Расчет выпрямительных схем

Министерство образования и науки Российской Федерации

Костромской государственный технологический университет

Кафедра электротехники и электромеханики

В.Н. Попов

Задания и методические указания к выполнению

расчетно-графических работ по электронике

Учебно-методическое пособие для студентов специальности 220301

«Автоматизация технологических процессов и производств »

Кострома

КГТУ

УДК 621.396.6(035.5)

Попов, В.Н. Задания и методические указания к выполнению расчетно-графических работ по электронике: учеб.-метод. пособие / В.Н. Попов. – Кострома: Изд-во Костром. гос. технол. ун-та, 2010. – 42 с.

Учебно-методическое пособие содержит задания на выполнение расчетно-графических работ, краткие теоретические сведения по принципам работы типовых устройств электроники, методики расчета электронных устройств, справочные данные по некоторым типам элементов электроники и рекомендации по оформлению расчетных работ. Предназначено для студентов вузов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств », изучающих дисциплину «Электроника».

Пособие может быть также использовано студентами различных специальностей для самостоятельного освоения учебного материала при изучении курса электроники.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент кафедры автоматики и микропроцессорной техники В.М. Федюкин

Рассмотрено и рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом КГТУ

ã Костромской государственный технологический университет, 2010

Содержание

Предисловие.............………………………………………………………….. 4

Расчетно-графическая работа № 1.

Расчет источника вторичного электропитания ………………………….….4

Расчетно-графическая работа № 2.

Расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе

по схеме с общим эмиттером ……………………………………………..…17

Расчетно-графическая работа № 3.

Расчет импульсных электронных устройств на биполярных

транзисторах ……………………………………………………………….….25

Список литературы .............................………………………. ………..…………. 33

Приложения…………………………………………………………….……….…...34

ПРЕДИСЛОВИЕ

При выполнении расчетно-графических работ (РГР) по электронике студенты сталкиваются с необходимостью использования типовых методик расчета различных электронных устройств, начиная с простейших выпрямителей. В учебной литературе этот вопрос освещается недостаточно полно, часто без подробных разъяснений и без справочных данных на элементы электроники. В предлагаемом учебно-методическом пособии рассмотрены те варианты устройств, которые вошли в состав заданий на выполнение расчетно-графических работ по электронике для студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств ».

Приведенные в приложениях справочные материалы состав­лены на основе данных, указанных в государственных стандартах и технических условиях на изделия электроники.

Расчетно-графическая работа №1 (РГР-1)

Расчет источника вторичного электропитания

1.1. Задание на выполнение РГР-1

1. Произвести расчет источника вторичного электропитания для электронного

устройства в соответствии с номером варианта (табл.1.1.) задания по типовой

методике.

2. Выбрать по справочнику элементы схемы со стандартными номинальными

параметрами и занести в таблицу типовой формы.

3. Оформить отчет по выполненной РГР в соответствии

с существующими требованиями для оформления расчетных работ на

стандартных листах формата А4. Образцы оформления титульного листа

приведен в прил.1, задания – в прил.2.

1.2. Исходные данные

Таблица 1.1

№ вари- анта	Тип выпрями-теля	Тип фильтра	Тип стабилизатора	Ток нагрузки Iн, мА	Напряжение нагрузки Uн, В

Продолжение табл. 1.1

Окончание табл. 1.1

Примечания:

В таблице 1.1 использованы следующие обозначения.

Тип выпрямителя:

1 – однополупериодный однофазный;

2 – двухполупериодный однофазный со средней точкой трансформатора;

3 – мостовой однофазный.

Тип фильтра:

1 – емкостный;

2 – Г-образный RC-фильтр.

Тип стабилизатора:

1 – параметрический стабилизатор напряжения однокаскадный с

термокомпенсацией;

2 – параметрический стабилизатор напряжения двухкаскадный без термокомпенсации.

1.3. Методические указания

Воспользовавшись одной из типовых методик расчета, рассмотренных на учебных занятиях, в учебной литературе или других источниках, выполнить расчет источника вторичного электропитания, включающего в себя выпрямительную схему, пассивный электрический сглаживающий фильтр и параметрический стабилизатор напряжения.

При выполнении расчёта определить действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора, к которому подключается выпрямительная схема. Внутреннее сопротивление вторичной обмотки трансформатора принять равным нулю. Полный расчёт трансформатора в данной работе не производится.

1.4. Краткие теоретические сведения и примеры расчета типовых узлов

источников вторичного электропитания

Расчет выпрямительных схем

Выпрямительная схема входит в состав источники вторичного электропитания (ИВЭП) – электронного устройства, предназначенного для получения постоянного по направлению тока из переменного, например из синусоидального промышленной частоты 50 Гц. Структурная схема ИВЭП классического варианта с сетевым трансформатором приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Структурная схема неуправляемого выпрямителя:

Т – трансформатор; В – выпрямительная схема;

Ф – сглаживающий фильтр; СН – стабилизатор напряжения;

Н – нагрузка

Конечной целью расчета выпрямителя обычно является определение параметров элементов, входящих в состав этого выпрямителя и выбор типов элементов со стандартными электрическими параметрами. Исходными данными для расчета, как правило, являются параметры нагрузки.

В случае полного набора функциональных узлов в схеме (см. рис.1) расчет производится от нагрузки, то есть сначала рассчитывают стабилизатор, затем фильтр и только после этого выпрямительную схему. Так как в состав выпрямителя могут не входить фильтр и стабилизатор напряжения, то анализ расчета начнем с выпрямительной схемы.

Рассмотрим порядок расчета трех вариантов однофазных выпрямительных схем.

А. Однофазная однополупериодная выпрямительная схема

Схема представлена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Принципиальная электрическая схема

однофазного однополупериодного выпрямителя

Основными электрическими параметрами выпрямительных диодов являются:

I пр.ср – прямой средний за период повторения максимально допустимый ток;

U обр.макс – максимально допустимое обратное напряжение;

Ток нагрузки Iн равен току диода для рассматриваемой схемы поэтому

I пр.ср = Iн , где Iн = Uн / Rн ;

Uн – среднее напряжение на нагрузке (постоянное, выпрямленное);

Rн – сопротивление нагрузки.

Максимальное напряжение на выпрямительном диоде в обратном направлении возникает в середине отрицательного полупериода напряжения вторичной обмотки трансформатора, которое является амплитудным его значением U_2m .

Таким образом , U обр.макс = U_2m = 1,41 U₂ .

Связь между Uн и U₂ в расчетах принимают следующей: Uн = 0,45 U₂ .

Пример выполнения расчета:

Дано: Rн = 500 Ом; Uн = 150 В.

Рассчитать параметры диода и выбрать его тип по справочнику.

Рассчитаем ток нагрузки

Iн = Uн / Rн = 150 / 500 = 0,3 А,

I пр.ср = Iн = 0,3 А.

Обратное напряжение на диоде

U обр.макс = U_2m = 1,41 U₂ = 1,41 (U_н / 0,45) = 1,41 (150 / 0,45) = 471 В.

По справочнику выбираем диод типа КД205Е с параметрами U обр.макс = 500 В,

I пр.ср = 0,3 А.

Б. Однофазная двухполупериодная выпрямительная схема со средним выводом

вторичной обмотки трансформатора

Схема представлена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Принципиальная электрическая схема однофазного двухполупериодного

выпрямителя со средним выводом вторичной обмотки трансформатора

Ток нагрузки Iн равен половине тока диода для рассматриваемой схемы, поэтому

I пр.ср. = Iн / 2, где Iн = Uн / Rн;

U обр.макс = 2U_2m = 2(1,41 U₂ ) .

Связь между Uн и U₂ в расчетах принимают следующей:

Uн = 0,9 U₂ .

В. Однофазный мостовой выпрямитель ( рис. 1.4)

Рис. 1.4. Принципиальная электрическая схема однофазного мостового

выпрямителя

Ток нагрузки Iн для мостовой схемы также равен половине тока диода, поэтому

I пр.ср = Iн / 2 , где Iн = Uн / Rн; U обр.макс = U_2m = 1,41 U₂; Uн = 0,9 U₂.