габаритам и массе, незначительному потреблению электроэнергии, высокой надёжности и долговечности широко применяются в различной радиоэлектронной аппаратуре.

Основные материалы из которых изготовляют транзисторы — кремний и германий, перспективные – арсенид галлия , сульфид цинка и широко зонные проводники .

Полупроводниковый диод – прибор, в котором используется один p-n переход. Бывает точечным и плоскостным. Диод – представитель нелинейных проводников.

Транзистор – полупроводниковый прибор, в котором использовано два p-n перехода. Бывает точечным и плоскостным. Их можно использовать для усиления электрических сигналов.

Существует 2 типа транзисторов: биполярные и полевые.

Биполярный транзистор представляет собой транзистор, в котором используются заряды носителей обеих полярностей.

В основе принципа действия подавляющего большинства полупроводниковых приборов лежат процессы, происходящие в переходном слое, образованном в полупроводнике на границе двух зон с проводимостями различного типа, p и n типа. Для простоты эту границу принято называть p – n переходом, или электронно - дырочным переходом, что характеризует вид основных носителей зарядов в двух примыкающих друг к другу зонах полупроводника.

Различают два вида p – n переходов: плоскостной и точечный. Плоскостной переход получается путём помещения кусочка примеси, например, индия на поверхность германия n типа и последующего нагревания до расплава примеси. При поддержании определённой температуры в течение определённого времени происходит диффузия части атомов примеси в пластинку полупроводника на небольшую глубину. Создаётся зона с проводимостью, противоположной проводимости исходного полупроводника, в данном случае p типа для n германия

В отличие от полупроводниковых диодов биполярные транзисторы имеют два электронно – дырочных перехода. Основанием прибора служит пластина полупроводника, называемая базой. С двух сторон в неё вплавлена примесь, создающая области с проводимостью, отличной от проводимости базы. Таким образом получают транзистор типа n – p – n, когда крайние области являются полупроводниками с электронной проводимостью, а средняя – полупроводником с дырочной проводимостью, и транзистор типа p – n – p, когда крайние области являются полупроводниками с дырочной проводимостью, а средняя – полупроводником с электронной проводимостью. Нижнюю область называют эмиттером, а верхнюю коллектором. На границах областей с различной проводимостью образуются два перехода. Переход, образованный вблизи эмиттера, называется эмиттерным, вблизи коллектора – коллекторным. При использовании транзистора в схемах на его переходы подают внешние напряжения. В зависимости от полярности этих напряжений каждый из переходов может быть включён либо в прямом, либо в обратном направлении. Соответственно различают три режима работы транзисторов: режим отсечки, когда оба перехода заперты; режим насыщения, когда оба перехода отперты; активный режим, когда эмиттерный переход частично отперт, а коллекторный заперт. Если же эмиттерный переход смещён в обратном направлении, а коллекторный - в прямом, то транзистор работает в обращённом (инверсном) включении.

В основном транзистор используется в активном режиме, где для смещения эмиттерного перехода в прямом направлении на базу транзистора типа p – n – p подают отрицательное напряжение относительно эмиттера, а коллектор смещают в обратном направлении подачей отрицательного напряжения относительно эмиттера. Напряжение на коллекторе обычно в несколько раз больше напряжения на эмиттере.

Обозначение типа биполярных транзисторов состоит из нескольких элементов. Первый элемент обозначает исходный материал, из которого изготовлен прибор: германий или его соединения – Г; кремний или его соединения – К; соединения галлия – А. Для транзисторов, используемых в устройствах специального назначения, установлены следующие обозначения исходного материала: германий или его соединения – 1; кремний и его соединения – 2; соединения галлия – 3. Второй элемент – подкласс полупроводникового прибора. Для биполярных транзисторов вторым элементом является буква. Третий элемент – назначение прибора. Четвёртый и пятый элементы – порядковый номер разработки и технологического типа прибора ( от 01 до 99). Шестой элемент – деление технологического типа на параметрические группы ( буквы русского алфавита от А до Я). Например, транзистор, предназначенный для устройств широкого применения, германиевый, низкочастотный, малой мощности, номер разработки 15, группа А – ГТ115А.

Наборы дискретных полупроводниковых приборов обозначаются в соответствии с их разновидностью и перед последнем добавляется букв С.

Обозначение типа транзисторов, разработанных до 1964 года, состоит из трёх элементов: первый – буква П (полупроводниковый триод, транзистор); второй – цифра (порядковый номер разработки); третий – буква, соответствующая разновидности транзистора данного типа. В обозначение модернизированных транзисторов входит буква М (например, МП101А, МП21В).

Плоскостной транзистор состоит из трех областей монокристаллического полупроводника: эмиттера, базы и коллектора (рис.1).

Рис.1. Схематическое изображение транзистора типа p-n-p.

Э - эмиттер, Б - база, К - коллектор, W- толщина базы.

Переход, который образуется на границе эмиттер-база, называется эмиттерным, а на границе база-коллектор - коллекторным. В зависимости от типа проводимости крайних слоев различают транзисторы p-n-p и n-p-n.

Условные обозначения обоих типов транзисторов, рабочие полярности напряжений и направления токов показаны на рис.2.

Рис.2. Условные обозначения транзисторов:

а)-транзистор p-n-p,    б)-транзистор n-p-n.

В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим для входной и выходной цепи, различают схемы включения с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором.

    В схеме включения с общей базой (рис. 3) источник сигнала подключен через разделительный конденсатор Ср к эмиттеру транзистора и общему проводу, соединенному с базой. Эмиттерный переход открыт током, текущим от источника G1 через резистор Rэ . Коллекторный ток практически равен эмиттерному. Эти токи устанавливаются подбором резистора Rэ , но их можно и рассчитать, вычтя из напряжения источника примерно 0,6 В (напряжение база-эмиттер открытого кремниевого n-p-n транзистора) и поделив получившееся напряжение на Rэ .

2. Схема с общей базой (ОБ)

Эта схема дает меньшее усиление по мощности, чем схема с ОЭ, но она значительно лучше по частотным и температурным свойствам.

    Коллекторная цепь транзистора питается от батареи GB1 через резистор нагрузки Rн . Его сопротивление выбирают таким, чтобы на нем "падало" около половины напряжения коллекторного питания - тогда на выходе можно получить наибольшую амплитуду усиленного сигнала.

    Приведем простой числовой пример расчета режима этого каскада усиления на кремниевом маломощном транзисторе (например, серии КТ315), предположив, что напряжение источника G1 равно 1,5 В, а GB1 - 9 В. Зададимся током транзистора 0,5 мА. Тогда сопротивление эмиттерного резистора составит Rэ=(1,5-0,6)xВ/0,5 мА=1,8кОм, а сопротивление нагрузки Rн=4,5В/0,5мА=9кОм.

    Данный каскад не усиливает ток сигнала, поскольку коллекторный ток составляет около 0,99 эмиттерного. Но усиление по напряжению может быть значительным (порядка 100), поскольку в коллекторную цепь включено большее сопротивление. Таким же будет и усиление по мощности. Однако входное сопротивление каскада очень низкое и состаляет всего десятки-сотни Ом - ведь вход усилителя нагружен на открытый эмиттерный переход, потребляющий значительный ток не только от источника питания G1, но и от источника сигнала.

    По этой причине данную схему включения не применяют в усилителях низкой, например звуковой, частоты. Другой недостаток - необходимость двух источников питания. Однако у нее есть и достоинства - отличная температурная стабильность, полное использование частотных свойств транзистора. Тот же широко распространенный и дешевый транзистор серии КТ315, использованный в этой схеме включения, может усиливать сигналы частотой до 250 МГц (граничная частота транзистора). На высоких частотах в качестве нагрузки включают уже не резистор, а колебательный контур. Низкое же входное сопротивление хорошо согласуется со стандартными волновыми сопротивлениями коаксиальных кабелей 50 или 75 Ом.

Усиление тока

Обычно зависимость тока коллектора от тока эмиттера выражается через коэффициент усиления по току, который обозначается буквой а («альфа»). Этот коэффициент определяется как отношение приращения тока коллектора Iк к воззвавшему его приращению тока эмиттера Iэ, а именно

За счёт близкого расположения переходов и вследствие совершенной технологии производства величина а современных плоскостных транзисторов обычно находится в пределах от 0,9 до 0,997.

Одному и тому же приращению тока эмиттера будут соответствовать различные значения вызванного им приращения тока коллектора в зависимости от выбора исходной рабочей точки на характеристике. Это говорит о том, что величина коэффициента а зависит от напряжения на коллекторе и тока эмиттера.

При малых напряжениях коллектора коэффициент а растёт с увеличением напряжения. Это объясняется в основном тем, что при малых напряжениях носители зарядов базы вяло втягиваются в коллектор, но чем больше напряжение на коллекторе, тем энергичнее происходит втягивание. Нак5онец, при напряжении около 2 – 3 в практически все носители зарядов, оказывающиеся вблизи коллекторного перехода, попадают на коллектор. Поэтому дальнейший рост тока коллектора по мере увеличения напряжения на нём практически прекращается, а ток базы несколько уменьшается. При напряжении, близком к максимально допустимому для данного типа транзистора ( обычно 15 – 60 в, иногда более), вновь наблюдается заметный рост величины коэффициента а, которая может достичь единицы и более. Но такой режим работы практически не используется и обычно не рекомендуется, так как резко возрастает опасность выхода из строя транзистора.

Зависимость величины коэффициента а от режима работы транзистора вызывает необходимость проведения измерений при относительно небольших приращениях тока эмиттера. Обычно в таких случаях величина приращения Iэ не превышает 5 – 10 % исходного значения тока эмиттера Iэ:

Iэ < (0,05 – 0,1)Iэ.

Зная приращение тока эмиттера Iэ и величину коэффициента а, можно определить связанное с этим приращение тока базы Iб.

Действительно ток базы Iб = Iэ – Iк. Если выразить ток Iк через Iэ, как

Iк = аIк, то получим: Iб = Iэ – аIэ = Iэ (1-а). Отсюда следует:

Учитывая, что величина величина весьма близка к единице, из последнего выражения можно сделать вывод: изменение тока эмиттера в раз больше связанного с ним изменения тока базы.

Например, если , то

;

если , то

.

Таким образом, изменяя величину тока базы, можно управлять током эмиттера и, следовательно, током коллектора.

Усиление транзистора по току зависит от схемы включения транзистора.

В схеме с общей базой входным электродом является эмиттер, выходным коллектор. В соответствии с этим входным параметром является ток эмиттера Iэ, выходным – ток коллектора Iк, а коэффициент усиления по току Кi для схемы с общей базой, как это было показано выше, равен:

16

Вопрос2 Выбор асинхронного двигателя  и выбор защиты к нему. Рассчитать критическое скольжение и критическую частоту вращения, максимальный и пусковой моменты двигателя и построить его естественную механическую характеристику.

Структура обозначения серии 4А (4АМ).
4А(М) Х Х Х Х Х Х Х
1        2 3 4 5 6 7 8
1 - название серии (4А, 4АМ);
2 - исполнение по способу защиты, буква Н - исполнение IP23, отсутствие буквы означает исполнение IP44;
3 - исполнение АД по материалу станины и щитов: А - станина и щиты алюминиевые; Х - станина алюминиевая, шиты чугунные (или обратное сочетание материалов); отсутствие буквы - станина и щиты чугунные или стальные;
4 - высота оси вращения мм (две или три цифры);
5 - установочный размер по длине станины: буквы S, М или L (меньший, средний или больший);
6 - длина сердечника: А - меньшая, В-большая при условии сохранения установочного размера; отсутствие буквы означает, что при данном установочном размере (S, М или L) выполняется только одна длина сердечника;
7 - число полюсов (одна или две цифры);
8 - климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69.

Электродвигатели 4А, 4АМ - основные технические характеристики.