6.2. Графоаналитический расчет схем с диодами

Используется метод нагрузочных линий (см.п.1).

Рисунок 6.4. Схема цепи (а), ВАХ полупроводникового диода и нагрузочная прямая (б)

6.2.2.Примеры решения задач

6.2.2.1. Диодный мостовой выпрямитель питается от стандартной сети 220В/50Гц и нагружен на резистор сопротивлением 270 Ом.

Необходимо определить требования к основным параметрам диодов (I_пр.max и U_обр.max), используемым в данном выпрямителе.

Решение:

U_обр.max  U_{сети ампл.}= U_{сети действ.} · 2  220 · 1,41  311 В;

I_пр.max  (U_{сети ампл.} - 2U_{пр.max диода}) / R_н;

поскольку U_{пр.max диода}  1 В << U_{сети ампл.},

I_пр.max  U_{сети ампл} / R_н = 311 / 270  1,15 А.

С учетом возможных колебаний сетевого напряжения, а так же округленности справочных данных электронных элементов, можно округлить искомые величины в сторону увеличения.

Ответ: В данном выпрямителе могут быть использованы диоды, паспортные данные, которых удовлетворяют следующим требованиям: I_пр.max  1,2 -:- 1,5 А, (расчетное - 1,15 А), U_обр.max  350 -:- 400 В (расчетное - 311 В).

6.2.2.2. Определить действующее U₂ и амплитудное U_2m значения напряжения на вторичной обмотке трансформатора, его коэффициент трансформации K, постоянную составляющую выпрямленного тока I₀ ; выбрать полупроводниковые вентили для двухполупериодного выпрямителя, выполненного по мостовой схеме (см.рис. 6.5.) Выпрямленное напряжение U₀ = 350 В на нагрузочном резисторе R_н = 1400 Ом, напряжение питающей сети U₁ = 127 В.

Решение. Действующее напряжение на вторичной обмотке трансформатора в данной схеме выпрямления: U₂ = 2π U₀ / Ö2 = U₀ /0,9 ~ 390 В. Коэффициент трансформации трансформатора: К =U₁ /U₂ = 0,333.

Амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора: U_{обр max} = U_2m = 549,9 ~ 550 В. Постоянная составляющая выпрямленного тока: I₀ = U₀ /R_н = 350/1400 = 0,25 А.

Рис. 6.5. Схема двухполупериодного выпрямителя

По справочнику, исходя из расчетного значения тока I₀ и значения обратного напряжения U_{обр max} выбираем вентили типа Д7Ж с номинальными данными: током I₀ = 0,3 А и максимальным допустимым обратным напряжением вентиля U_{обр max} = 400 В.

6.3. Задачи для решения на практическом занятии

Задача 6.3.1. Определить среднее значения выпрямленных тока I₀ и напряжения U₀, а также мощность Р, выделяемую в нагрузочном резисторе R_н , обусловленную этим током, для однополупериодного выпрямителя, собранного на полупроводниковом диоде (см. рис.6.4, а), если его сопротивление в проводящем прямом направлении R_пр = 5 Ом, а в непроводящем (обратном) направлении R_обр = 1000 Ом, сопротивление нагрузочного резистора R_н = 400 Ом, напряжение питающей сети U = 220 В. Вольт амперная характеристика электрической цепи приведена на рис.6.4, б, нелинейностью характеристик пренебречь.

Задача 6.3.2. Однофазный мостовой выпрямитель собран на диодах типа КД202В (I_пр.max=5 A, U_обр.max = 100 B, U_пр.max= 1.0 B) питается переменным синусоидальным напряжением 36 В / 50 Гц. Величина тока нагрузки выпрямителя I_н может меняться в диапазоне от I_нmin = 1 A до I_нmax = 4 A.

Требуется определить - какая мощность P_VD рассеивается на одном диоде выпрямителя в режиме минимальной и максимальной нагрузки.

Задача 6.3.3. Схема параметрического стабилизатора приведена на рисунке 6.3. Параметры стабилитрона: U_ст = 7,5 В, I_ст.min = 3 mA, I_ст.max = 30 mA. Сопротивление нагрузки R_н=750 Ом. Питающее напряжение U= +12 B.

Требуется рассчитать номинальное сопротивление резистора R, обеспечивающего работу стабилизатора. Принять ток стабилитрона I_VD=10 мА.

Задача 6.3.4. По условиям задачи 6.2.2.2. определить максимальное значение I_2m выпрямленного тока, напряжения U _2m и мощность Р, выделяемую в сопротивлении нагрузочного резистора R_н.