Контрольная работа №1

Задача 1.

Задан обратный ток I ₀, мкА, полупроводникового диода при Т, K. Определить сопротивление диода постоянному току и его дифференциальное сопротивление при известном прямом напряжении U пр, мВ (табл. 1).

№ варианта
I 0, мкА						1,5	1,3	1,2
Т, K
U пр, мВ

№ варианта
I 0, мкА			1,5	1,2					1,2	1,3
Т, K
U пр, мВ180

ЗАДАЧА №2

На вход заданной схемы подается напряжение синусоидальной формы амплитудой U_{вх m}. Изобразить форму выходного напряжения. Вид схемы, амплитуда входного напряжения, типы диодов и стабилитронов выбираются из рис. 2 в соответствии со своим вариантом. Для всех схем действительно соотношение R_н >> R_огр.

1 2

3 4

5 6

7 8

9 10

11 12

13 14

15 16

17 18

19 20

Рисунок 2

ЗАДАЧА №3

Рассчитать выпрямитель, работающий на емкостную нагрузку, и сглаживающий фильтр в соответствии с данными, приведенными в таблице 2. Вариант задания определяет преподаватель. Полупроводниковые диоды выбирают с помощью табл.6.

Таблица 2

№	Схема выпрямления	U0, В	I0, А	pвых
	Однополупериодная		0,05	0,001
	Двухполупериодная		0,5	0,0002
	Мостовая		1,0	0,0004
	Однополупериодная		0,025	0,002
	Двухполупериодная		0,4	0,0001
	Мостовая		0,2	0,00015
	Однополупериодная		0,02	0,0001
	Двухполупериодная		1,5	0,002
	Мостовая		0,8	0,005
	Однополупериодная		0,005	0,005
	Двухполупериодная		0,1	0,001
	Мостовая		0,15	0,001
	Однополупериодная		0,025	0,005
	Двухполупериодная		0,6	0,0005
	Мостовая		0,2	0,00025
	Однополупериодная		0,015	0,002
	Двухполупериодная		1,0	0,025
	Мостовая		2,0	0,0015
	Однополупериодная		0,001	0,00015
	Двухполупериодная		0,005	0,00015
	Мостовая		0,0025	0,00025
	Однополупериодная		0,025	0,0001
	Двухполупериодная		1,2	0,002
	Мостовая		1,2	0,0025
	Однополупериодная		0,02	0,0015
	Двухполупериодная		0,25	0,001
	Мостовая		0,45	0,004
	Однополупериодная		0,01	0,004
	Двухполупериодная		0,1	0,02
	Мостовая		0,2	0,045

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАЧИ № 1

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАЧИ № 2

При решении задачи №1 используется кусочно - линейная аппроксимация вольт - амперной характеристики (ВАХ) диодов и стабилитронов. На рис.1,2 показаны участки ВАХ (I,II,III), где сопротивления r_д, r_ст и эквивалентные схемы замещения диода (рис.1) и стабилитрона (рис.2) остаются постоянными.

Рис. 1 Рис. 2

Для решения задачи необходимо весь диапазон изменения величины U _вх (t) разбить на участки, где r_д и r_ст остаются неизменными. Для каждого из этих участков эквивалентные схемы ограничителей имеют свой вид:

- эквивалентные схемы диодов и стабилитронов не содержат источников напряжения,

-источник напряжения включён последовательно с U_вх (t),

-источник напряжения включён параллельно с R_н.

В первом случае решение задачи сводится к анализу схемы, изображённой на рис 3. Выходное напряжение для неё описывается выражением (1):

U _вых (t)= U _вх (t) * R₂/ (R₁+R₂) (1).

При решении следует учитывать, что если R₁=∞ или R₂=0, то U_вых (t)=0, а если R₁<< R₂, то U_вых(t)=U_вх(t). Во втором случае решение задачи отличается только тем, что в выражении (1) вместо U_вх(t) подставляется значение [U_вх(t)-E], где Е равно U _пр или U _ст в зависимости от вида схемы. Тогда

U _вых (t)= [ U _вх (t)-E ] * R₂ / (R₁+R₂) (2).

Рис 3 Рис 4

В третьем случае U_вых (t) определяется только источником напряжения в соответствии с эквивалентной схемой и не зависит от остальных элементов схемы.

В качестве примера рассмотрим решение задачи № 1 для схемы, изображённой на рис 4.

Для этой схемы R₁ = R _огр+ r _д, а R₂= r _ст ‌ ‌ R _н. На рис. 5 приведены временные диаграммы U _вх (t) и U _вых (t) с указанием временных интервалов, на которых параметры диода и стабилитрона (r _д и r _ст) и их схемы замещения остаются постоянными.

При положительной полуволне U_вх(t) диод включён в прямом направлении (участки II,III на рис 2), а стабилитрон- в обратном (участки I,II на рис 3). В этом случае положительная полуволна U _вх(t) может быть разбита на 5 временных интервалов: (0÷t₁), (t₁÷t₂), (t₂÷t₃), (t₃÷t₄) и (t₄÷t₅). На интервалах (0÷t₁) и (t₄÷t₅) диод и стабилитрон находятся на II участке ВАХ (рис 2,3) и характеризуются внутренними сопротивлениями r_д = r_пр = ∞, r_ст = r_обр = ∞.

В результате R₁ = ∞, а R₂ = R_н, источники напряжения в схемах замещения отсутствуют и в соответствии с (1) U_вых (t) = const = 0. На интервалах (t₁÷t₂) и (t₃÷t₄) диод находится на III участке (рис 1). В этом случае r_д = r_пр = 0 и диод замещается источником напряжения U_пр. Стабилитрон находится на II участке (рис 2) и характеризуется r_ст = r_обр = ∞. Тогда схема замещения ограничителя имеет вид, показанный на рис. 6.

Рис.5

В этом случае U_вых (t) определяется по выражению (2). С учётом того, что R₁ = R_огр, R₂ = R_н, R _н >> R_огр, имеем U_вых (t) = [ U_вх (t) –U_пр]. На интервале (t₂÷t₃) диод находится на III участке (рис 1), а стабилитрон – на I участке (рис 2), где r_ст = r_обр = 0 и стабилитрон замещается источником напряжения U_ст. Схема замещения ограничителя для этого случая показана на рис 7. Из неё следует, что U_вых (t) = const = U_ст.

Рис. 6 Рис. 7

При отрицательной полуволне U_вх (t) на интервале (t₅÷ t₆ ) диод включён в обратном направлении (участок I на рис 2). В схемах замещения отсутствуют источники напряжения и U_вых (t) определяется выражением (1). В этом случае R₁ = ∞, R₂ = 0 и U _вых (t) = const =0.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАЧИ № 3

Однополупериодная схема выпрямления показана на рис.8. Ее достоинство — простота. Недостатки — низкое использование трансформатора по мощности и большие пульсации выпрямленного напряжения.

Рис.8. Однополупериодная схема выпрямления

Однополупериодная схема выпрямления применяется в тех случаях, когда требуется небольшая мощность выпрямленного тока при сравнительно высоком напряжении, а нормы допустимых пульсаций не очень жесткие, например, для питания анодов электронно-лучевых трубок.

При последовательном включении нескольких полупроводниковых диодов для равномерного деления обратного напряжения параллельно каждому из них следует включить сопротивление 50—100 кОм.

Двухполупериодная схема выпрямления (рис.9) широко применяется в выпрямителях малой и средней мощности.

Рис.9. Двухполупериодная схема выпрямления

Достоинством схемы является возможность получения больших токов, меньшие пульсации и хорошее использование трансформатора по мощности. Для построения такого выпрямителя требуется трансформатор с выводом от середины вторичной обмотки. Ввиду малого падения напряжения на вентилях и их малого количества широко применяется при построении низковольтных и высокочастотных (импульсных) выпрямителей.

Мостовая схема выпрямления (рис.10) применяется в выпрямителях малой и средней мощности.

Рис.10. Мостовая схема выпрямления

Достоинством мостовой схемы выпрямления является упрощение трансформатора при высоком его использовании.

Дата добавления: 2015-05-06