Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Костромской государственный технологический университет
Кафедра электротехники и электромеханики
В.Н. Попов
Расчет электронных устройств
Методические указания по выполнению расчетов типовых электронных схем
Кострома
КГТУ
2009
УДК 621.396.6(035.5)
Попов В.Н. Расчет электронных устройств: учебно-метод. пособие / В.Н. Попов. – Кострома: Изд-во Костром. гос. технол. ун-та, 2009. - 18 с.
Учебно–методическое пособие подготовлено для студентов не электротехнических специальностей КГТУ при выполнении ими расчетно-графических работ и для самостоятельного освоения учебного материала при изучении курса электроники. Пособие содержит типовые методики расчета электронных устройств и рекомендации по оформлению расчетных работ.
Приведены примеры расчета и справочные данные на элементы электроники.
Рецензент: канд. техн. наук, доцент кафедры автоматики и микропроцессорной техники В.Н. Ломагин
Рассмотрено и рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом КГТУ
Костромской государственный технологический университет, 2009
ОГЛАВЛЕНИЕ
стр.
Оглавление .................................... ……………….. …………………..…… 3
Предисловие.............………………………………………………………….. 4
1. Расчет выпрямительных схем………………………………………… …4
2. Расчет схем сглаживающих пассивных фильтров………………………7
3. Расчет параметрических стабилизаторов напряжения…………………10
Список литературы .............................………………………. ………..……. 14
Приложения…………………………………………………………….………15
ПРЕДИСЛОВИЕ
При выполнении расчетно-графических работ 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 материале рассмотрены те варианты устройств, которые вошли в состав заданий на выполнение расчетно-графических работ по электронике для студентов специальностей механического факультета КГТУ.
Приведенные в приложениях справочные материалы составлены на основе данных, указанных в Государственных стандартах и технических условиях на изделия электроники.
1. Расчет выпрямительных схем
Выпрямительная схема входит в состав электронного устройства, предназначенного для получения постоянного по направлению тока их переменного, например из синусоидального промышленной частоты 50 Гц.
Такие устройства упрощенно называют выпрямителями. В последнее время они получили более правильное название с технической точки зрения – источники вторичного электропитания (ИВЭП).
Структурная схема ИВЭП классического варианта с сетевым трансформатором приведена на рис. 1
Рис. 1. Структурная схема неуправляемого выпрямителя
Где
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, которая подключена к выпрямителю.
В случае полного набора функциональных узлов в схеме 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.
В зависимости от количества фаз переменного тока различают однофазные и многофазные (чаще трехфазные) выпрямительные схемы. В зависимости от принципа работы различают однополупериодные и двухполупериодные выпрямительные схемы.
Рассмотрим порядок расчета трех вариантов однофазных выпрямительных схем.
1. Однофазная однополупериодная схема выпрямления
Схема представлена на рис 2
Рис. 2 Принципиальная электрическая схема однофазного
однополупериодного выпрямления
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 U2 со вторичной обмотки трансформатора, которое является амплитудным его значением U2m
Таким образом U обр.макс = U2m = 1,41 U2
Связь между Uн и U2 в расчетах принимают следующей Uн = 0,45 U2
Пример 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 = U2m = 1,41 U2 = 1,41 (Uн/ 0,45) = 1,41 (150 / 0,45) = 471 В
По справочнику выбираем диод типа КД205Е с параметрами U обр.макс = 500В
I пр.ср. = 0,3 А
2. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления со средним выводом вторичной обмотки трансформатора.
Схема выпрямителя представлена на рис. 3
Рис. 3. Принципиальная электрическая схема однофазного двухполупериодного выпрямления 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 = 2U2m = 2(1,41 U2 )
Связь между Uн и U2 в расчетах принимают следующей
Uн = 0,9 U2
3. Однофазная мостовая схема выпрямления
Рис. 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 = U2m = 1,41 U2
Uн = 0,9 U2