Вход

Линейные электрические цепи

Контрольная работа по физике
Дата добавления: 02 сентября 2009
Язык контрольной: Русский
Word, rtf, 551 кб
Контрольную можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
СОДЕРЖАНИЕ ВВ ЕДЕНИЕ 3 ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 6 ЗАДАЧА 1 6 Метод контурных токов 7 Метод узловых потенциалов 9 ЗАДАЧА 2 11 ЗАДАЧА 3 13 ЗАДАЧА 4 15 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 17 ВВЕДЕНИЕ Полупровод никовый диод, двухэлектродный электронный прибор н а основе полупроводникового (ПП) кристалла. Понятие «Полупроводниковый диод» объединяет различные приборы с разными принципами действия, имею щие разнообразное назначение. В полупроводниковых диодах используется свойство p - n перехода, а также других электрических переходов, а также других электрических переходов хорошо электрический т ок в одном направлении и плохо – в противоположном. Эти токи и соответст вующие им напряжения между выводами диода называются прямым и обратным токами, прямым и обратным напряжениями. По способу изготовления различают сплавные диоды, диоды с диффузионной базой и точечные диоды. В диодах двух первых типов пе реход получается методами сплавления пластин p - и n -типов или диффузии в исходную полупроводниковую пл астину примесных атомов. При этом p - n -перехо д создается на значительной площади (до 1000 мм 2 ). В точечных диодах площадь перехода меньше 0,1 мм 2 . они применяются главным образом в аппа ратуре сверхвысоких частот при значении прямого тока 10 – 20 мА. По функциональному назначению полупроводниковые диоды делятся на выпрямительные, импульсные, стабилитроны, фотодиоды, св етоизлучающие диоды и т.д. Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного то ка и выполняются по сплавной или диффузионной технологии. Прямой ток диода направлен от анодного А к катодному К выводу. Нагрузочную способность выпрямительного диода определяют: допустимый прямой ток I пр и соответствующее ему прямое напряжение U пр , допусти мое обратное напряжение U обр и соответствующий ему обратный ток I обр , допустимая мощность рассеяния P рас и допустимая температура о кружающей среды (до 50 0 С для герм аниевых и до 140 0 С для кремниевых диодов). Вследствие большой площади p - n -перехода допустимая мощность рассеяния выпрямител ьных диодов малой мощности с естественным охлаждением достигает 1 Вт при значения х прямого тока до 1 А. Такие диоды часто применяются в цепях автоматики и в приборостроении. У выпрямительных диодов большой мощности с радиатора ми и искусственным охлаждением (воздушным или водяным) допустимая мощно сть рассеяния достигает 10 кВт при значениях допустимых прямого тока до 1000 А и обратного напряжения до 1500 В. Импульсные диоды предназначены для работы в цепях формирования импульсов напряжения и тока. Стабилитроны, называемые также опорными диодами, предназначены для ста билизации напряжения. В этих диодах используется явление неразрушающе го электрического пробоя (лавинного пробоя) p - n -перехода при определенных значениях обратного нап ряжения U обр = U проб . Следует отметить основные причины отличия характе ристик реальных диодов от идеализированных. Обратимся к прямой ветви во льт-амперной характеристики диода ( u > 0, Я > 0). Она отличается от идеализированной из-за того, что в реальном случае на нее в лияют: · сопротивления слоев по лупроводника (особенно базы); · сопротивле ния контактов металл-полупроводник. Важно, что соп ротивление базы может существенно зависеть от уровня инжекции (уровень инжекции показывает, как соотносится концентрация инжектированных нео сновных носителей в базе на границе перехода с концентрацией основных н осителей в базе). Влияние указанных сопротивлений приводит к тому, что напряжение на реальном диоде при заданном токе неск олько больше (обычно на доли вольта). Обратимся к обратной ветви ( u < 0, Я < 0). Основные причины того, что реально обратный ток о бычно на несколько порядков больше теплового тока Я s , следующие: · термогенерация носите лей непосредственно в области p - n -перехода; · поверхностные утечки. Термогенера ция в области p - n -перехода оказывает существ енное влияние на ток потому, что область перехода обеднена подвижными но сителями заряда, и процесс рекомбинации (обратный процессу генерации и в определенном смысле уравновешивающий его) здесь замедлен. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ ЗАДАЧА 1 Линейные электрические цепи по стоянного тока Для электрич еской схемы выполнить следующее: · У пр остить схему, заменив последовательно и параллельно соединенные резис торы четвертой и шестой ветвей эквивалентными, а источники тока преобра зовать в источники напряжения. Дальнейший расчет вести для упрощенной с хемы. · Указать на схеме положительное н аправление токов в ветвях и обозначить эти токи . · Определить токи во всех ветвях схемы методом контурных токов. · Определить токи во всех ветвях с хемы методом узловых потенциалов. Метод контурных токов Дано : R 1 = 19,5 Ом E 1 = 25,8 В R 2 = 60 Ом E 2 = 37,5 В R 3 = 90 Ом E 3 = 0 В R 4.1 = 150 Ом I 1 = 0,04 А R 4.2 = 600 Ом I 2 = 0 А R 5 = 165 Ом I 3 = 0 А R 6.1 = 40 Ом R 6.2 = 27,5 Ом Реше ние: 1. Находим в схеме элемент ы, соединенные параллельно или последовательно, и заменяем их эквивален тными R 4 = R 4.1 · R 4.2 / (R 4.1 + R 4.2 ) = 150 · 600 / (150 + 600) = 120 Ом R 6 = R 6.1 + R 6.2 = 40 + 27,5 = 67,5 Ом 2. Определяем ЭДС E 1 ’ = I 1 · R 1 = 0,04 · 19,5 = 0,78 В E 2 ’ = I 2 · R 2 = 0 · 60 = 0 В E 1 * = E 1 – E 1 ’ = 25,8 – 0,78 = 25,02 В E 2 * = E 2 ’ – E 2 = 37,5 – 0 = 37,5 В 3. Составляем систему урав нений I 1.1 · (R 1 + R 5 + R 6 ) – I 2.2 · R 5 – I 3.3 · R 6 = E 1 I 1.1 · R 5 + I 2.2 · (R 2 + R 3 + R 5 ) – I 3.3 · R 3 = – E 2 6 – I 2.2 · R 3 + I 3.3 · (R 3 + R 4 + R 6 ) = 0 Переписываем систему уравнений с числовыми коэффициентами I 1.1 · ( 19 ,5 + 165 + 67,5) – I 2.2 · 165 – I 3.3 · 67,5 = 25,02 – I 1.1 · 165 + I 2.2 · (60 + 90 + 165) – I 3.3 · 90 = 37,5 I 1.1 · 67,5 – I 2.2 · 90 + I 3.3 · (90 + 120 + 67,5) = 0 252 I 1.1 – 165 I 2.2 – 67,5 I 3.3 = 25,02 – 165 I 1.1 + 315 I 2.2 – 90 I 3.3 = 37,5 – 67,5 I 1.1 – 90 I 2.2 + 277,5 I 3.3 = 0 4. Считаем определители си стемы 252 – 165 – 67,5 Д = – 165 315 – 90 = 22 027 950 – 1 002 375 – 1 002 375 – – 67,5 – 90 277,5 – 1 435 218,75 – 2 041 200 – 7 554 937,5 = 8 991 843,75 25,02 – 165 – 67,5 Д 1 = 37,5 315 – 90 = 2 187 060,75 + 2 278 812,5 + 0 – 90 277,5 + 797 343,75 – 202 662 + 1 717 031,25 = 4 726 586,25 252 25,02 – 67,5 Д 2 = – 165 37,5 – 90 = 2 622 375 + 151 996,5 – – 67,5 0 277,5 – 170 859, 375 + 1 145 603,25 = 3 749 115,375 252 – 165 25,02 Д 3 = – 165 315 37,5 = 371 547 + 417 656,25 + 531 987,75 + – 67,5 – 90 0 + 850 500 = 2 171 691 5. Определяем контурные то ки I 1.1 = Д 1 / Д = 0,526 I 2.2 = Д 2 / Д = 0,417 I 3.3 = Д 3 / Д = 0,242 6. Используя II закон Кирхгофа, определяем токи в цепях Я 1 = I 1.1 = 0,526 А Я 4 = I 3.3 = 0,242 А Я 2 = I 2.2 = 0,417 А Я 5 = I 2.2 – I 1.1 = – 0,109 А Я 3 = I 2.2 – I 3.3 = 0,175 А Я 6 = I 1.1 – I 3.3 = 0,284 А 7. Проверка Я 5 + Я 1 – Я 2 = – 0,109 + 0,526 – 0,417 = 0 Я 3 – Я 6 – Я 5 = 0,175 – 0,284 + 0,109 = 0 Я 6 + Я 4 – Я 1 = 0,284 + 0,242 – 0,526 = 0 Я 2 – Я 3 – Я 4 = 0,417 – 0,175 – 0,242 = 0 Метод узловых потенциало в Дано: R 1 = 19,5 Ом E 1 = 25,8 В R 2 = 60 Ом E 2 = 37,5 В R 3 = 90 Ом E 3 = 0 В R 4.1 = 150 Ом I 1 = 0,04 А R 4.2 = 600 Ом I 2 = 0 А R 5 = 165 Ом I 3 = 0 А R 6.1 = 40 Ом R 6.2 = 27,5 Ом Решение: 1. Определяем собственную пр оводимость узла, которая равна сумме проводимостей, сходящихся в узле g 1 = 1 / R 1 = 0,05 g 4 = 1 / R 4 = 0,01 g 2 = 1 / R 2 = 0,02 g 5 = 1 / R 5 = 0,01 g 3 = 1 / R 3 = 0,01 g 6 = 1 / R 6 = 0,01 2. Определяем взаимную прово димость в узле, которая равна проводимости ветви, соединяющей два узла g 1.1 = g 4 + g 2 + g 3 = 0,04 g 1.2 = g 2.1 = g 3 = 0,01 g 2.2 = g 3 + g 5 + g 6 = 0,03 g 2.3 = g 3.2 = g 5 = 0,01 g 3.3 = g 1 + g 2 + g 5 = 0,08 g 1.3 = g 3.1 = g 2 = 0,02 3. Определяем сумму токо в от источников, которые находятся в ветвях, сходящихся в данном узле I 1.1 = – E 2 / R 2 = – 37,5 / 60 = – 0,625 I 2.2 = 0 I 3.3 = E 1 / R 1 + E 2 / R 2 = 25,02 / 19,5 + 37,5 / 60 = 1,905 4. Записываем в общем вид е систему уравнений u 1 · g 1.1 – u 2 · g 1.2 – u 3 · g 1.3 = I 1.1 – u 1 · g 2.1 + u 2 · g 2.2 – u 3 · g 2.3 = I 2.2 – u 1 · g 3.1 – u 2 · g 3.2 + u 3 · g 3.3 = I 3.3 5. Переписываем систему уравнений с числовыми коэффициентами 0,04 u 1 – 0,01 u 2 – 0,02 u 3 = – 0,63 – 0,01 u 1 + 0,03 u 2 – 0,01 u 3 = 0 – 0,02 u 1 – 0,01 u 2 + 0,08 u 3 = 1,91 6. Считаем определители системы 0,04 – 0,01 – 0,02 Д = – 0,01 0,0 3 – 0,01 = 0,000096 – 0,000002 – 0,000002 – – 0,02 – 0,01 0,08 – 0,000012 – 0,000004 – 0,000008 = 0,000068 – 0,63 – 0,01 – 0,02 Д 1 = 0 0,03 – 0,01 = – 0,001512 + 0,000191 + 0,001146 + 1,91 – 0,01 0,08 + 0,000063 = – 0,000112 0,04 – 0,63 – 0,02 Д 2 = – 0,01 0 – 0,01 = – 0,000126 + 0,000382 + 0,000764 – – 0,02 1,91 0,08 – 0,000504 = 0,000516 0,04 – 0,01 – 0,63 Д 3 = 0,01 0,03 0 = 0,002292 – 0,000063 – 0,000378 – – 0,02 – 0,01 1,91 – 0,000191 = 0,00166 7. Определяем узловые на пряжения U 1.1 = Д 1 / Д = – 1,647 В U 2.2 = Д 2 / Д = 7,588 В U 3.3 = Д 3 / Д = 24,412 В 8. Используя II закон Кирхгофа, определяем токи в ветвях Я 1 = ( E 1 – U 3 ) / R 1 = (25,02 – 24,412) / 19,5 = 0,03 А Я 2 = (– E 2 – U 1 + U 3 ) / R 2 = (– 37,5 + 1,647 + 24,412) / 60 = – 0,19 А Я 3 = ( U 1 – U 2 ) / R 3 = (– 1,647 – 7,588) / 90 = – 0,1 А Я 4 = U 1 / R 4 = – 1,647 / 120 = – 0,01 А Я 5 = (– U 3 + U 2 ) / R 5 = (– 24,412 + 7,588) / 165 = – 0,1 А Я 6 = U 2 / R 6 = 7,588 / 67,5 = 0,11 А 9. Проверка Я 5 + Я 1 – Я 2 = – 0,1 + 0, 03 + 0, 191 = 0,12 Я 3 – Я 6 – Я 5 = – 0,1 – 0,11 + 0,11 = – 0,11 Я 6 + Я 4 – Я 1 = 0,11 – 0,01 – 0,03 = 0,07 Я2 – Я3 – Я4 = – 0, 19 + 0,1 + 0, 01 = – 0 ,08 ЗАД АЧА 2 Линейные электри ческие цепи синусоидального тока В сеть переме нного тока с действующим значением напряжения U включена цепь, состоящая из дву х параллельных ветвей. Определить показания приборов, реактивную мощно сть цепи, коэффициент мощности и построить векторную диаграмму напряже ний. Указать на схеме положительное направление токов в ветвях и обозначить эти токи. Дано: R 1 = 8 Ом R 2 = 2 Ом U = 127 В ј x c = 17 Ом Решение: 1. Примем начальную фазу напряжения равной нулю Щ = 127 е ј0 В 2. Определяем комплексно е сопротивление z 1 = R 1 = 8 Ом z 2 = R 2 – ј x c = √'762 2 + 17 2 · е – ј arctg 17/ 4 = 17,1 е – 77 3. По закону Ома определяем комплексные точки Э 1 = Щ / z 1 = 127 е ј0 / 8 = 15,9 е ј0 А Э 2 = Щ / z 2 = 127 е ј0 / 17,1 е – 77 = 7, 4 е ј 77 = = 7,4 · cos 77 + ј 7,4 · sin 77 = 1,7 + ј 7,2 4. Определяем полный комп лексный ток Э = Э 1 + Э 2 = 15,9 е ј0 + 7, 4 е ј 77 = 15,9 cos 0 + ј 15,9 sin 0 + + 7,4 cos 77 + ј 7,4 sin 77 = 17,5 + ј 7,2 = = √'7617,5 2 + 7,2 2 · е ј arctg 7,23/17,544 = 18,9 · е ј 22 А 18, 9 А А 1 15, 9 А А 2 7,4 А 5. Определяем полную мощн ость S = Э · Щ = 18,9 е ј 22 · 127 е ј0 = 2410, 5 е ј 22 = = 2410,5 cos 22 + ј 2410, 5 sin 22 = 2234,9 + ј 902,9 Э = 18,9 · е ј 22 S = 2410,5 В А P = 2234,9 Вт Q = 902,9 ВАР 6. Определяем коэффициент мощности cos ц = P / S = 0,93 ЗАДАЧА 3 Линейны е электрические цепи синусоидального тока В цепь переме нного тока с мгновенным значением напряжения U = U m sin щ t промышленной частоты f = 50 Гц включены резистор и конденсатор. Определить показания пр иборов, реактивную и полную мощность цепи. Построить треугольник напряж ений и векторную диаграмму напряжений . Дано: R = 2 Ом U m = 282 В x c = 17 Ом Решение: 1. Определяем напряжение на зажимах цепи U = U m / √'762 = 282 / 1,41 = 200 В 2. Определяем накопленное ем костное сопротивление – ј x c = – ј 17 = 17 е – ј 90 3. Определяем полное комп лексное сопротивление цепи z Z = R – ј x c = 2 – ј 17 = √'762 2 + 17 2 · е – ј arctg 17/2 = 17,1 е – ј 83 4. Начальную фазу напряже ния примем равной нулю Щ = 200 е ј0 В 5. Определяем комплексный ток по закону Ома Э = Щ / Z = 200 е ј0 / 17,1 е – ј 83 = 11,7 е ј 83 тогда показания амперметра I А = 11, 7 А 6. Определяем комплексное напряжение на R Щ R = I R = 11,7 е ј 83 · 2 = 23,4 е ј 83 = = 23,4 cos 83 + ј 23, 4 sin 83= 2, 9 + ј 23, 2 7. Определяем напряжение на емкости Щ c = Э ( – ј x c ) = 11,7 е ј 83 · 17 е – ј 90 = 198,6 е – ј 7 = = 198,6 cos 7 – ј 198, 6 sin 7 = 197,1 – ј 24,2 тогда показания вольтметра U c = 198,6 В 8. Определяем полную комп лексную мощность цепи Ŝ'53 = I * · Щ = 11,7 е - ј 83 · 200 е ј0 = 2336 е -ј 83 = = 2336 cos 83 – ј 2336 sin 83 = 284,7 – ј 2318, 6 S = 2336 ВА P = 284, 7 Вт Q = 2318, 6 ВАР 9. Определяем показатель фазометра ц = ц u – ц Я = 0 – 83 = – 83 тогда показания фазометра cos ц = cos (– 83) = 0,12 ЗАД АЧА 4 Трехфазные элект рические цепи синусоидального тока В трехфазную сеть с линейным напряжением U л (действующее значение напряжения) по с хеме «треугольник/треугольник» включены активно-индуктивные приемник и. Определить фазные и линейные токи в нагрузке, активную мощность всей ц е пи и каждой фазы отдельно. Дано: R АВ = 8 Ом U л = 127 В X СА = 3 Ом R СА = 2 Ом R ВС = 3 Ом X АВ = 6 Ом X В C = 17 Ом Решение: 1. Т. к. рассматриваем соедине ние «треугольник/треугольник», то U п = U до Щ АВ = 127 е ј 0 Щ ВС = 127 е – ј 120 Щ СА = 127 е ј 120 2. Определяем комплексное по лное сопротивление фаз z АВ = R АВ + ј x АВ = 8 + ј 6 = √'768 2 + 6 2 · е ј arctg 6/8 = 10 е ј37 z В C = R В C + ј x В C = 3 + ј 17 = √'763 2 + 17 2 · е ј arctg 17/3 = 17,3 е ј80 z C А = R СА + ј x СА = 2 + ј 3 = √'762 2 + 3 2 · е ј arctg 3/2 = 3,6 е ј56 3. Определяем комплексные фа зные токи I ф = U ф / z ф Э АВ = 127 е ј 0 / 10 е ј37 = 12 ,7 е - ј37 Э ВС = 127 е -ј 120 / 17 ,3 е ј 80 = 7,3 е - ј 200 Э СА = 127 е ј 120 / 3,6 е ј56 = 35 , 3 е ј64 4. Определим сопряженные комплексные токи фаз: Э АВ * = 12,7 е ј37 Э ВС * = 7,3 е ј200 Э СА * = 35 , 3 е - ј64 5. Определяем комплексные полные мощности фаз S = I Ф * · U Ф S АВ = 12,7 е ј37 · 127 е ј 0 = 1612,9 е ј37 = 1612,9 cos 37 + ј 1612,9 sin 37 = 1288,1 + ј 970,7 S В C = 7,3 е ј200 · 127 е – ј 120 = 927,1 е -ј 8 0 = = 927,1 cos 80 – ј 927,1 sin 80 = 161 – ј 913 S C А = 35,3 е - ј64 · 127 е ј 120 = 4483,1 е ј 56 = 4483,1 cos 56 + ј 4483,1 sin 56 = = 2506 , 9 + ј 3716,7 6. Определяем активную мо щность фаз P АВ = 1288,1 Вт P В C = 161 Вт P C А = 2506 , 9 Вт 7. Определяем активную мо щность цепи P ц = P АВ + P В C + P C А = 3956 Вт СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Касаткин А. С., М. В. Немцов « Электротехника»: М., Академия, 2005. 2. Методические указани я к выполнению контрольной работы по дисциплине «Общая электротехника и электроника» для студентов заочной формы обучения. 3. Лачин В.И., Н.С. Савёлов «Электроник а»: М., Феникс, 2002. 4. Лекции по дисциплине «Общая элект ротехника и электроника».
© Рефератбанк, 2002 - 2018