Выбор диодов выпрямителей

Диоды выпрямителей выбираются по двум параметрам:

U_{обр. макс.} - максимально допустимое обратное напряжение;

I_{пр.макс.} – максимально допустимый прямой ток.

U_{обр. макс.} определяется:

для однополупериодного выпрямителя (рис.2, а)

U_{обр. макс.} = π · U_н ≈ 2· U_2m,

где U₂_m – амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора;

для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой (рис.2, б)

U_{обр. макс.} =2 · π · U_н ≈ 4· U₂_m;

Для мостовой схемы (рис.2, в)

U_{обр.макс.} = U₂_m;

Для удвоителя напряжения (рис.2, г)

U_{обр. макс.}_VD₁ = π · U_н ≈ 2· U₂_m

U_{обр. макс.}_VD₂ =2 · π · U_н ≈ 4· U₂_m;

Для утроителя напряжения (рис.2, д)

U_{обр. макс.}_VD₁ = π · U_н ≈ 2· U₂_m

U_{обр. макс.}_VD₂ =2 · (π · U_н)≈ 4· U₂_m

U_{обр. макс.}_VD₃ =3 · (π · U_н) ≈ 6· U₂_m;

Для учетверителя напряжения (рис.2, е)

U_{обр. макс.}_VD₁ = π · U_н ≈ 2· U₂_m

U_{обр. макс.}_VD₂ =2 · π · U_н ≈ 4· U₂_m

U_{обр. макс.}_VD₃ =3 · (π · U_н)≈ 6· U₂_m

U_{обр. макс.}_VD₄ =4 · (π · U_н) ≈ 8· U₂_m;

По прямому току диоды выбираются из условия

Рекомендуется выбирать диоды: КД202, КД203, КД205, КД208, КД209, 2Д217, 2Д222, 2Д234, 2Д238, Д242, Д303, Д304.

Расчёт силовых трансформаторов и выбор по справочнику стандартных унифицированных трансформаторов.

Расчёт трансформаторов проводится по методике приложения В, а выбор подходящих унифицированных типов трансформаторов ТН или ТПП – по справочнику [5]. Выбор проводится по параметрам рассчитанного трансформатора.

По выбранным и рассчитанным элементам составить спецификацию для каждого источника питания (приложение Ж).

Разработать программы расчётов всех узлов источников питания, произвести по ним расчёты и сравнить их с результатами ручного расчёта.

Отчёт по контрольной работе должен содержать:

– принципиальную схему блока питания по ГОСТу (А4);

– краткое описание работы источников питания;

– методику и результаты ручного расчёта источников питания;

– программы расчётов элементов и их результаты;

– сравнение результатов ручного расчёта и по программам.

– выводы. В выводах отметить эффективность проектирования источников питания применением программированного расчёта.

Номер варианта контрольной работы соответствует номеру в ведомости группы.

Варианты контрольной работы представлены в приложении А и на рис.1-4.

При выполнении контрольной работы использовать справочники, указанные в списке рекомендуемых источников.

Литература

1. Назаров С.В. Транзисторные стабилизаторы напряжения. – М.: Энергия, 1980. – 96с. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1007).

2. Андреев В. Схемотехника экономичных стабилизаторов. – Радио, 1998, №6, с.50-51.

3. Стабилизатор на К142ЕН5 с регулируемым выходным напряжением. – Радио, 1991, №10, с.34.

4. Рябко В. «Специалист» с индексом М. – «М–К», 1991, №4, с.25.

5. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справ. / Н.Н.Акимов, Е.П. Ващуков, В.А.Прохоренко, Ю.П.Ходоренок. – Мн.: Беларусь, 1994. – 591с.: ил.

6. Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник / В.Л.Аронов, А.В.Баюков, А.А.Зайцев и др. Под общ. ред. Н.Н.Горюнова. – 2-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 904 с., ил.

7. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник / А.В.Баюков, А.А.Зайцев и др.; Под общ. ред. Н.Н.Горюнова. – 3-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 744 с., ил.

8. Диоды и тиристоры / Чернышев А.А., Иванов В.И., Галахов В.Д. и др.; Под общ. ред. А.А.Чернышева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1980. – 176 с., ил. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1005).

9. Резисторы: Справочник / В.В.Дубровский, Д.М.Иванов, Н.Я.Пратусевич и др.; Под. ред. И.И.Четверткова и В.М.Терехова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1991. – 528 с., ил.

10. Галкин В.И. Начинающему радиолюбителю. – 3-е изд., перераб. и доп. – Мн.: Полымя, 2001. – с.412: ил.

Рис.1. Структурная схема блока питания

Рис.2. Схемы выпрямителей: а) однополупериодный; б) двухполупериодный со средней точкой; в) мостовой; г) двухполупериодный удвоитель напряжения; д) двухполупериодный утроитель напряжения; е) двухполупериодный учетверитель напряжения.

Рис.3. Схемы фильтров: а) емкостной; б) индуктивный; в) Г - образный RC; г) Г - образный LC; д) П – образный RC; е) П - образный LC.

Рис.4. Схемы стабилизаторов напряжения: а) простейший; б) с усилителем постоянного тока; в) в интегральном исполнении.

Рис.5. Схемы стабилизаторов напряжения с регулируемым выходным напряжением.

Приложение А

Варианты заданий Таблица

№ вар.

ИП1 (рис.1а) СН1 (рис.4а)

ИП2 (рис.1б) СН2 (рис.4б)

ИП3 (рис.1в) СН3 (рис.4в)

U_н₁,В

I_н₁,А

B₁, рис2

C_ф1, рис3

U_н₂,В

I_н₂,А

B₂, рис2

C_ф2, рис3

U_н₃,В

I_н₃,А

B₃, рис2

C_ф3, рис3

0,3

0,5

0,8

0,4

0,3

0,5

0,3

0,4

0,7

0,8

0,5

0,9

0,4

0,5

0,6

0,5

0,6

0,9

0,8

1,0

1,2

1,5

1,2

1,3

1,0

1,3

0,9

0,8

0,7

1,0

0,4

0,8

1,2

0,6

1,0

0,5

0,8

0,6

0,7

0,9

0,7

0,9

0,8

0,4

1,0

0,7

0,3

0,8

1,0

0,6

0,7

1,5

0,7

0,5

2,0

0,6

1,3

1,0

0,5

1,5

0,5

0,4

1,0

0,9

0,8

2,0

0,7

0,8

0,6

0,7

0,5

0,9

0,4

0,6

1,0

0,6

0,5

0,8

0,5

0,8

1,2

0,4

0,7

1,5

0,7

0,6

1,0

0,6

0,5

1,5

0,5

0,9

2,0

0,7

0,9

1,2

1,7

1,3

1,6

1,5

0,8

2,0

0,8

1,5

2,0

1,2

2,5

0,9

1,0

0,5

2,0

0,8

0,6

0,8

1,0

Приложение Б

Методика расчёта простейшего стабилизатора напряжения [1,с.48]

Исходными данными для расчёта стабилизатора напряжения являются ток I_н в нагрузке R_н и напряжение U_н на ней.

1. Определение выходного напряжения выпрямителя U_в

U_в = U_н + U_{кэ мин},

где U_{кэ мин} ≈ 3 В (из справочника по транзисторам).

2. Расчёт максимальной мощности рассеяния регулирующего транзистора VT

P_{к макс} = 1,3 · (U_в– U_н) · I_н.

3. Выбор регулирующего транзистора VT из условий:

P_{к доп} > P_{к макс}

U_{кэ доп} > U_в

I_{к доп}> I_н,

где P_{к доп} – максимально допустимая мощность рассеяния на коллекторе;

U_{кэ доп} – максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер;

I_{к доп} – максимально допустимый ток коллектора.

4. Расчёт максимально допустимого тока базы I_б регулирующего транзистора VT

где h_{21 мин} – минимальный коэффициент передачи тока выбранного по ____ справочнику транзистора.

5. Выбор подходящего стабилитрона VD. Его напряжение стабилизации U_ст должно быть равно выходному напряжению стабилизатора U_н, а значение максимального тока стабилизации I_{ст макс} должно превышать максимальный ток базы I_{б макс}

U_ст = U_н

I_{ст макс} > I_{б макс}.

По справочнику найти значение r_ст для выбранного стабилитрона (приложение Г).

6. Расчёт величины сопротивления R параметрического стабилизатора напряжения, состоящего из резистора R и стабилитрона VD

обычно I_{ст мин} = (3…5) мА.

7. Расчёт мощности рассеяния резистора R

8. Выбор по справочнику типа резистора R.

9. Расчёт коэффициента стабилизации К_ст стабилизатора напряжения

где r_ст – дифференциальное сопротивление стабилитрона, определяемое [1,с.25] или по приложению Г;

∆U_ст – изменение напряжения стабилизации U_ст при изменении тока через стабилитрон на величину ∆I_ст.

10. Расчёт выходного сопротивления стабилизатора напряжения:

Приложение В

Методика расчёта силового трансформатора [10].

Исходными данными для расчёта трансформатора являются напряжение U_н на нагрузке R_н, ток I_н через неё, напряжение питания U_п и частота сети f.

1. Нахождение габаритной мощности трансформатора P_г.

Она равна в общем случае сумме мощностей всех вторичных обмоток трансформатора

P_г = U₂ · I₂+ U₃ · I₃+ … + U_n · I_n.

При наличии только одной вторичной обмотки габаритная мощность P_г вычисляется по формуле

P_г = U_н · I_н

2. Мощность первичной обмотки при КПД трансформатора 90%, что характерно для трансформаторов небольших мощностей, вычисляется по формуле

3. Определение площади поперечного сечения магнитопровода трансформатора S.

Мощность из первичной обмотки во вторичную передаётся через магнитный поток в магнитопроводе. Площадь поперечного сечения магнитопровода сердечника трансформатора зависит от мощности и возрастает при её увеличении. Для сердечника из нормальной трансформаторной стали площадь поперечного сечения S рассчитывается по эмпирической формуле

где S – см², P_г – Вт.

4. Определение числа витков w₁, приходящихся на 1 В первичной обмотки

5. Определение числа витков w₂, приходящихся на 1 В вторичной обмотки

где K находится по таблице

P_г, Вт	5…15	16…25	26…35	36…50	51…75	>75
K

6. Определение общего числа витков вторичной обмотки трансформатора

W₂ = w₂ · U_н

7. Определение общего числа витков первичной обмотки трансформатора

W₁ = w₁ · U₁(U_п) изменение

8. Определение диаметров проводов первичной d₁ и вторичной d₂ обмоток трансформатора.

Диаметры проводов обмоток определяются по токам, исходя из допустимой плотности тока:

Плотность тока j для трансформаторов принимается в среднем j = 2 А/мм². При такой плотности диаметр провода (по меди) любой обмотки d в миллиметрах вычисляется по формуле

где d – в мм,

I – в А.

Диаметр провода вторичной обмотки d₂ вычисляется:

Диаметр провода первичной обмотки d₁ вычисляется:

Величину тока I₁ определяем по формуле

Приложение Г

Параметры стабилитронов

Тип стабили- трона	U_ст	I_ст, мА при T = 25ºС	ТКН ×10^-2, %/ºС (мВ/ºС)	r_ст, Ом
В	при I_ст, мА	мин	макс
2С107А	0,63 – 0,77				(2)
2С118А	1,17 – 1,43				(-3)
2С119А	1,7 – 2,1		-	-	(-4)
КС133А	3 – 3,7				(-5, -6)
КС139А	3,5 – 4,3				-10, 0
КС147А	4,1 – 5,2				-9, +1
КС156А	5,1 – 6,1				-5, +5
КС162А	5,8 – 6,6				-6
КС168В	6,3 – 7,1				+5
КС170А	6,65 – 7,35				+1
Д808	7 – 8,5				+7
Д809	8 – 9,5				+8
Д810	9 – 10,5				+9
Д811	10 – 12				+9,5
Д813	11,5 – 14				+9,5
Д814А	7 – 8,5				+7
Д814Б	8 – 9,5				+8
Д814В	9 – 10,5				+9
Д814Г	10 – 12				+9,5
Д814Д	11,5 – 14				+9,5
Д818А	9 – 11,25				+2,3
Д818Б	6,75 – 9				-2,3
Д818В	7,2 – 10,8				±1,1
Д818Г	7,65 – 10,35				±0,6
Д818Д	8,55 – 9,45				±0,2
Д818Е	8,55 – 9,45				±0,1
2С213Ж	12,3 – 13,7		-	-	+9,5
2С215Ж	14,2 – 15,8		-	-	+10
2С216Ж	15,1 – 16,9		-	-	+10
2С218Ж	17 – 18		-	-	+10
2С220Ж	19 – 20		-	-	+10
2С222Ж	20,9 – 23,1		-	-	+10
2С224Ж	22,8 – 25,2		-	-	+10
2С291А	86 - 96		-	-	+10

Приложение Д

Параметры прецизионных стабилитронов

Тип стабили- трона	U_ст, В	I_ст, мА	ТКН
мин	макс	мин	макс
Д818А	9,00	10,35		2 · 10^-4
Д818Б	7,65	9,00	- 2 · 10^-4
Д818В	8,1	9,9	± 10^-4
Д818Г	8,55	9,45	± 5 · 10^-5
Д818Д	± 2 · 10^-5
Д818Е	± 1 · 10^-5
КС191М	8,645	9,555		± 5 · 10^-5
КС191Н	± 2 · 10^-5
КС191П	± 1 · 10^-5
КС191Р	± 5 · 10^-5
КС191С			± 5 · 10^-5
КС191Т	± 2,5 · 10^-5
КС191У	± 1 · 10^-5
КС191Ф	± 5 · 10^-6
КС211Б	11,0	12,6		- 2 · 10^-4
КС211В	9,3	11,0	- 2 · 10^-4
КС211Г	9,9	12,1	± 10^-4
КС211Д	± 5 · 10^-5
КС520В				± 10^-5
КС531В	29,45	32,55		± 5 · 10^-5
КС574В	44,65	49,35		± 10^-5
КС568В	64,6	71,7
КС596В	91,2	100,8

Приложение Е

Параметры интегральных стабилизаторов напряжения серии К142

Микросхемы	U_вых, В	I_вых, А	δu в % от U_вых
Назначение	Тип
Стабилизатор с фиксированным однополярным напряжением	К142ЕН5А	5 ± 0,1	1,2 (3)	0,05
К142ЕН5Б	6 ± 0,12
К142ЕН5В	5 ± 0,18
К142ЕН5Г	6 ± 0,21
КР142ЕН5А	5 ± 0,1
КР142ЕН5Б	6 ± 0,12
КР142ЕН5В	5 ± 0,18
КР142ЕН5Г	6 ± 0,21
К142ЕН8А	9 ± 0,27	1,5	0,05
К142ЕН8Б	12 ± 0,36
К142ЕН8В	15 ± 0,45
К142ЕН8Г	9 ± 0,36		0,1
К142ЕН8Д	12 ± 0,48
К142ЕН8Е	15 ± 0,6
КР142ЕН8А	9 ± 0,27	1,5	0,05
КР142ЕН8Б	12 ± 0,36
КР142ЕН8В	15 ± 0,45
КР142ЕН8Г	9 ± 0,36	0,1
КР142ЕН8Д	12 ± 0,48
КР142ЕН8Е	15 ± 0,6
К142ЕН9А	20 ± 0,4	1,5	0,05
К142ЕН9Б	24 ± 0,48
К142ЕН9В	27 ± 0,54
К142ЕН9Г	20 ± 0,6
К142ЕН9Д	24 ± 0,72
К142ЕН9Е	27 ± 0,81
Стабилизатор с фиксированным двуполярным напряжением	К142ЕН6А	± 15 ± 0,3	0,2	0,015
К142ЕН6Б	0,05
К142ЕН6В	± 15 ± 0,5	0,05
К142ЕН6Г	0,05
К142ЕН6Д	± 15 ± 1	0,05
К142ЕН6Е	0,05

Приложение Ж

Перечень элементов к источнику питания ИП1 (образец).

Поз. обозначение	Наименование	Кол., шт.	Примечание
	Конденсаторы
C1	К50 - 24 - 25В - 2200 мкФ
C2	К73 - 11 - 250В - 1 мкФ
	Резисторы
R1	МЛТ 0,25 - 4,7 кОм ±10% ГОСТ…
R2	С2 - 23 - 0,125 - 1,5 кОм ±5% ГОСТ…
R3	СП 3 - 19А - 2,2 кОм
	Микросхемы
DA1	142ЕН5А
	Транзисторы
VT1	КТ815Г
VT2	КТ315Г
	Диоды
VD1	Д302А
VD2	КС168А
	Трансформатор
T1	ТН30 ШЛМ 20×20
	Дроссель
L1	Д237

Приложение З

Параметры полупроводниковых диодов.

Тип	I_пр.ср. (А)	I_пр.и. (А)	U_обр. (В)	U_пр. (В)
МД217	0,1			1,0
МД218	0,1			1,0
МД218А	0,1			1,1
МД226	0,3	2,5		1,0
МД226А	0,3	2,5		1,0
МД226Е	0,3	2,5		1,0
Д237А	0,3			1,0
Д237Б	0,3			1,0
Д237В	0,1			1,0
Д237Е	0,4			1,0
Д237Ж	0,4			1,0
Д242				1,25
Д242А				1,0
Д242Б				1,5
Д243				1,25
Д243А				1,0
Д243Б				1,5
Д245				1,25
Д245А				1,0
Д245Б				1,5
Д246				1,25
Д246А				1,0
Д246Б				1,5
Д247				1,25
Д247Б				1,5
Д248Б				1,5
КД102А	0,1
КД102Б	0,1
КД105Б	0,3
КД105В	0,3
КД105Г	0,3
КД202А				0,9
КД202В				0,9
КД202Д				0,9
КД202Ж				0,9
КД202К				0,9
КД202М				0,9
КД202Р				0,9
КД208А	1,5			1,0
КД209А	0,7			1,0
КД209Б	0,5			1,0
КД209В	0,5			1,0

Приложение З

Конденсаторы с оксидным диэлектриком.

Тип	Номинальное напряжение, В	Номинальная ёмкость, мкФ	Допустимая амплитуда напряжения переменной составляющей, %
К50 - 6	6,3	5; 10; 20; 50; 100; 200; 500	20…25
	5; 10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000; 4000	5…25
	1; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000; 4000	5…25
	1; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000; 4000	5…25
	1; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000; 4000	5…20
	1; 5; 10; 20	10…15
	1; 5; 10; 20
К50 - 7		20; 30; 50; 100; 200; 500	5…15
	10; 20; 30; 50; 100; 200	5…15
	5;10; 20; 30; 50; 100; 200	3…10
	5;10; 20; 30; 50; 100	3…10
	5;10; 20; 30; 50; 100	3…10
К50 - 18	6,3	100000; 220000	13…15
		11…15
	22000; 68000; 100000	6…9
	15000; 33000; 100000	6…8
	4700; 10000; 15000; 22000	5…6
	4700; 10000; 15000	4…5
	2200; 4700; 10000	4…6
К50 - 20	6,3	10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000; 5000	10…16
	2; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000	10…16
	2; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000	10…16
	1; 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000	3…16
	1; 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200
	2; 5; 10; 20; 50; 100; 200
	20; 50
	2; 5; 10; 20; 50
	2; 5; 10; 20
	2; 5; 10; 20

Приложение К

Пример представления результатов расчёта по программе.

Приложение Л

Сравнение результатов расчёта.

	Ручной	Программный
Мощность первичной обмотки, Вт	12,5	12,5
Мощность вторичной обмотки, Вт
Площадь сердечника,см²	3,53	3,5355339050724651
Ток первичной обмотки, А	0,045	0,045454545454545
Ток вторичной обмотки, А	0,5	0,5
Число витков первичной обмотки		3733,5238017758624
Число витков вторичной обмотки		339,411255
Диаметр провода первичной обмотки, мм	0,170	0,16970562719645
Диаметр провода вторичной обмотки, мм	0,566	0,565685424949238