Конструювання нестандартних та особливих компонентів електронних приладів Опис лабораторної роботи


Скачати 90.91 Kb.
НазваКонструювання нестандартних та особливих компонентів електронних приладів Опис лабораторної роботи
Дата15.05.2013
Розмір90.91 Kb.
ТипДокументи
bibl.com.ua > Фізика > Документи
ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІНФОРМАЦІЙНО-

КОМУНІКАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Кафедра технічної електроніки



Конструювання нестандартних та особливих компонентів електронних приладів

Опис лабораторної роботи



Київ – 2005



1. Мета роботи

Ознайомлення з конструкціями та технологіями виготовлення котушок індуктивності. Освоєння методів розрахунку параметрів та методів їх вимірювання. Виконання досліджень характеристик котушок на навчально-дослідному лабораторному стенді для фізичного моделювання електронних пристроїв та у інтерактивному комп'ютерному середовищі для моделювання електронних пристроїв Electronics Workbench. (EWB)
2. Обладнання, програмне та інформаційно-методичне забезпечення.

2.1. Навчально-дослідний стенд для фізичного моделювання електронних пристроїв та методичний посібник для роботи на ньому.

2.2. ЕОМ типу IBM PC. Програми Electronics Workbench та AutoCAD i методичні посібники для роботи з ними.

2.2. Інтерактивний електронний посібник Основи інформаційно-електронних технологій.
3. Теоретичні відомості

Котушки індуктивності є одним з важливих нестандартних елементів електронних приладів.

По призначенню котушки індуктивності можна розділити на чотирьох групи: а) котушки контурів,

б) котушки зв'язку,

в) дроселі високої частоти;

г) дроселі низької частоти.

По конструктивній ознаці котушки можуть бути розділені на одношарові і багатошарові; циліндричні, спіральні і тороїдальні; екрановані і неекрановані; котушки без сердечників і котушки із сердечниками та ін.

Котушки індуктивності характеризуються наступними основними параметрами: індуктивністю і точністю, добротністю, власною ємністю і стабільністю.

Одношарові котушки застосовуються на частотах вище 1500 кГц. Намотка може бути суцільна і з примусовим кроком. Одношарові котушки з примусовим кроком відрізняються високою добротністю (Q=15O... 4OO) і стабільністю; застосовуються в основному в контурах коротких (KB) і ультракоротких (УКВ) хвиль. Високостабільні котушки, застосовують в контурах гетеродинів на KB і УКВ, намотуються при незначному натягу проводом, нагрітим до 80... 120°С.

Для котушок з індуктивністю вище 15...20 МкГн застосовується суцільна одношарова намотка. Доцільність переходу на суцільну намотку визначається діаметром котушки. Орієнтовані значення індуктивності, при яких доцільний перехід на суцільну намотку:

Діаметр каркаса (у мм) 6 10 15 20 25

Індуктивність (у мкГн) 1 8 4 10 20

Котушки із суцільною намоткою також відрізняються високою добротністю і широко використовуються в контурах на коротких, проміжних і середніх хвилях, якщо потрібно індуктивність не вище 200...500 мкГн. Доцільність переходу на

2

багатошарову намотку визначається діаметром котушки. Орієнтовані значення індуктивності, при яких доцільний перехід на багатошарову намотку:

Діаметр каркаса (у мм) 10 15 20 25 30

Індуктивність (у мкГн) 30 50 100 200 500

Індуктивність одношарової котушки розраховується по формулі: L=0,01DN2/(l/D+0.44), де L - індуктивність (у мкГн), D - діаметр котушки (у см), 1 - довжина намотки (у см), N - число витків.

Добротність одношарових котушок визначається в основному діаметром проводу і кроком намотки (відстанню між витками) х. Встановлено, що на високих частотах оптимальне значення діаметра намотувального проводу визначається з виразу: d=0,707x.

Багатошарові котушки розділяються на прості і складні. Прикладами простих намоток є рядова багатошарова намотка і намотка "купою" (або внавал). Несекціоновані багатошарові котушки з простими намотками відрізняються зниженою добротністю і стабільністю, великою власною ємністю, вимагають застосування каркасів. Індуктивність багатошарової котушки розраховується по формулі: L=G,08(DN)2/(3D4-91+10t), де L - індуктивність котушки, мкГн; D - середній діаметр намотки, см; 1 - довжина намотки, см; t - товщина котушки, см; N - число витків.

Якщо задана індуктивність і потрібно розрахувати число витків, то варто задати розміри D, 1 и t и підрахувати необхідне число витків. Після цього варто зробити перевірку товщини котушки по формулі: t=zNd2/l, де d - діаметр проводу з ізоляцією (у мм), z=l,05...1,3 - коефіцієнт неплотності намотки при d=l...0,08 відповідно.

Секціоновані котушки індуктивності характеризуються досить високою добротністю, зниженою власною ємністю, меншим зовнішнім діаметром і допускають у невеликих межах регулювання індуктивності шляхом зсуви секцій. Вони застосовуються як у якості контурних у контурах довгих : і середніх хвиль, так і в якості дроселів високої частоти. Кожна секція являє собою звичайну багатошарову котушку з невеликим числом витків. Число секцій може бути від двох до восьми, іноді навіть більше. Розрахунок секціонованих котушок зводиться до розрахунку індуктивності однієї секції. Індуктивність секціонованої котушки, що має п секцій: L= Lc[n+2k(n-l)], де Lc - індуктивність секції, до - коефіцієнт зв'язку між суміжними секціями (до=0,3 при відстані між секціями, рівній половині ширини секції, що дорівнює середньому радіусу котушки).

Власна ємність котушки знижує добротність і стабільність настроювання контурів. У діапазонних контурах ця ємність зменшує коефіцієнт перекриття діапазону. Розмір власної ємності визначається типом намотки і розмірами котушки. Найменша власна ємність (декілька пф) в одношарових котушках, намотаних із примусовим кроком. Багатошарові котушки мають більшу ємність, розмір якої залежить від способу намотки. Так, ємність котушок з універсальною намоткою складає 5...25 пф, а з рядовою багатошаровою намоткою може бути вище 50 пф.

Дроселем високої частоти називають котушки індуктивності, використовувані в джерелах живлення в якості елементів , що фільтрують. Індуктивність дроселя повинна бути досить великою, а власна ємність - малою.

3

Конструктивно дроселі високої частоти виконуються у виді одношарових або багатошарових котушок. Для дроселів довгих і середніх хвиль застосовується секціонована багатошарова намотка. Дроселі для коротких хвиль і для метрових хвиль звичайно мають одношарову намотку - суцільну або з примусовим кроком. У якості каркаса часто використовуються керамічні стрижні від резисторів. Розрахунок числа витків дроселя робиться так само, як і розрахунок числа витків котушок індуктивності.

У котушках із великою індуктивністю застосовуються сердечники з ферромагнітних матеріалів. Індуктивність котушки з замкнутим сталевим сердечником L=0,0126|J. SN2/lc [мкГн], де |J - магнітна проникність матеріалу (для електротехнічних сталей знаходиться в діапазоні 200... 500), S - Перетин сердечника (у см2), N - число витків котушки, 1С - середня довжина магнітного шляху, см (наприклад, для круглого сердечника -, довжина його середньої окружності).
4. Підготовка до виконання лабораторної роботи.

4.1. Повторити матеріал лабораторних робіт на теми "Ознайомлення з інтерактивним комп'ютерним середовищем Electronics Workbench та "Ознайомлення з навчально-дослідним стендом комп'ютерної лабораторії кафедри.

4.2. Вивчити теоретичний матеріал, викладений на лекціях, в розділі: 9. Технології створення електронних пристроїв та комп'ютерних систем/Конструювання електронних пристроїв Інтерактивного електронного посібника Основи інформаційно-електронних технологій в літературі та в цьому описі. Пройти навчально-контролюючі програми та залікові тести згаданих розділів.
5. Завдання для виконання лабораторної роботи.

Завдання 1. Познайомитись з зовнішнім виглядом, структурою та правилами підключення котушок індуктивності.

Завдання 2.

Розрахувати та сконструювати з допомогою програми AutoCAD котушку для заданої резонансної частоти коливального контуру. Виготовити котушку. Виміряти індуктивність котушки, використавши вимірювач індуктивності Е4-7 або інший.

Завдання 3.


Використавши конденсатор та сконструйовану котушку індуктивності, скласти коливальний контур. Зняти резонансну криву цього контуру, використавши схему Рис.1. По резонансній кривій знайти смугу пропускання контуру (рівень 0,707), еквівалентну та конструктивну добротність.

Рис.1.

4

Завдання 4.

Згідно умови попереднього завдання виконати комп'ютерне моделювання в програмі Electronics Workbench та отримати всі необхідні характеристики коливального контуру.
6. Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи.

6.1. До лабораторної роботи приступайте лише після отримання допуску на її виконання.

6.2. Уясніть суть завдання та методи його виконання.

6.3. При виконанні лабораторної роботи не ігноруйте правила техніки безпеки, ретельно виконуйте рекомендації інструкцій по експлуатації обладнання, що використовується, будьте уважні та належним чином виконуйте вказівки цього опису.

6.4. Виконуйте завдання на Навчально-дослідному стенді для фізичного моделювання електронних пристроїв та у Інтерактивному комп'ютерному середовищі для моделювання електронних пристроїв Electronics Workbench. (Рис.2, 3) Результати виконання оформіть в електронних файлах.

Р
ис.2

Р
ис.3

6.5. Приклад виконання проектування котушки в програмі AutoCAD.

6.6. Зробіть аналіз роботи та оформіть звіт.

7. Завдання для самостійного опрацювання.

7.1. Закріпити знання теоретичного матеріалу. Виконати розрахункову обробку результатів вимірювання при виконанні лабораторної роботи. Оформити звіт. Виконати завдання для самостійної роботи (Див. матеріал Інтерактивного електронного посібника Основи інформаційно-електронних технологій.).

5

Виконати індивідуальну творчу роботу по завданню викладача чи зі своєї ініціативи за згодою викладача.

7.2. Задачі для індивідуальних творчих завдань.

Задача 1.

Сконструювати котушку зі змінною індуктивністю, з допомогою якої можна було б настроювати вхідний контур радіоприймача на частоти середньохвильового радіодіапазону.

Задача 2.

Сконструювати дросель для кола змінного струму з частотою 50 Гц, який би мав загальний опір 100 Ом.

Задача 3.

Сконструювати дросель для кола змінного струму з частотою F мГц, який би мав загальний опір R Ом. Врахувати омічний опір провода та паразитні ємності.

8. Контрольні питання та завдання

  1. Назвіть області використання індуктивностей.

  2. Назвіть області використання високочастотних дроселів.

  3. Назвіть області використання низькочастотних дроселів.

  4. Знайдіть індуктивність котушки, яку потрібно підключити до конденсатора ємністю 100 пФ, щоб отримати резонансну частоту 5 МГц.

  5. Знайдіть резонансну частоту контура, якщо його хвильовий опір 400 Ом, а індуктивність котушки 8 мкГн.

  6. Дайте пояснення фізичних процесів в котушці індуктивності при підключенні її до джерела постійного струму.

  7. Дайте пояснення фізичних процесів в котушці індуктивності при відключенні її від джерела постійного струму.

  8. Дайте пояснення фізичних процесів в котушці індуктивності, яка включена в коло змінного струму.

  9. Резонансний опір паралельного контуру 30 кОм, активний опір 5 Ом. Знайти добротність контуру.


9. Зміст звіту

1. Мета роботи.

2. Обладнання, програмне та інформаційно-методичне забезпечення.

3. Звіт про підготовку до виконання лабораторної роботи.

4. Завдання для виконання лабораторної роботи

5. Опис виконання завдань лабораторної роботи, самостійної та індивідуальної роботи.

6. Відповіді на контрольні запитання.

7. Електронні файли результатів роботи.

8. Аналіз результатів роботи.
6


10. Література

  1. Гершунский Б.С. Основы электроники и микроэлектроники..- К., Выща шк., 1989.

  2. Васильева и др. Катушки индуктивности аппаратуры связи. - Изд-во "Связь", М., 1973.

  3. Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем.- К., Выща шк., 1989.

  4. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. – М.: Солон – Р, 1999, 2004.

  5. Чаповський М.З., Власенко В.М. Методичний посібник: Інтерактивне комп'ютерне середовище Electronics Workbench v.5.12. ДУІКТ, 2005.

  6. Чаповський М.З. Методичний посібник: Навчально-дослідний стенд комп'ютеризованої лабораторії технічної електроніки. ДУІКТ, 2005.


7

Укладачі: Чаповський М.З.

Власенко В.М.

Яцентюк Г.Т.
Розглянуто та схвалено

на засіданні кафедри Технічної електроніки

протокол № 1 від 8 вересня 2006 р.
Завідувач кафедри Уваров Р.В.


P.S.
Здійснити друк цього опису можна з файла Konstr_Komp_Lab_rob_druk.doc.

Схожі:

Конструювання нестандартних та особливих компонентів електронних...
Виконання досліджень характеристик котушок на навчально-дослідному лабораторному стенді для фізичного моделювання електронних пристроїв...
Дослідження електричних кіл змінного струму Опис лабораторної роботи
Навчально-дослідний стенд для фізичного моделювання електронних пристроїв та методичний посібник для роботи на ньому
Гершунский Б. С. Основы электроники и микроэлектроники К., Выща шк.,...
Опис виконання завдань лабораторної роботи, самостійної та індивідуальної роботи
Опис лабораторної роботи
Вимірювання параметрів гармонійної напруги за допомогою осцилографа у віртуальному
Опис лабораторної роботи
Вимірювання напруги змінного електричного струму у віртуальному комп’ютерному середовищі LabVIEW
Опис лабораторної роботи
Вимірювання частоти і періоду електричних сигналів у віртуальному комп’ютерному середовищі LabVIEW
Опис лабораторної роботи
Вимірювання потужності постійного електричного струму у віртуальному комп’ютерному середовищі LabVIEW
Опис лабораторної роботи
Вимірювання частоти і періоду електричних сигналів у віртуальному комп’ютерному середовищі LabVIEW
Опис лабораторної роботи
Вимірювання сили постійного електричного струму у віртуальному комп’ютерному середовищі LabVIEW
Вимірювання кута фазового зрушення у віртуальному комп’ютерному середовищі...
Придбання навиків вимірювання кута фазового зрушення. Одержання відомостей про характеристики і будову та навиків роботи цифрового...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання


При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua
Головна сторінка