2.3. Пример расчета параметров источника стабильного питания

Дано: параметры сети U_ВХ = 220 В, f = 50 Гц, U_ВХ = +15...– 20%;

– при ± U (%) = 0,35, К_П.UВХ = 0,67.

–схема выпрямителя - однофазная мостовая (аналог 2-х-полупериодной схемы);

– фильтры (C₁, L₁, L₂C₂, C₃L₃C₄);

– параметры потребителя: U_Н = 24(В), R_Н = 700(Ом) и К_П.СТ = 0,03.

Требуется:

1. Определить мощность обмоток трансформатора и коэфф-нт трансформации n.

2. Рассчитать параметры сглаживающих фильтров (C₁, L₁, L₂C₂, C₃L₃C₄).

3. Используя ПО EWВ исследовать и сравнить действие всех фильтров.

4. Выбрать по справочнику стабилитрон для схемы стабилизатора.

5. Рассчитать величину балластного (ограничивающего) сопротивления R_Б.

6. Выбрать по справочнику диоды для выпрямителя.

7. Используя ПО EWВ спроектированную схему (рис.2.5). Оценить параметр К_СТ.

8. Рассчитанные значения сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов

округлить до номинальных значений, соответствующих ряду Е12 (прил. 1).

Р ис.2.5. Схема преобразования, выпрямления и стабилизации напряжение

(для проекта использовать пакет Electronics Workbench)

Методика расчета и исследования

1. Расчет мощности обмоток трансформатора для мостовой схемы

P_Н = U_Н·I_Н = U²_Н/R_Н = 24²/700 = 0,82(Вт);

S_ТР = S₁ = S₂ = 1,23·Р_Н = 1,01(Вт), (полагаем, что η_ТР = 77%, из за потерь Р_FE);

Коэффициент трансформации n = U₁/U₂;

U₁ = 220(В); U₂ = 1,11·U_Н = 1,11·24 = 26.6(В); (потери Р_CU и в выпрямителе ≈ 11%)

n = U₁/U₂ = 220 / 26,64 = 8,26.

2. Расчет сглаживающих фильтров (C₁, L₁, L₂C₂, C₃L₃C₄)

(для схемы выпрямителя – однофазная 2-х полупериодная, мостовая, К_П.ВХ = 0,67;

Для 2-х полупериодной схемы частота пульсаций m = 2, при  = 2f).

 = 2·3,14·50 = 314 (рад/с^-1)

Величина емкости конденсатора С₁ (рис.1.3, а)

= 137мкФ.

Величина индуктивности дросселя L₁ (рис.1.3, б). L = (Ом/ω) = (Ом/2πf).

.

Г образный фильтр L₂C₂ (рис.1.3, в)

Р ис. 1.3. Схемы сглаживающих фильтров: а) емкостный; б) индуктивный;

в) индуктивно-емкостной (Г-образный); г) комбинированный (П-образный)

Примем С₂ = 100 (мкФ); L₂ = (L₂ C₂)/ C₂ =

П - образный фильтр С₃L₃C₄ (рис.1.3, г).

К´_СГЛ = К_СГЛ(С3)·К_{СГЛ(L3·C4)} = 111.5

Примем К_СГЛ(С3) = 10, тогда К_{СГЛ(L3 C4)} = 111,5/10 = 11,15.

= 62 мкФ.

; [1/(Гц*Ом)]; L₃ C_{4 =}

Выбор типа стабилитрона

Выбирают стабилитрон КС522А с параметрами:

-номинальный ток стабилизации

Расчет величины балластного сопротивления

, где U_2ВХ  (1.52)U_СТ.

Пусть U_2.ВХ = 1,75·U_СТ = 1,75·24 = 42(В).

Необходимо вернуться и пересчитать напряжение на выходе трансформатора.

= (42-24) / (19+34.3) = 0,337·10³ = 337 Ом

Выбор по справочнику диодов для мостовой схемы выпрямителя

Параметры выборки:

U_{ОБР.ДОП} ≥ 2·1,57·U_H = 2·1,57·24 = 75,36 В

I_СР ≥ I_ОП.max + I_Н = 37 + 34,3 = 71,3 mA

Выбираю диод кремниевый Д206 Параметры: U_ПР ≤ 1B

r_ПР = U_ПР/I_СР = 1/0,1 = 10 (Ом)

Литература основная

1. Рекус Г.Г. Основы электротехники и промышленной электроники в примерах

и задачах с решениями: Учебное пособие. – М.: Высш. шк., 2008. – 343 с.

2. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. – М.: Высш. шк., 2001. – 620 с.

3. Березкина Т.Ф., Гусев Н.Г. Задачник по общей электротехнике с основами

электроники. – М .: Высш. шк., 2001. - 377 с.

4. Алиев И.И. Электротехнический справочник. – М.: Радио, 2000. – 384 с.

Литература дополнительная

5. Сборник задач по электротехнике и основам электроники / Под ред. В.Г. Герасимова. – М.: Высш. шк., 1987. - 288 с.

6. Изъюрова Г.И. Расчет электронных схем. – М.: Высш. шк., 1987. – 334 с.

7. Гусев В.Г. Сборник задач по электронике. – М.: Высш. шк., 1988. – 240 с.

Таблица №2.4,а. Диоды выпрямительные и импульсные (выпуска до 1985 г )

№	ТИП		IПР.И. А	IПр.Ср. A	UПР. В	IОБР.мА	UОБР.B	tВОСС. мкс	fМах, кГц	Т0(К)
1	Д7	Ge	0,1	0,03	1,1	0,15	100	-	2,4 кГц	368
2	Д2, Д9	Ge	0,05 / 0,1	0,03	1,3 / 1,5	0,25	30	0,5	100 кГц	348
3	Д18, Д20	Ge	0,06	0,02	1,2	0,05	20	0,1	50 мГц	348
4	Д101 – 103	Si	0,05	0,03	2	0,05	100	0,5	150 кГц	348
5	Д104 – 106	Si	0,05	0,03	2	0,05	100	0,5	150 кГц	348
6	Д219, Д220	Si	0,2	0,05	1,1	0,01	70	0,5	50 мГц	368
7	Д223	Si	0,15	0,05	1	0,01	50	-	20 мГц	368
8	Д226 (мет)	Si	0,50	0,30	1	0,05	400	-	10 кГц	368
9	Д237	Si	0,8	0,30	1	0,05	200	-	10 кГц	398
10	Д310, Д311	Ge	0,8	0,5	0,55	0,03	20	0,4	10 мГц	348

Таблица №2.4,б. Диоды выпрямительные и импульсные (выпуска после 1985 г.)

11	КД102	Si	0,5	0,05	1	0,01	250	-	5 кГц	368
12	КД103	Si	0,5	0,1	1,5	0,01	75	4	20 кГц	368
13	КД104	Si	0,1	0,01	1	0,03	300	4	20 кГц	368
14	КД105	Si	1,0	0,3	1	0,1	400	-	1 кГц	368
15	КД106	Si	1,0	0,3	1	0,01	100	0,45	30 кГц	368
16	КД208	Si	1,5 А	0,7	1	0,1	100	-	1 кГц	368
17	КД209	Si	0,7 А	0,5	1,2	0,1	400	1,5	1 кГц	368
18	КД226	Si	3	1,5	1,4	0,05	400	1,5	50 кГц	398
19	КД409	Si	0,1	0,05	0,9	0,05	24	-	100 мГц	368
20	КД503	Si	0,2	0,20	2,5	0,01	30	0,01	50 мГц	368
21	ГД507	Ge	0,1	0,16	(4)	0,05	30	0,1	0,8 мГц	348
22	ГД508	Ge	0,3	0,10	1,5	0,06	10	0,20	75 мГц	348
23	КД510	Si	0,5	0,20	1,1	0,5	70	0,004	40 мГц	368
24	КД512	Si	0,2	0,07	1	0,5	15	0,001	100 мГц	368
25	КД513	Si	1,5	0,10	1,1	0,5	70	0,004	40 мГц	368
26	КД519	Si	0,3	0,30	1,1	0,5	40	0,040	4 мГц	368
27	КД521	Si	0,5	0,05	1	0,01	100	0,004	40 мГц	368
28	КД522	Si	0,5	0,05	1,1	0,02	40	0,004	40 мГц	368
29	КД202	Si	5 А	3 А	1	0,5	100	-	1 кГц	398
30	КД206	Si	20 А	10 А	1,2	0,7	400	-	20 кГц	398
31	КД212	Si	3 А	1,0 А	1,0	0,1	200	0,3	0,1 мГц	398
32	КД213	Si	25 А	10 А	1,2	0,15	300	0,5	0,1 мГц	398
33	КД906 мост	Si	0,20	0,10	0,8	0,01	100	0,5	1 кГц	398
34	КЦ407 мост	Si	0,5А	0,3А	2,5	0,1	200	1	1 кГц	398
35	КЦ405 мост	Si	2А	1А	3	0,1	400	0,5	1 кГц	398
36	КЦ412 мост	Si	3А	2А	1,2	0,5	350	0,5	2 кГц	398
37	КЦ410 мост	Si	5А	3А	1,2	0,5	350	0,5	2 кГц	398

Таблица № 2.4,в. Опорные диоды (стабилитроны) общего назначения

№	тип	UСТ В ± ΔU	IСт Мин мА	IСт. Ном мА	IСт. Мах мА	PМАХ Вт	UПР В	Т0 (К)	rСТ Ом	 uСТ %/C	uСТ В
1	КС133	3,3±10%	3	10	81	0,3	1	348	65	- 0,11	 0,33
2	КС139	3,9±10%	3	10	70	0,3	1	348	60	- 0,1	 0,39
3	КС147	4,7±10%	3	10	58	0,3	1	348	56	- 0,05	 0,47
4	КС156	5,6±10%	3	10	55	0,3	1	348	46	0,05	 0,56
5	КС168	6,8±10%	3	10	45	0,3	1	348	28	0,06	 0,68
6	КС175	7,5±10%	0,5	6	17	0,12	2	348	40	0,07	 0,4
7	КС182	8,2±10%	0,5	6	15	0,12	2	348	40	0,08	 0,8
8	КС191	9,1±10%	0,5	6	14	0,125	2	348	40	0,09	 0,5
9	КС210	10±10%	0,5	4	13	0,125	2	348	40	0,09	 1
10	КС211	11±10%	0,5	4	12	0,125	2	348	40	0,092	 0,6
11	КС212	12±10%	0,5	4	11	0,125	2	348	40	0,095	 1,2
12	КС213	13±10%	0,5	4	10	0,125	2	348	40	0,095	 0,7
13	КС515	15±10%	1	10	45	0,125	1	348	25	0,1	 1,5
14	КС518	18±10%	1	10	42	0,125	1	388	27	0,1	 1,5
15	КС520	20±10%	1	10	39	0,125	1	348	30	0,1	 1,5
16	КС522	22±10%	1	8	36	0,125	1	348	33	0,1	 1,5
17	КС524	24±10%	1	8	33	0,125	1	388	36	0,1	 1,5
18	КС527	27±10%	1	8	30	0,125	1	348	39	0,1	 1,5
19	КС530	30±10%	1	6	27	0,125	1	348	42	0,1	 1,5
20	КС536	36±10%	1	6	24	0,125	1	388	45	0,1	 1,5
21	Д814(А–Д)	(8 – 13)	3	10	30	0,125	1	348	6 – 18	0,1	 1,5

Стабилитроны прецизионные, симметричные и мощные

22	Д818	9,0	1	5	10	0,1	-	348	200	0,005	 0,2
23	КС108	6,4	3	7,5	10	0,07	-	348	15	0,002	 0,32
24	КС175*	7,5	3	5	17	0,125	1,5	348	30	 0,1	 0,4
25	КС182*	8,2	3	5	15	0,125	1,5	348	30	 0,1	 0,8
26	КС190	9	5	10	15	0,15	-	348	15	0,05	 0,45
27	КС210*	10	3	5	13	0,125	1,5	348	30	 0,1	 1
28	КС212*	12	3	5	11	0,125	1,5	348	30	 0,1	 1,2
29	КС515*	15	3	10	31	0,5	-	348	25	0,005	- 1,7
30	КС108	1,08	1	3	29	0,1	0,7		50
31	КС113	1,3	1	3	20	0,1	0,8		45
32	КС115	1.5	1	3	20	0,1	0,9		40
33	КС119	1,9	1	3	20	0,1	1,0		35
34	Д815(А-Ж)	5,6–16	10	100	500	8	1,5	388	1,6	0,045	 0,6
35	Д816(А-Д)	22 – 47	10	50	150	8	1,5	388	1,6	0,045	 0,6

Светодиоды точечные, цилиндрические (Ø 2,5 – 6 мм) - (мнемонические индикаторы)

№	ТИП	UПР. В	IПР.НОМ. mА	IПР.Мах. mА	PИзл. mВт	Сила света мкд	λ (мкм)	Цвет свечения	Эквивалент замены
1	АЛ307	2,3	10	20	20	< 0,4	0,7		АЛ310
2	АЛ310	1,7	10	20	30	< 0,6	0,7		АЛ336
3	АЛ331 - 2Х	3,0	10	20	30	< 0,25	0,7		-
4	АЛ336	2,0	10	20	30	< 20	0,7		АЛ360
5	АЛ341	2,8	10	20	30	< 0,5	0,7		АЛ331
6	АЛ360	1,7	10	20	30	< 0,6	0,7		АЛ336
7	КИПМО	1,7	10	20	30	< 0,6	0,7		АЛ336
8	АЛ107	1,35	50	100	130	< 20	1,5		АЛ108
9	АЛ108	1,7	10	20	30	< 0,6	1,7		АЛ118
10	АЛ118	1,7	10	20	30	< 0,6	1,7		АЛ108

РГР № 2. ЗАДАНИЕ ДЛЯ САМОСТОЧТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

Решить задачу согласно номера варианта:

1. Пользуясь ВАХ стабилитрона Д818 (из таблицы 2), при T = 27°С, определить:

а) напряже­ние стабилизации; б) допустимый ток, если Р_ПРЕД = 125 мВт.

Определить R_ОГР и R_Н при: источника Е = 20В и номинальном токе I_ОП = 10 mA.

2. Для диода Д220 при Т₁ = 27°С и I₀ = 10 мкА прямое смещение U = 0,25В вызывает

определенный прямой ток. На сколько изменится ток, если температура T₂ = 67°С?

3. Пользуясь ВАХ диода КД510 (табл. 2), определить: а) r_ДИФ; б) диапазон φ_К;

б) R₀ при I_ПР = 1 и 1,5 мА и R₀ обратному току I_ОБР при U_ОБР.1 = – 30 В;

в) Р_VD на диоде при I_ПР = 0,5 мА и Р_VD для обратного тока при U_ОБР.2 = – 50 В.

4. В схеме (рис. 2.5) стоит диод Д311 и стабилитрон КС156, работающие при Е = 10В, Т₁ = 20°С и Т₂ = 50°С.

Определить значения: R_ОГР, R₀ и r_ДИФ и их изменение при:

изменении T₂ = 50°С до T₂ = 70°С, если известны параметры:

U_ПР1,2 = 0,20В, U_ОБР.1 = 25В и U_ОП.2 = 5,6В;

5 . На рис. 2.5 два диода ГД507, имею­щие тепловой ток I_S = 10 мкА, соединен последовательно с ис­точником напряжения Е = 10В и резистором R_Н = 1 кОм.

Найти I_ПР и U_ПР диода при T = 300 К.

6. Определить выход­ное напряжение в схеме (рис. 2.5), если при T = 300К два диода КД105 включить встречно, тепловой ток составляет I_S = 10 мкА, а R_Н = 1000 (Ом).

7. Определить величину и форму U_ВЫХ для схемы (рис. 2.6), содержащей диод КД 510 (при T = 300 К).

8. Резистор R = 100 Ом соединен последовательно с диодом Д9, работающим при Т=27°С и тепловом токе I_S = 5 мкА. Начертить ВАХ для диода в интервале тока I_ПР = 100мкА÷10мА, определив диапазон Е источника.

9. Диод КД522А включен в схему (рис. 2.6) при Е = 3 В,

е = ±2В, R_ОГР = 200Ом. Требуется: а) определить ток диода, напряжение на диоде и на нагрузке; б) найти рабочую точку диода, используя ВАХ указанного диода.

10. На схеме (рис. 2.7) резистор R_ОГР = 100 Ом соединен последовательно с тремя диодами Д20, где при Т = 27°С тепловой ток I_S = 50 мкА.

Определить U_ВЫХ и начертить суммарную ВАХ этой комби­нации в полулогарифмическом масштабе в интервале I_ПР = 1÷50 мА при прямом смещении.

11. На схеме рис. 2.7 резистор R_ОГР = 500 Ом соединен последовательно с тремя диодами КД522, где при Т = 27 °С тепловой ток каждого диода составил I_S = 10 мкА. Определить U_ВЫХ и начертить суммарную ВАХ этой комби­нации в полулогарифмическом масштабе в интервале I_ПР = 1÷100 мА при прямом смещении.

12. По справочнику определить, во сколько раз уменьшится допустимое U_ОБР

диода КД226 при изменении температуры в диапазоне T = 20÷70°С.

13. При U_ПР = 0,22В предельный ток диода I_ПР = 50 мА. Если этот диод соединить последовательно с резистором на­грузки R_Н = 100 Ом, то какова будет наибольшая величина Е источника, при которой диод будет работать в безопасном режиме?

14. В схеме (рис. 2.8) стоят диоды КС510 и КД510. Определить предел изменения Е_ИСТ, если I_ОП.МАХ = 30 мА, I_ОП..МИН = 1 мА, сопротив­ления R_Н = 1кОм и R_ОГР = 0,5кОм.

1 5. Для рис.2.8 при R_Н = 2кОм. U_ОП =13В, I_ОП.Мах =20 мА, I_ОП.Мин =1 мА найти величину U_Н и R₁, если Е_Мин =16В, E_МАХ = 24В. Определить, будет ли обеспечена стабилизация во всем диапазоне, найти η и Р.

1 6. Для схемы (рис. 2.8). U_ОП = 5В, I_СТ.МАХ = 40мА, I_СТ.МИН = 5мА, Е = 10В. Вычислить ве­личины I_R1.МАХ и R₁, если ток нагрузки меня­ется в пределах I_Н = 0 ÷ I_Н.МАХ.

17. Для схемы (рис. 2.8) U_ОП = 30В, I_СТ.МАХ = 30 мА, I_СТ.МИН = 1 мА, Е = 50 В.

Вычислить вели­чины R₁, η, Р, и найти возможные пределы изменения Е, если I_Н = 25мА.

18. Определить величину I₀ диода Ge при Т=20°С, если тепловой ток I_S = 10 мкА.

19. Имеется Ge диод с N_Д = 10³·N_А , причем на каждые 10⁸ атомов Ge приходится один атом акцепторной примеси. Опре­делить φ_K при T = 300 К.

20. Определить сопротивление диода постоянному току при пря­мом и обратном смещениях, если при U_ПР = 0,18В, I_ПР = 15мА, а при U_ОБР = - 100В ток I_ОБР = 0,25мА.

21. Для диода Д310 или Д311 при изменении прямого напряжения от 0,1 до 0,22 В

прямой ток увеличивается от 2,5 до 16 мА.

Определить крутизну характеристики и дифференциальное сопротивление диода.

22. На диод КД512 при U_ПР = 0,25 В протекает ток I₀= 50мкА при Т₁ = 27⁰C

Определить изменение тока I_ПР через диод при повышении Т₁ на ΔТ = 30°С.

2 3. Определить, на сколько изменится r_ДИФ и R₀ кремниевого дио­да при повышении

температуры Т на 30°С, если U_ПР = 0,13 В и начальная Т = 27⁰C, а ток I₀ = 10 мкА.

2 4. В p-n-переходе U_ПР = 0,31 В вызывает определенный ток при Т = 300К.

Определить U_ПР, чтобы I_ПР увеличился в 2 раза? Известно, что I₀ = 10мкА.

25. Через Si диод при Т= 300К течет I_ПР = 5мА. Определить U_ПР, если I₀ = 25 мкА.

2 6. Диод Д310 имеет I₀ = 30мкА при Т = 300К и U_ПР = 0,24В. Определить температурный коэфф. напряжения (ТКН), если при повышении Т на 30°С, ΔU = 0,08В

2 7. Пользуясь ВАХ диода КД522А, взятой из справочника [4], определить:

r_Диф, φ_K, R₀, Р_VD при I_ПР = 1 мА и 15 мА; R_0БР при U_ОБР1,2 = –30В и –50В при I_ОБР = 0,1–0,2 мА.

2 8. Диоды КД226 включены в схему (рис. 2.7). Е = 12 В, R_Огр = 100 Ом. Требуется:

а) определить I_ПР, U_ПР, U_Н; б) найти рабочую точку диода, используя ВАХ диода [4].

Характеристики диода КД22В при Т = 25°С: U_Пр.Ср = 0,25В; I_Обр = 50мкА.

2 9. На диод Д18, подано U_ПР = 0,32 В при Т₁= 25⁰C и (при токе I₀=50 мкА – спр.).

Определить, на сколько изменится ток I_ПР через диод при повышении Т₂ на 35°С.

30. На диод ГД517 при U_ПР = 0,28 В протекает ток I₀= 15мкА при Т₁ = 30⁰C

Определить изменение тока I_ПР через диод при повышении Т₁ на ΔТ = 40°С.