РАСЧЕТ СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ 1. Цель расчетно - графической работы Получение навыков расчета однофазных вторичных источников питания и моделирования электронных схем. Привитие умения пользоваться справочной литературой по электронике, анализировать работу электронных схем с помощью модели, созданной в стандартном пакете Micro-Cap. 2. Краткие теоретические сведения Структурная схема вторичного источника питания выглядит следующим образом (рис. 2.1): ~u1 Сеть ~u2 Тр Uвыпр В Uф СФ Uвых СТ Н Рис.2.1 Трансформатор (Тр) выполняет несколько функций: изменяет напряжение сети u1 до значения u2, необходимого для выпрямления, и электрически отделяет нагрузку (Н) от сети; выпрямитель (В) преобразует переменный ток в пульсирующий однонаправленный; сглаживающий фильтр (СФ) уменьшает пульсации выпрямленного напряжения (тока) до значения, допустимого для работы нагрузки (Н); стабилитрон (СТ) обеспечивает заданное напряжение на нагрузке (трансформатор (Тр) и сглаживающий фильтр (СФ) не являются обязательными элементами выпрямительного устройства) (рис.2.1). 4 2.1. Полупроводниковые выпрямители 2.1.1. Полупроводниковые диоды Диоды – нелинейные двухполюсники, пропускающие ток преимущественно в одном (прямом) направлении, принцип работы которых основан на выпрямительных свойствах р-п-перехода в полупроводниках. Различают полупроводниковые вентили - медно-закисные, селеновые, германиевые и кремниевые. Электрическая схема, выполненная на вентилях и предназначенная для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока, называется выпрямителем. Для питания электронной аппаратуры применяются маломощные выпрямители на неуправляемых вентилях, работающие от сети однофазного переменного тока. Для работы в выпрямителях диоды выбирают по эксплуатационным параметрам, к которым относятся: допустимое обратное напряжение диода Uобр - значение напряжения, приложенного в обратном направлении, которое диод может выдержать в течение длительного времени без нарушения его работоспособности, В; средний прямой ток диода Iпр.ср – среднее за период значение тока, протекающего через диод в прямом направлении; максимально допустимый импульсный ток диода Iпр.и max - ток при заданной максимальной длительности импульса, А; средний обратный ток диода Iобр.ср - среднее за период значение обратного тока, А; среднее прямое напряжение диода Uпр.ср - напряжение при заданном среднем значении прямого тока, В; средняя рассеиваемая мощность диода Рср.д - средняя за период мощность, рассеиваемая диодом, при протекании тока в прямом и обратном направлениях, Вт; дифференциальное сопротивление диода rдиф - отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока, Ом. 5 На рис.2.2 приведены реальные (рис.2.2 а), линеаризованная (рис.2.2 б) и идеализированная (рис.2.2 в) характеристики диодов. I i I U б U в Рис. 2.2 2.1.2. Основные параметры выпрямителей Основными параметрами, характеризующими качество работы выпрямителя, являются: а) средние значения выпрямленных (выходных) напряжения Uср и тока Iср 1T 1T U ср = ∫ uвых dt , I ср = ∫ iвых dt , T0 T0 где Т – период изменения выходного напряжения (тока), с; б) частота пульсаций f п выходного напряжения (тока) f п = 1 , Гц; T в) коэффициент пульсаций р (по первой гармонике), равный отношению амплитуды первой гармоники выходного напряжения к его среднему значению, U p = 1mвых ; U ср г) внешняя характеристика – зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения выпрямленного тока: U ср = f I ср . ( ) 6 Выпрямитель является источником электрической энергии для цепи нагрузки, поэтому его основной характеристикой является внешняя характеристика. Уравнение внешней характеристики выпрямителя с учетом сопротивлений открытых вентилей Rв и сопротивления вторичной обмотки трансформатора Rтр можно записать следующим образом: Uср = Uсрхх – (Rтр + N Rв)Iср, где Uсрхх – среднее значение выпрямленного напряжения в режиме холостого хода выпрямителя; N – число вентилей, через которые в каждый момент времени протекает ток нагрузки (N = 1 для однополупериодных схем, N = 2 для двухполупериодных схем). Внешняя характеристика нелинейна, что определяется нелинейностью вентилей, и показывает, в каких пределах может изменяться ток, чтобы напряжение не упало ниже допустимого значения. 2.1.3. Электрические схемы выпрямления В этом разделе приводятся основные соотношения, характеризующие работу выпрямителей на активную нагрузку в предположении идеальности трансформатора и вентилей. К электрическим схемам однофазного выпрямления относятся: 1) oднополупериодные; 2) двухполупериодные: а) с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора; б) мостовая. 2.1.3.1. Однополупериодная схема выпрямления Простая по конструкции и относительно недорогая однополупериодная схема (рис.2.3) является однотактной, так как вследствие односторонней проводимости вентиля ток во вторичной обмотке трансформатора проходит только в одном направлении. 7 VD Тр ~u1 uн ~u2 Rн i2=iн Рис.2.3 Временные диаграммы тока и напряжения на нагрузке при синусоидальном выпрямляемом напряжении выглядят так, как показано на рис. 2.4. Из разложения прерывистого напряжения в ряд Фурье 2 1 1 1 π u н (t ) = U m + cos ωt + cos 4ωt − cos 4ωt + ... π 3 15 2 4 следует, что а) среднее значение выпрямленного напряжения U U0 = m ; π б) коэффициент пульсаций π U p = 1m = = 1,57 . U0 2 Однополупериодная схема служит для питания цепей малой мощности. Она наиболее проста, но имеет высокий уровень пульсаций, достаточно малую величину выпрямленного напряжения и характеризуется подмагничиванием сердечника трансформатора постоянным током. Этих недостатков лишены более мощные двухполупериодные выпрямители, в которых используется напряжение сети в оба полупериода его изменения во времени, поэтому двухполупериодные однотактная и двухтактная схемы обеспечивают более качественные выходные параметры однофазных выпрямительных устройств. 8 uн, iн Uнmax Iнmax Uнср Iнср t 0 T T/2 3T/2 5T/2 2T Рис.2.4 2.1.3.2. Двухполупериодная схема выпрямления с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора Двухполупериодная однотактная схема (с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора) представляет собой соединение двух однополупериодных выпрямителей, работающих на общую нагрузку (рис.2.5), причем u2' и u2'' равны и противоположны по фазе. Из временных диаграмм видно, что в данной схеме используются оба полупериода напряжения сети, и ток в нагрузочном резисторе, создаваемый за счет поочередной работы вентилей, протекает в одном направлении (рис.2.6). i′2 Тр ~u1 ~u′2 ~u″2 VD1 1 iн Rн (i″2) uн VD2 Рис. 2.5 9 uн, iн Uнmax Uнср Iнmax Iнср t 0 T/2 T 3T/2 2T 5T/2 Рис. 2.6 Из разложения в гармонический ряд напряжения, выпрямленного двухполупериодной схемой, 4 1 1 1 1 uн (t ) = U m + cos 2ωt − cos 4ωt + cos 6ωt − ... π 15 35 2 3 вытекает, что по сравнению с однополупериодным вариантом: а) среднее значение выпрямленного напряжения 2U m U0 = π в два раза больше, б) а пульсации меньше: U 2 p = 1m = = 0,67. U0 3 2.1.3.3. Двухполупериодная мостовая схема выпрямления В двухполупериодной двухтактной (мостовой) схеме (рис.2.7) ток через нагрузку в оба полупериода протекает в одном направлении, причем ток во вторичной обмотке трансформатора также протекает в тече10 ние обоих полупериодов и является синусоидальным, что исключает дополнительное намагничивание сердечника. Данная схема выпрямления является наиболее распространенной, так как при одинаковых значениях u2 и Rн средние значения выпрямленных тока и напряжения, как и в случае однотактной схемы, в два раза больше, а пульсации значительно меньше, чем у однополупериодных выпрямителей. Кроме того, конструкция мостового выпрямителя проще, а габариты, масса и стоимость трансформатора, а также максимальное обратное напряжение на закрытых вентилях меньше (в два раза), чем у выпрямителей с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора. Недостатком мостовых выпрямителей следует считать необходимость в удвоенном количестве вентилей. Тр (i2) i1 ~u1 ~u2 VD2 Rн iн VD1 VD4 uн (i4) VD3 i3 Рис.2.7 2.2. Сглаживающие фильтры Для сглаживания (уменьшения пульсаций) выпрямленного напряжения до необходимой величины между выходными зажимами выпрямителя и входными зажимами нагрузочной цепи включают дополнительное звено, выполняющее функции сглаживающего фильтра. Сглаживающий фильтр содержит реактивные элементы − конденсаторы и индуктивные катушки, которые способны запасать энергию, соответственно, в виде энергии электрического и магнитного поля. Со11 противления этих элементов зависят от частоты протекающего через них тока. По виду реактивных элементов различают емкостные (рис.2.8 а), индуктивные (рис.2.8 б) и смешанные фильтры. Смешанные фильтры подразделяются на Г- (рис. 2.8 в, г) и П-образные (рис. 2.8 д, е). L C Rн Rн a г C Rф L Rн C1 Rн в б Rф C L C2 Rн C1 C2 Rн е д Рис. 2.8 Эффективность фильтров оценивается коэффициентом сглаживания: q= р вх , р вых где рвх, рвых – коэффициенты пульсаций напряжений, соответственно, на входе и выходе фильтра. Во многих случаях первым звеном фильтра является конденсатор, подключаемый параллельно выходу вентильной группы; его работа на примере однополупериодного выпрямителя представлена на рис. 2.9. Конденсатор С заряжается через вентиль до амплитудного значения напряжения u 2 в интервал времени t1 − t 2 . В течение интервала времени t 2 − t 3 напряжение u с > u 2 , вентиль закрыт, и конденсатор разряжается на нагрузочный резистор Rн с постоянной времени τ = RнCф ; при этом напряжение uн снижается до некоторого наименьшего значения. Начиная с момента времени t 3 , напряжение на конденсаторе становится 12 меньше u 2 : вентиль открывается, конденсатор начинает заряжаться, и процессы повторяются. VD iVD iн u2 uс=uн ∼u1 ∼u2 Cф uс Rн t uн t1 а t2 t3 б Рис. 2.9 Напряжение u н не уменьшается до нуля, а пульсирует в некоторых пределах, увеличивая среднее значение выпрямленного напряжения по сравнению со случаем безъемкостного выпрямления. Внешние характеристики выпрямителей при отсутствии и при наличии фильтра приведены на рисунке 2.10. Работа выпрямителя с емкостным фильтUн ром существенно зависит от изменения нагрузочного тока Iн: при увеличении тока нагрузки без фильтра (т.е. при уменьшении сопротивления нагрузки Rн) постоянная времени разряда конденсатора с фильтром (τ = RнCф) уменьшается; уменьшается и среднее Iн значение выпрямленного напряжения Uн ср, что приводит к большему наклону внешней харакРис. 2.10 теристики; пульсации с увеличением тока нагрузки возрастают. 2.3. Стабилизаторы напряжения 2.3.1. Полупроводниковые стабилитроны Полупроводниковые стабилитроны, называемые иногда опорными диодами, предназначены для стабилизации напряжения; их работа осно- 13 вана на использовании явления электрического пробоя p-n-перехода при включении диода в обратном направлении. При относительно небольших обратных напряжениях в p-nпереходе возникает сильное электрическое поле, вызывающее электрический пробой p-n-перехода. В режиме электрического пробоя нагрев диода не носит лавинообразного характера; поэтому пробой этого типа не переходит в необратимый тепловой пробой. Конструктивно во многом стабилитрон аналогичен кремниевому плоскостному выпрямительному диоду. Вольтамперная характеристика (ВАХ) стабилитрона приведена на рис. 2.11. Iпр, мA Uобр, В Uпр, В Iоб, мA Рис. 2.11 К основным параметрам стабилитронов относятся: - напряжение стабилизации Uст - падение напряжения на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации, В; - максимальный ток стабилизации Imax, А; - минимальный ток стабилизации Imin, А; - дифференциальное сопротивление rдиф, которое определяется при заданном значении тока на участке пробоя как: ∂U ст ∆U ст rдиф = ≈ , Ом; ∂I ст ∆I ст 14 - температурный коэффициент напряжения стабилизации αст относительное изменение напряжения стабилизации ∆Uст при изменении температуры окружающей среды на ∆T: ∆U ст α ст = 100%. U ст ∆T 2.3.2. Электрические схемы стабилизаторов Существующие стабилизаторы могут быть разделены на два класса: параметрические и компенсационные. Параметрический стабилизатор обеспечивает поддержание выходного напряжения за счет собственной нелинейности используемого полупроводникового элемента. Примером такого стабилизатора является устройство, выполненное на основе стабилитрона. Компенсационный стабилизатор является замкнутой системой автоматического регулирования, в которой коэффициент передачи звена, включенного в цепь передачи электрической величины, зависит от разности входного и некоторого эталонного сигналов. В зависимости от способов включения элемента с регулируемым коэффициентом передачи все стабилизаторы подразделяются на последовательные, параллельные и последовательно-параллельные. По способу управления стабилизаторы делятся на непрерывные и ключевые. 2.3.2.1. Параметрический стабилизатор напряжения Типовая схема параметрического стабилизатора напряжения, выполненного на стабилитроне, привеRб дена на рис. 2.12. В данной схеме для поддержаRн ния выходного напряжения на треUвх VD буемом уровне используется участок обратной ветви вольтамперной характеристики, соответствующий Рис.2.12 электрическому пробою стабилитрона VD. 15 ∆Uвых При заданных выходном напряжении Uвых, сопроU’’вых тивлении нагрузки Rн и диаUст U’’вх U’вх U'вых пазоне изменения входного Iст.min напряжения от U'вх до U''вх (рис. 2.13) на оси напряжения Iст.max могут быть отложены значе∆Uвх ния минимального U'вх и максимального U''вх входного α напряжения; если через эти точки провести прямые, угол Iст наклона которых определяет (α = arctg Rб) сопротивление балластного Рис.2.13. резистора Rб, то точки пересечения характеристики стабилитрона с приведенными прямыми дадут значения выходного напряжения устройства (при этом полагают, что Rн >> Rб и Iб ≅ Iст). Очевидно, вследствие нелинейности ВАХ стабилитрона изменению ∆Uвх=U''вх – U'вх будет соответствовать изменение выходного напряжения ∆Uвых=U''вых– U'вых, причем ∆Uвх>>∆Uвых. 2.3.2.2. Непрерывный компенсационный стабилизатор напряжения Простейшим компенсационным последовательным стабилизатором напряжения является эмиттерный повторитель, база транзистора которого подключена к источнику опорного напряжения. Опорное напряжение может быть получено, например, как показано на рис. 2.14, при помощи стабилитрона из нестабилизированного входного напряжения Uк. За счет отрицательной обратной связи по напряжению выходное напряжение стабилизатора устанавливается равным величине Uэ = Uоп – Uбэ. Изменение выходного напряжения в зависимости от тока нагрузки определяется выходным сопротивлением стабилизатора ∂U э 1 U T rвых = = = ∂I э S I э 16 (при UT ≈ 26 мВ и Iэ = 100 мА rвых≈ 0,3 Ом). VT Iэ + Uк Uбэ R1 VD Uэ Uоп Рис. 2.14 Колебания выходного напряжения сглаживаются благодаря малому дифференциальному сопротивлению стабилитрона rдиф. Изменение выходного напряжения составляет rдиф rдиф ∆U э = ∆U оп = ∆U к ≈ ∆U к . R1 + rдиф R1 Величина ∆Uк /∆Uэ = R1/rдиф называется коэффициентом стабилизации; для рассмотренной схемы он лежит в пределах от 10 до 100. 2.3.3. Расчет параметрического стабилизатора напряжения Расчет заданной схемы параметрического стабилизатора напряжения по приведенной схеме (рис. 2.12) состоит из нескольких этапов и зависит от исходных условий, каковыми являются: Uст.н – стабилизированное напряжение на нагрузке, В; U'вх - минимальное значение выпрямленного напряжения, подаваемого на вход стабилизатора, В; U''вх – максимальное значение выпрямленного напряжения, подаваемого на вход стабилизатора, В; Rн - величина сопротивления нагрузки (в данном случае сопротивление нагрузки неизменно), Ом. 17 Алгоритм расчета 1. По справочнику выбирается стабилитрон в соответствии с заданным значением напряжения Uст и выписываются его параметры Iст.min и Iст.max. 2. Рассчитывается средний ток стабилитрона I +I I ст.ср = ст.min ст.max . 2 3. Определяется среднее значение входного напряжения U ' ' +U 'вх U вх.ср = вх . 2 4. Определяется падение напряжения на балластном сопротивлении (согласно второму закону Кирхгофа) Uб= Uвх.ср - Uст. 5. Рассчитывается ток нагрузки (по закону Ома) Iн= Uн / Rн. 6. Определяется ток ветви, содержащей балластное сопротивление (согласно первому закону Кирхгофа) Iб= Iст.ср + Iн. 7. Рассчитывается величина балластного сопротивления Rб= Uб / Iб . 8. Производится расчет максимально и минимально допустимых напряжений на входе схемы стабилизатора с целью определения пригодности выбранных элементов U'вх.доп = Rб ( Icт.min + Iн) +Uст; U''вх.доп = Rб ( Iст.max + Iн) +Uст. Если U'вх.доп ≤ U'вх и U''вх ≤ U''вх.доп, то расчеты выполнены верно; в противном случае нужно произвести перерасчет параметров элементов схемы с другим стабилитроном (обычно имеющим большую разницу между максимальным и минимальным токами или большую мощность). 18 3. Примеры расчета электрических схем вторичных источников питания Задача 3.1 На выход однофазного трансформатора с напряжением 220 В на первичной обмотке подключен однополупериодный выпрямитель, работающий на активную нагрузку 3 кОм. Падение напряжения на нагрузке 180 В. Определить среднее и амплитудное значения тока, протекающего через диод в прямом направлении при условии идеальности диода, максимальное напряжение, приложенное к диоду в обратном направлении, коэффициент трансформации однофазного трансформатора. Рис. 3.1 Дано: Rн =3 кОм; Uн = 180 В; U1 =220 В; диод – идеальный, т.е. RпрVD =0; UпрVD =0; IобрVD =0. Найти: Iпр.VD ср, Iпр.max, Uобр.max, kтр. Решение Как видно из рис. 3.1, нагрузка Rн и диод VD включены последовательно, следовательно, среднее значение тока нагрузки Iн равно среднему значению тока, протекающего через диод в прямом направлении Iпр.ср, и по закону Ома для участка цепи Iн = Iпр.VD ср = Uн/ Rн = 180/3000 = 60⋅10-3, А=60 мA. Максимальное или амплитудное значение тока через диод определяется как Iпр.max= π ⋅Iпр.ср = π⋅60 =188, мA. Максимальное напряжение, действующее на закрытый диод, Uобр.max = π ⋅ Uн = π⋅180 =565, В. Для определения коэффициента трансформации нужно перейти к действующим значениям напряжения. Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора U2: 19 U2 = Uобр.max / 2 = 565/ 2 = 400, B. Коэффициент трансформации трансформатора: kтр = U1 /U2 = 220/400 ≈ 0,55. Задача 3.2 На выход однофазного трансформатора с напряжением 220 В на первичной обмотке подключен двухполупериодный мостовой выпрямитель, работающий на активную нагрузку 600 Ом. Ток нагрузки 300 мА. Определить коэффициент трансформации однофазного трансформатора при условии идеальности диодов. Подобрать диоды, на которых может быть построен рассматриваемый выпрямитель. Дано: Rн =600 Ом; Iн =300 мА; U1 =220 В; диоды – идеальные, т.е. RпрVD =0; UпрVD =0; IобрVD =0. Найти: kтр, подобрать диоды. Рис. 3.2 Решение По закону Ома для участка цепи: Uн =Rн Iн =600⋅0,3=180, B. Ветви VD1-VD3 и VD2-VD4 работают поочередно, при этом закрытые вентили, оказываются включенными параллельно друг другу под напряжение U2, поэтому: Uобр.max VD = U2max = (π/2) ⋅Uн = (π/2) ⋅180 =282, B; Iпр.VD ср = Iн/2 = 300/2 =150, мA = 0,15 А. Подбор диодов осуществляется по двум параметрам: максимальное обратное напряжение, которое должен выдерживать запертый диод (Uобр.max), и максимальное значение тока, протекающего через открытый диод (Iпр. VD ср.max): Iпр. VD ср.max = π ⋅Iпр.VDср =3,14⋅150=471, мA ≈ 0,5 A. 20 Полученным значениям удовлетворяет диод КД 205 В. Для определения коэффициента трансформации нужно перейти к действующим значениям напряжений. Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора: U2 =Uобр.max / 2 =282/ 2 =200, B. Коэффициент трансформации трансформатора kтр =U1/U2=220/200=1,1. Задача 3.3 На выход однофазного трансформатора с напряжением 220 В на первичной обмотке подключен двухполупериодный выпрямитель (по схеме с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора), работающий на активную нагрузку 600 Ом. Ток нагрузки 300 мА. Определить коэффициент трансформации однофазного трансформатора при условии идеальности диодов. Подобрать диоды, на которых может быть построен рассматриваемый выпрямитель. Дано: Rн =600 Ом; Iн =300 мА; U1 =220, В; диоды – идеальные, т.е. RпрVD =0; UпрVD =0; IобрVD =0. Найти: kтр, подобрать диоды. Рис. 3.3 Решение Расчет двухполупериодного выпрямителя по схеме с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора отличается от расчета мостовой схемы только тем, что на диодах действует вдвое большее обратное напряжение UобрVDmax = 2U2max. 21 Задача 3.4 Параметрический стабилизатор, работающий на активную нагрузку 3,7 кОм, выполнен на основе стабилитрона, имеющего следующие характеристики: напряжение стабилизации 13 В; минимальный ток стабилизации 1 мА; максимальный ток стабилизации 20 мА. Напряжение на входе стабилизатора колеблется от 17 В до 23 В. Определить величину балластного сопротивления стабилизатора. Дано: Rн =3,7 кОм; IБ RБ а IН U’ВХ = 17 В; U’’ВХ = 23 В; IСТ UБ UСТ = 13 В; UВХ IСT MIN = 1 мА; VD Rн IСТ MAX = 20 мА. I Найти RБ. б Рис. 3.4 Решение Расчет ведется по средним значениям величин. Среднее значение напряжения на входе стабилизатора U ВХ CР = U 'ВХ +U ' 'ВХ 17 + 23 = = 20, В. 2 2 Средняя величина тока стабилитрона Ι +Ι 1 + 20 Ι CPVD = CTMIN CTMIN = = 10,5, мА = 10,5 ⋅10 −3 A. 2 2 По закону Ома для участка цепи величина тока через нагрузку ΙH = U CT 13 = = 3,5 ⋅ 10 − 3 , А. RH 3700 Падение напряжения на балластном сопротивлении определяется по второму закону Кирхгофа для І контура (рис.3.4) UБ +UСТ–UВХ СР =0, UБ=UВХ СР –UСТ=20–13=7, В. Величина тока через балластное сопротивление определяется по первому закону Кирхгофа для узла а (рис.3.4) Ι Б − Ι CPVD − Ι H = 0 . 22 Ι Б = Ι CPVD + Ι H = 10,5 + 3,5 = 14, мА = 14 ⋅10-3 A. По закону Ома для участка цепи величина балластного сопротивления U 7 RБ = Б = = 500, Ом . I Б 14 ⋅10 −3 Так как расчет велся по средним значениям, необходимо проверить, каков реальный рабочий диапазон стабилизатора и соответствует ли он диапазону изменения входного напряжения. Рассчитается наибольшее допустимое напряжение на входе стабилизатора U ' 'ВХдоп = U CT + RБ ( I CTMAX + I H ) = = 13 + 500 ⋅ (20 + 3,5) ⋅ 10 − 3 = 24,75, B, а также наименьшее допустимое напряжение на входе стабилизатора: U ' ВХдоп = U CT + RБ ( I CTMIN + I H ) = 13 + 500 ⋅ (1 + 3,5) ⋅ 10 −3 = 15, 25, B. По полученным данным условия U 'ВХдоп ≤ U 'ВХ и U''ВХ ≤U''ВХ.доп, т.е. 15,25 В < 17 B и 23 В < 24,75 В, выполняются, следовательно, расчет выполнен верно. 4. Задание 1. Подобрать стабилитрон для заданной схемы (рис.4.1, 4.2). VD1 Тр Rб Тр VD1 RН RН U1 VD2 Rб U1 VD3 VD2 а) б) Рис. 4.1 23 Rб Тр VD2 VD1 U1 VD5 VD4 RН VD3 Рис.4.2. 2. Рассчитать параметрический стабилизатор на полупроводниковом стабилитроне для питания нагрузки с сопротивлением Rн, обеспечивающий постоянным и равным UH значение напряжения на нагрузке при колебаниях напряжения на входе схемы от U'1 до U1''. 3. Произвести проверку правильности подбора стабилитрона, рассчитав допустимый диапазон изменения входного напряжения стабилизатора. 4.Подобрать полупроводниковые диоды для заданной выпрямительной схемы и рассчитать коэффициент трансформации трансформатора. 5. Исследовать на компьютере с помощью пакета схемотехнического моделирования Micro-Cap работу рассчитанного источника вторичного питания. 6. Вычертить в масштабе временные диаграммы изменения напряжения на вторичной обмотке трансформатора u2, напряжения на одном из диодов uVD, напряжения на входе стабилизатора uвх.стаб, напряжения на нагрузке uн, тока через один из диодов iVD, тока нагрузки iн. Варианты задания выдаются студентам индивидуально или в соответствии с табл.4.1 Примечание 1. Внутренним сопротивлением диодов пренебречь. 2. Трансформатор считать идеальным. 24 3. Схема номер 1 представлена на рис. 4.1а, схема номер 2 - на рис.4.2, схема номер 3 - на рис. 4.1б, соответственно. Таблица 4.1 Номер варианта 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Параметры нагрузки Rн, Ом Uст, В 2 3 136 3,3 184 3,9 232 4,7 315 5,6 453 6,8 676 8,2 1000 10 1412 12 3130 18 6400 20 4632 22 13778 31 28923 47 26154 51 41846 68 74286 91 41 6 80 8 178 12 833 20 2000 32 5789 55 2500 9 4550 9,1 1000 32 2895 55 1250 9 2275 9,1 1240 6,2 1522 7 1786 7,5 Номер схемы 4 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 Напряжение на первичной обмотке трансформатора U''1, В U'1, В 5 6 181 217 142 170 188 226 103 123 166 199 155 186 137 165 140 168 115 138 186 223 164 197 109 131 109 131 268 321 217 260 237 285 285 342 274 329 291 349 203 243 267 320 220 264 242 291 300 360 222 267 262 314 215 258 278 334 293 351 298 357 206 248 25 Продолжение табл. 4.1 1 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 2 2250 2676 2528 3138 1447 3667 5000 6190 8523 10256 12162 14925 17742 21053 12766 8250 4355 8611 29508 3 9 9,1 9,1 9,1 11 11 13 13 15 16 18 20 22 24 120 33 27 31 180 4 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 5 221 272 221 262 273 258 213 293 276 231 231 287 248 290 230 219 275 262 239 6 265 326 265 314 327 310 256 352 331 277 278 344 298 348 276 263 330 315 287 Список литературы 1. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (полный курс): Учебник для вузов. Под редакцией О.П. Глудкина. - М.: Горячая линия - Телеком, 2003. - 768с. 2. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб. пособие. - Ростов н/Д: изд-во "Феникс", 2000. - 448с. 3. Кузовкин В.А. Электроника. - М.: Логос, 2005. - 328с. 4. Разевиг В.Д. Cхемотехническое моделирование с помощью пакета Micro Cap 7. - М.: Горячая линия - Телеком, 2003. - 368с. 5. Кардашев Г.А. Виртуальная электроника. Компьютерное моделирование аналоговых устройств. - М.: Горячая линия - Телеком, 2002. 260с. 26
