Практическое занятие № 1. Расчет электронных устройств на основе полупроводниковых диодов

Задача 1. Расчёт однофазного неуправляемого выпрямителя.

Разработать схему мостового выпрямителя на полупроводниковых диодах с индуктивно-емкостнымLC-фильтром для выпрямления однофазного синусоидального напряжения. Исходные данные к задаче (напряжение сети U ₁,номинальное напряжение нагрузки U_d, номинальная мощность нагрузки P_d, допустимый коэффициент пульсаций К_н) приведены в таблице 1.1. Частота питающего напряжения f= (50 Гц – группа №1; 100 Гц – группа №2; 400 Гц – группа №3; 60 Гц –группа №4). Необходимо выбрать тип вентилей, трансформатора, рассчитать параметры фильтра. Описать принцип работы схемы, осуществить моделирование её работы в среде Multisim.

Таблица 1.1 – Исходные данные к задаче 1

Номер варианта	U1, В	Ud, В	Pd, Вт	Kн, %
				0,1
				0,2
				0,3
				0,4
				0,5
				0,6
				0,4
				0,8
				0,9
				1,0
				0,8
				0,3
				0,2
				0,4
				0,5
				0,1
				0,1
				0,9
				0,2
				0,4
				0,3
				0,7
				0,1
				0,3
				0,4
				0,5

Окончание таблицы 1.1

				0,6
				0,9
				0,7
				0,5
				0,7

Пример решения задачи 1. Вариант 31

Схема однофазного мостового выпрямителя с LC-фильтром приведена на рисунке 1.1. Принцип ее работы описан в [4].

Рисунок 1.1 – Схема однофазного мостового выпрямителя с индуктивно-емкостным LC-фильтром

Ток нагрузки равен:

А.

Сопротивление нагрузки

Ом.

Для однофазного мостового выпрямителя среднее значение прямого тока через вентиль (выпрямительный диод) определяется как

А.

Обратное максимальное напряжение на вентилеравно:

В.

Выбираем вентили (выпрямительные диоды) 1N4934 (приложение А или электронный «Справочник по полупроводниковым приборам» - файл «INQUIRY.EXE» или) c параметрами:

– максимальный прямой ток I_{пр max} = 1A> I_а= 0,3A;

– максимально допустимое обратное напряжение U_{обр max}=100В > U_{а обр max}=78,5В;

– максимальное напряжение в открытом состоянии U_{пр max}=1,1В.

Для однофазного мостового выпрямителя действующее значение вторичного напряжения равно:

В.

Расчётная мощность трансформатора определяется как

В∙А.

Выбираем трансформатор (электронный справочник – файл «Силовые трансформаторы.pdf») ТПП 271-127/220-50:

В∙А > В∙А.

При последовательном соединении вторичных обмоток А, Б, В, Г получаем U ₂=9,95+10+20+20=59,95 В.

Тогда коэффициент трансформации

Коэффициент пульсации на выходе однофазного мостового выпрямителя К_п = 0,67.

Требуемый коэффициент пульсации К_н = 0,007.

Коэффициент сглаживания фильтра равен:

Для LC–фильтра

Гн∙Ф,

где m – число пульс выпрямленного напряжения за период.

Зададимся мкФ. Тогда

Гн.

Параметры фильтра мкФ, Гн удовлетворяют условиям эффективной работы:

; .

; .

Модель однофазного неуправляемого мостового выпрямителя с фильтром приведена на рисунке 1.2 (файл «Мостовой выпрямитель.ms11»).

Рисунок 1.2 – Модель мостового выпрямителя с индуктивно-емкостным фильтром

Результаты моделирования: U ₂= 59,921 В, I_d = 0,606 А, U_d = 52,04 В (задано U_d = 50 В), что соответствует заданию.Осциллограммы напряжений в контрольных точках приведены на рисунке 1.3.

Коэффициент пульсаций в нагрузке

,

что удовлетворяет заданию К_н =0,7% ≥ 0,0069∙100 %.

Рисунок 1.3 –Осциллограммы напряжения вторичной обмотки трансформатора U ₂, выпрямленного напряжения U_д и значение первой гармоники U _{1 m} выпрямленного напряжения

Амплитуда первой гармоники выпрямленного напряжения U _{1 m} находится с помощью анализатора спектра XSA1 на удвоенной частоте питающего напряжения f ₁ = 2 ∙f= 2∙50=100 Гц (рисунок 1.3).

Задача 2. Расчёт параметрического стабилизатора напряжения.

Разработать схему, выполнить расчёт и выбор элементов параметрического стабилизатора напряжения для обеспечения заданного напряжения на нагрузке U_н. Исходные данные к задаче (сопротивление нагрузки R _Н, минимальное напряжение источника U _min, максимальное напряжение источника U _max) приведены в таблице 1.2 (R _Низ таблицы – группа №1;0,8∙ R _Н– группа №2;1,2∙ R _Н– группа №3; 1,4∙ R _Н– группа №4). Необходимо определить величину балластного сопротивления R_б, описать принцип работы схемы, осуществить моделирование её работы в среде Multisim, проверить работоспособность схемы во всём диапазоне изменения входного напряжения, определить коэффициент стабилизации.

Таблица 1.2 – Исходные данные к задаче 2

Номер варианта	UН, В	RH, Ом	Umin, В	Umax, В
	6,8

Пример решениязадачи 2. Вариант 31

Схема параметрического стабилизатора напряжения приведена на рисунке 1.4. Принцип ее работы описан в [2].

Рисунок 1.4 – Схема параметрического стабилизатора напряжения

Выбираем стабилитрон 1N4736Апо заданному напряжению на нагрузке U_Н (приложение Б или электронный «Справочник по полупроводниковым приборам» – файл «INQUIRY.EXE») cпараметрами:

– напряжение стабилизации U_ст =6,8 В;

– минимальный ток стабилизации I_{ст min}=21 мА (в справочнике I_ст);

– максимальный ток стабилизации I_{ст max}= 660 мА.

Найдём среднее значение напряжения источника U_ср и тока стабилитрона I_срст:

В,

мА.

Составим уравнение по второму закону Кирхгофа:

Из чего определим балластное сопротивление R_б:

Ом,

где I_Н – номинальный ток нагрузки,

А = 620 мА.

Принимаем из стандартного ряда Е24 (приложение В) R_б = 6,2 Ом. Рассмотрим, будет ли обеспечена стабилизация во всём диапазоне изменения входного напряжения:

В.

В.

Таким образом, стабилизация обеспечивается во всём диапазоне изменения входного напряжения (12…14 В).

Модель параметрического стабилизатора напряжения в среде Multisim приведена на рисунке 1.5(файл «Параметрический стабилизатор.ms11»). Входное напряжение задаётся с помощью источника постоянного напряжения U ₁или с помощью источника переменного напряжения U ₂ = (14–12)/2 = 1 В(P_k) с постоянным смещением U_ср = +13 В (напряжение смещения).

Необходимо привести результаты моделирования при минимальном входном напряжении U _min, максимальном входном напряжении U _max (задаются источником U ₁и диаграммы входного и выходного напряжений (рисунок 1.6).

Рисунок 1.5 – Модель параметрического стабилизатора напряжения

Рисунок 1.6 – Диаграммы входного U и выходного U_ст напряжений

Стабилизация обеспечивается во всём диапазоне входных напряжений:

U_{ст min}= 6,845 В при U _min=12 В; U_{ст max}= 6,870 В при U _max=14 В.

Коэффициент стабилизации

,

где Δ U_вх = U _max– U _min=14 – 12 = 2В;

Δ U_ст = U_{ст max}– U_{ст min}=6,870 – 6,845 = 0,025 В.

Дата добавления: 2015-05-06