Методичні вказівки до виконання завдань

У першому завданні розраховується однофазний випрямляч.

Випрямляч - це пристрій, призначений для перетворення змінної напруги у постійну. Основним елементом будь-якого випрямляча є вентильна схема, яка забезпечує одностороннє протікання струму через навантаження R_н. При живленні від однофазної мережі змінного струму використовують три схеми випрямлячів:

1. однопівперіодна;

2. з нульовим виводом трансформатора;

3. мостова.

Усі три схеми відрізняються принципом дії, а також основними параметрами та характеристиками. Як правило, на вході випрямляча стоїть трансформатор, який забезпечує необхідну величину випрямленої напруги, а також електричну розв'язку навантаження від мережі живлення. На виході вентильної схеми випрямлена напруга є пульсуючою, тобто крім постійної складової містить також змінну складову. Для зменшення змінної складової випрямленої напруги на виході випрямляча ставлять згладжувальні фільтри. У даній розрахунковій роботі розглядаються робота однофазного випрямляча з нульовим виводом трансформатора на активне навантаження R_н.

Основні параметри випрямляча

Середнє значення I_ср характеризує електрохімічну дію струму і визначається як

де i(t) - закон зміни струму на періоді; T - період повторення струму.

Аналогічно визначається середнє значення напруги

Діюче значення І_д характеризує енергетичну дію струму і визначається, як

Діюче значення напруги

Для визначення середніх та діючих значень струмів та напруг треба знати закон зміни (графік) відповідного струму або напруги, а також їх параметри. Якщо струм або напруга на періоді має дискретно-безперервний характер, інтеграли у наведених вище формулах розбиваються на суму інтегралів по інтервалам безперервності.

Режим роботи вентилів випрямляча повністю визначається середнім та діючим значенням протікаючого струму, а також максимальною величиною зворотної напруги на вентилі. За цими параметрами з довідника вибирають відповідний тип вентиля.

Для оцінки ефективності використання вентиля у конкретній схемі вводять такі параметри:

• коефіцієнт форми струму

- коефіцієнт використання вентиля за напругою

де U_Нср - середнє значення напруги на виході випрямляча.

Вибір трансформатора здійснюється з умови забезпечення його нормального теплового режиму. Тепловий режим роботи трансформатора визначається повною потужністю, яка проходить через трансформатор.

Розрахункова потужність первинної та вторинної обмотки трансформатора

де: U_1Д, U_2Д - діючі значення напруги на обмотках; I_1Д, I_2Д - діючі значення струму через обмотки.

Оскільки схема з нульовим виводом містить дві однакові вторинні обмотки, для неї

Типова (розрахункова) потужність трансформатора

Ефективність використання трансформатора у схемі випрямляча характеризується параметром - коефіцієнт використання трансформатора за потужністю

де Р_{н =} U_н І_н - потужність постійних складових випрямленої напруги та струму.

Як будь-який споживач електричної енергії випрямляч характеризується параметром - коефіцієнт потужності

де Р - активна потужність, що споживається від мережі, S – загальна потужність, споживається від мережі.

У загальному випадку

де q – номер гармоніки при розкладанні струму та напруги первинної обмотки трансформатора в ряд Фур’є

Для даного випадку, враховуючи, що трансформатор та вентилі вважаються ідеальними (без втрат потужності), можна вважати, що вся активна потужність, що споживається від мережі, витрачається у навантаженні R_h .

Отже

де U_нд та I_нд - діюче значення напруги та струму в навантаженні.

Як зазначалося, випрямлена напруга на виході вентильної схеми є пульсуючою. Ступінь пульсації напруги оцінюють за допомогою параметра коефіцієнт пульсації

де U_._m - амплітудне значення змінної складової пульсації, U_Нср - постійна складова пульсуючої напруги, яка дорівнює середньому значенню випрямленої напруги. Змінна складова пульсуючої напруги на виході випрямляча має досить складну форму. Тому найчастіше коефіцієнт пульсації випрямленої напруги визначають через 1-у гармоніку пульсації випрямленої напруги.

Де U_m(1) - амплітуда 1-ї гармоніки пульсації; U_Hcp- постійна складова випрямленої напруги.

Для знаходження U_m(1) - треба випрямлену напругу и_н(t) розкласти в ряд Фур'є , (визначити сталу складову U₀ та амплітуду 1 - ї гармоніки U_m(1)) .

Середнє значення випрямленої напруги U_Hср та першу гармоніку пульсації u_н(1)(t) потрібно побудувати на графіку випрямленої напруги u_н(t) . Якщо розрахунки виконані вірно, то сума U_Hср + u_н(1)(t) повинна наближатися до форми випрямленої напруги u_н(t) .

Примітка: Розкладення функції в ряд Фур’є відбувається по формулі , де

Стала складова розраховується

Коефіцієнти та

Амплітуда першої гармоніки

Вираз для першої гармоніки тоді

У другому завданні розраховується підсилювач постійного струму.

Перед виконанням завдання слід вивчити матеріали, викладені в [1, с.150-158 і 2, с. 164-168]. З використанням вказаних матеріалів і параметрів ОП, приведених в додатку 1, може бути реалізована така послідовність розрахунку.

1. Вибирається значення опору в межах 10÷20 кОм.

2. Розраховуються наступні параметри:

1. значення із співвідношення для інвертуючого і для неінвертуючого підсилювача.

2. значення із співвідношення ;

3. вхідний опір підсилювача:

- для інвертуючого ОП ;

- для неінвертуючого ОП ;

- вихідний опір підсилювача

3. Будується передавальна характеристика підсилювача (см. пример побудови [1, мал. 2.41 або 2, мал. 12.2 і 12.3] ); при цьому верхня межа лінійної ділянки визначається із співвідношення

У третьому завданні розраховується схема мультивібратора або одновібратора.

Для виконання завдання необхідно вивчити теоретичний матеріал, викладений в [1, с. 187-194 або 2, с. 233-234 і 242-244].

Рекомендується використовувати таку послідовність розрахунку мультивібратора

1. По заданій величині вибирається тип ОП і виписуються з табл. 6 (додаток 1) його параметри; (відповідним є ОП, у якого вихідна напруга більше потрібного ).

2. Розраховуються наступні параметри:

   1. допустиме значення суми опорів з умови обмеження вихідного струму ОП;

де - максимально допустимий струм використовуваного операційного підсилювача (див. додаток 1)

2. співвідношення з умови допустимого значення диференціальної напруги на ОП

3. опори резисторів і по знайдених значеннях суми і :

4. значення опору резистора з виразу для тривалості імпульсу :

де значення ємкості часозадавального конденсатора С при значеннях

може бути вибрано в діапазоні

5. Частота генерації визначається з виразу

6. Будуються часові діаграми вихідної напруги , напруги на конденсаторі , напруги на резисторі .

Послідовність розрахунку одновібратора приблизно та ж, що і розрахунку мультивібратора: пп.1-2 використовуються без змін, а при розрахунку опору використовується співвідношення (3.28) з [1, с.193] або

Для розрахунку часу відновлення стійкого стану - співвідношення (3.31) з [1, с.193] або

причому значення ємності С вибирається таким же, як і в п.5, а значення ємкості С1 приймається рівним 100 ÷ 200 пФ. Часові діаграми будуються для вихідної напруги , напруги на конденсаторі , і вхідного (пускового) імпульсу .

При розрахунку і викреслюванні електричних схем вибір типів і номіналів електрорадіоелементів рекомендується проводити, використовуючи довідники і довідкові дані приведені в дод. 2, 3.

­