2.5. Графики и расчёты

1. По результатам п. 3 разд. 2.2 построить график вольт-амперной характеристики диода I(U) в прямом направлении. По графику определить напряжение отсечки U₀ для токов в диапазоне 200-400 мА.

2. По результатам п.7 разд. 2.4 построить график нагрузочной характеристики U(I) мостового выпрямителя. По графику определить выходное сопротивление r=−ΔU/ΔI выпрямителя в интервале токов 100-300 мА.

3. По результатам п.9 разд. 2.4. построить график зависимости коэффициента пульсаций К_п от тока нагрузки I.

4. Как видно из результатов п.8 разд. 2.4, при токе I=300 мА пульсации выходного напряжения довольно большие, и для питания электронных устройств такое напряжение неприемлемо. В связи с этим, рассчитать ёмкость конденсатора С в мостовом выпрямителе, который при токе нагрузки I=300 мА обеспечивал бы пульсации выходного напряжения U_п=1 В при среднем напряжении U=15 В. При расчёте пользоваться приближением малых пульсаций (разд. 1.4.3, формула (6)).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Изобразить качественный вид ВАХ реального диода.

2. Перечислить основные параметры выпрямительных диодов.

3. Что такое напряжение отсечки диода?

4. Полагая в формуле (1) I₀=10⁻¹² А, вычислить прямое напряжение. при котором прямой ток равен: а) 1 мкА, б) 100 мкА, в) 100 мА.

5. Как известно, статическое сопротивление нелинейного элемента r_ст= и его дифференциальное сопротивление r_д= не совпадают и оба они зависят от тока через этот элемент, т.е. от точки на его вольт-амперной характеристике I(U). Графически определить r_ст и r_д диода Д237А по его ВАХ (рис. 3) для тока I=100 мА.

6. Дать определения следующих величин:

● среднего значения выпрямленного напряжения;

● размаха напряжения пульсаций;

● коэффициента пульсаций

● эффективного (действующего) значения периодического тока.

7. Объяснить работу схемы мостового выпрямителя.

8. Какова должна быть постоянная времени RC-фильтра, чтобы пульсации напряжения на нагрузке были малыми.

9. Вычислить среднее U и эффективное U_эф значения напряжения на выходе идеального однополупериодного выпрямителя, если на его вход подаётся синусоидальное напряжение амплитудой U₁.

10. Вычислить среднее U и эффективное U_эф значения напряжения на выходе идеального двухполупериодного (мостового) выпрямителя, если на его вход подаётся синусоидальное напряжение амплитудой U₁.

11. Почему пробой конденсатора фильтра сразу же приводит к «выгоранию» диодов моста, а затем, возможно, и обмоток трансформатора?

12. Если на вход мостового выпрямителя (без фильтра) на стенде подать с блока питания синусоидальное напряжение «~0,6 В», то, в отличие от однополупериодного выпрямителя, здесь на выходе мы не увидим практически ничего, т.е. никаких импульсов, подобных изображённым на нижнем рис. 10, на экране не будет. Почему?

1 3. Паяльник мощностью Р₀=50 Вт, рассчитанный на переменное напряжение 127 В, включили через диод в сеть 220 В. Полагая диод идеальным, а сопротивление паяльника постоянным. вычислить мощность Р, выделяющуюся на паяльнике в этом случае.

14. Вычислить тепловую мощность в цепи, показанной на рис. 17, если её включить в сеть 220 В. Сопротивления резисторов R одинаковы и равны по 2 кОм. Диоды считать идеальными вентилями.

15. При положительном напряжении на диоде ток через диод и напряжение на нём связаны соотношением , где коэффициент =0,5. Вычислить ток I в цепи, если этот диод через сопротивление R=1 Ом подключен к генератору с ЭДС =4 В. Ответ. I=2 А. Подсказка: U_Д+U_R=.

1 6. При небольшом положительном напряжении на диоде ток через диод и напряжение на нём связаны соотношением I= , где коэффициент =0,02. При каком напряжении U₀, приложенном к мостовой схеме (рис. 18) ток через гальванометр G будет нулевым? Резисторы имеют одинаковые сопротивления R=200 Ом.

Ответ. В.

1 7. К мостовой цепи, показанной на рис. 19, приложено синусоидальное напряжение с амплитудой U. Какое напряжение U_ab будет между точками a и b ? Диоды считать идеальными.

Ответ. U_ab=φ_a−φ_b=+2U, причём U_ab – постоянное. Это – удвоитель напряжения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Калашников С. Г. Электричество. – М.: Наука, 1977. – §§ 203, 204.

2. Жеребцов И. П. Основы электроники. – Л.: Энергоатомиздат, 1990. – Гл. 3.

3. Виноградов Ю. В. Основы электронной и полупроводниковой техники. – М.: Энергия, 1968. – Гл. 2, 3, 14.

4. Основы промышленной электроники. / Под ред. В. Г. Герасимова. – М.: Высшая школа, 1986. – Гл. 9.

Работа № Ф321