2. Диодный выпрямитель.

Для выпрямления переменного напряжения будем использовать однофазный двухполупериодный выпрямитель построенный по мостовой схеме.

Рис. 9 Схема двухполупериодного выпрямителя тока.

В качестве диодов в источниках питания используются силовые диоды. По нагрузочной способности в области пробоя силовые диоды подразделяются на выпрямительные, лавинно - выпрямительные, лавинно – выпрямительные с

контролируемым пробоем.

Выпрямительные диоды предназначены для выпрямления переменного тока. Для этих диодов работа в области пробоя недопустима, даже кратковременная. При выборе выпрямительного диода ключевыми параметрами являются обратное напряжение и средний или постоянный прямой ток. Они рассчитаны на большие ток и обратное напряжение, у них сравнительно большие обратные токи и ёмкость p-n переходов, низкая скорость переключения.

По этим параметрам выбираем диод КД259А

Рис. 10 КД259А

Таблица 30

Тип элемента	Iпрmax, A	Iпр и max, A	tи, мкс	Iобр max, мкA	Uобр max, В	Uпр max, В	Iпр, A	T^o, C
КД259А	3	10	1000	3000	90	0,8	3	-60..+100

Параметры выпрямителя:

Выходное напряжение U_d:

(22)

В

Выходной ток I_н:

(23)

А

2. Электронный фильтр.

Рис. 11 Емкостной фильтр

Коэффициент пульсаций напряжения, питающего электронные устройства, должен составлять доли процента, поэтому пульсации стремятся уменьшить до заданного уровня с помощью сглаживающих фильтров.

Емкостной фильтр включают параллельно нагрузке. При таком включении конденсатор заряжается через диод до амплитудного значения напряжения u₂ в моменты времени, когда напряжение u_c на конденсаторе меньше u₂. Когда u_c>u₂, диод закрыт, конденсатор разряжается. Когда напряжение u_c становится меньше напряжения u₂ диод открывается, конденсатор снова начинает заряжаться и процессы повторяются.

Минимальная емкость конденсатора:

(24)

мкФ

2. Стабилизатор.

Нестабилизированный выпрямитель имеет два недостатка: большое выходное сопротивление, вызывающее нестабильность по выходу, и нестабильность по входу, связанную с тем, что его выходное напряжение повторяет все колебания сети. Хотя пульсации выхода можно существенно уменьшить использованием фильтра, но чтобы обеспечить лучшую стабильность по входу

и выходу используют стабилизаторы напряжения.

Нам необходим стабилизатор напряжения 5В. Будем рассчитывать стабилизатор напряжения на основе микросхемы LM723.

Р

Таблица 31

ис. 12 Типовая структура низковольтного стабилизатора

Тип прибора	Функция и полярность	Диапазон входного напряжения, В	Диапазон выходного напряжения ,В	Выходной ток (макс), А	Коэффициент стабилизации по питающему напряжению, %	Коэффициент стабилизации по нагрузке, %	Статический ток, мА	Коэффициент подвления пульсаций (мин), дБ	Перепад напряжения (макс.), В
LM723	Точный	9,5-40	2-37	0,125	0,5	0,2	4	58	3

На основе микросхемы LM 723 рассчитаем стабилизатор напряжения 5В, со следующими характеристиками: U_вх=12В, U_вх=5В, I_вых=0.12А, I_огр=0.125А.

При условии, что R₂=3 кОм и U_o=5 В, получаем:

(25),

где U_оп – опорное напряжение 7,15В.

кОм

(26),

где U_счит определяется по графику. U_счит=0,6В

Ом

Рис. 13 Стабилизатор напряжения 5В.

Требуется обеспечить ток 0,6А, что превышает нагрузочную способность стабилизатора. Для увеличения выходного тока будем использовать внешний последовательный транзистор КТ816Г.

Р

Таблица 32

ис. 14 КТ816Г

Тип элемента	IK max A	IK и,max A	UКЭ0 гр, В	UЭБ0 , В	PK max, Вт	TK, C^o	Tп max, C^o	TK max, C^o	h21э	UКЭ, В	IK(Э), A	UКЭ нс, В	IKБ0(ЭБ0), A	fпр, мГц	CK, пФ	Cэ, пФ
КТ816Г	3	6	80	5	25	25	125	100	25	(2)	2	0,6	0,1	3	60	115

Рис. 15 Внешнее увеличение тока

Номинал резистора R₁ задаёт точку, в которой регулирующий транзистор в режим проводимости, и находится из следующего соотношения:

(27)

где I_{рег.макс} – максимальный ток выдаваемый стабилизатором, I_вых – необходимый ток I_вых=0,9А , U_BE – напряжение базы-эмитера.

Ом

Ещё один существенный вопрос, возникающий при проектировании системы питания – это защита от помех и выбросов, попадающих в систему от сети через силовой трансформатор. Особенно много забот могут доставить высокочастотные помехи от близлежащих радио- и телевизионных станций. Эти помехи наводятся на сетевые провода как на антенны и через межвитковые ёмкости трансформатора беспрепятственно попадают в схемы.

Схемные элементы обладают детектирующими свойствами, а поэтому даже работа низкочастотной аппаратуры может серьёзно нарушаться такими помехами. Включение межобмоточного экрана – полезная, но недостаточная мера. Желательно снабжать входящие сетевые провода ВЧ – продольными трансформатором. Это означает, что эти провода наматываются совместно тремя – пятью витками ферритовый (Ф 700 например) тороидальный сердечник (ФК) диаметром 20-30 мм. Если нет возможности это сделать, то надо обязательно на эти провода надеть несколько ферритовых колец диаметром 8-10 мм.

Для уменьшения помех по цепи питания в точках подключения к шинам групп ЛЭ устанавливают развязывающие керамические конденсаторы с ёмкостью порядка 0,1 мкФ на один корпус. На каждой плате между цепью питания и общей шиной включают 1-2 электролитических конденсатора ёмкостью 4,7-10 мкФ.

Не следует пытаться ВЧ – помехи включением небольших конденсаторов между сетевыми проводами и землёй схемы. Во-первых это небезопасно (пробой конденсатора приведёт к попаданию сети на корпус прибора). Во-вторых эти конденсаторы образуют с шинами семы ВЧ – контуры и ситуация может ухудшаться самым непредсказуемым образом. Вместе с тем R_гас, С_гас

снимает выбросы на первичной обмотке могущие возникнуть при включении и отключении сети. Это значительно увеличит срок службы тумблера сети, уменьшит помехи и ослабит перенапряжения изоляции в трансформаторе. Полезно вторую пару контактов сетевого тумблера использовать для включения параллельно C_ВП балластного резистора R_бал для быстрого разряда C_ВП при отключении сети. Это обеспечит быстрое обесточивание запитываемой схеме при наладке и контроле когда присутствие U_вп при отключенной сети может привести к случайному выходу схемы из строя.

Рис. 16 Схема стабилизирован-ного блока питания