Контрольные вопросы

1. В чем отличие полупроводниковых ИМС от гибридных в микроминиатюризации электронных устройств?

2. Что такое «плотность упаковки» ?

3. Что такое «степень интеграции».?

4. Что обозначают две буквы в условном обозначении ИМС ?

Вывод. Излагаются физические основы ИМС. Приводятся их классификация по конструктивно-технологическому принципу. Вводятся основные параметры, расшифровывается их условное обозначение.

3. Маломощные электронные источники питания

Электростанции, как правило, вырабатывают электрическую энергию переменного тока частотой 50 Гц. Это объясняется необходимостью передачи энергии на большие расстояния по высоковольтным линиям и использованием, в ряде случаев, трансформаторов напряжения. На практике же возникает необходимость применения постоянного тока: в первую очередь это относится к изучаемым нами устройствам электроники, питание которых осуществляется напряжением постоянного тока.

Для преобразования переменного тока в постоянный как раз и служат электронные выпрямители, относящиеся по ГОСТу к источникам вторичного электропитания.

3.1 Однофазные электронные выпрямители

На рис. 3.1 представлена структурная схема электронного выпрямителя, на которой приняты следующие обозначения: U₁- напряжение сети переменного тока заданной величины, В; Тр - трансформатор, который служит для согласования по величине переменного напряжения сети U_{1 ~} с постоянным напряжением нагрузки U₂ пост, а также для электрического разделения цепей входа и выхода; В- вентильная группа, состоящая из диодов и осуществляющая преобразование переменного тока в пульсирующий одного направления; СФ - сглаживающий фильтр, уменьшающий пульсации выпрямленного напряжения до требуемого значения; Ст - стабилизатор, поддерживающий неизменным напряжение на нагрузке при изменении напряжения сети или сопротивления нагрузки R_н .

Рис. 3.1. Структурная схема электронного выпрямителя

В зависимости от назначения выпрямителя и предъявляемых к нему требований отдельные узлы, указанные на структурной схеме, могут отсутствовать.

По мощности в цепи нагрузки все выпрямители делятся на выпрямители:

малой мощности, если 100 Вт;

средней мощности, если 5000 Вт;

большой мощности, если > 500 Вт;

В зависимости от числа фаз питающего напряжения все выпрямители делятся на однофазные и трёхфазные. Однофазные выпрямители — это маломощныt выпрямители, трёхфазные — выпрямители средней и большой мощности.

3.1.1 Однополупериодный выпрямитель

Рассмотрим принцип действия выпрямителя на примере простейшей схемы так называемого однополупериодного выпрямления (рис. 3.2). Здесь U₁ – напряжение сети; U_тр - напряжение на вторичной обмотке трансформатора ; VD - выпрямительный диод, R_н -сопротивление нагрузки. Работа выпрямителя рассматривается в предположении, что диод — идеальный, т.е. сопротивление его при включении в прямом направлении (в открытом состоянии) равно нулю, а при обратном включении (в закрытом состоянии) — бесконечно велико.

Рис.3. 2. Схема однополупериодного выпрямителя

На временных диаграммах токов и напряжений рассматриваемого выпрямителя (рис.3.3): t - время, с; I₀ и U₀ - постоянные составляющие (средние значения за период) тока и напряжения на нагрузке. В течение первого полупериода напряжения на нагрузке, когда положительный потенциал приложен к аноду диода, он открыт и через нагрузочное сопротивление пойдёт ток, соответствующий току диода, включенного в прямом направлении, при этом к нагрузке окажется приложено полное напряжение вторичной обмотки трансформатора. Во второй полупериод полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора изменится на противоположную и диод окажется включенным в обратном направлении, диод закроется, и всё напряжение окажется приложенным к закрытому диоду, при этом напряжение на нагрузке будет равно нулю, и ток через нагрузку течь не будет. Максимальное значение обратного напряжения на диоде равно , где U₂ – действующее значение напряжения.

Из временных диаграмм видно, что напряжение на нагрузке имеет пульсирующий характер и значительно отличается от постоянного значения. Из разложения значений пульсирующего напряжения в ряд Фурье следует, что в составе напряжения будут постоянное напряжения (среднее значение) U₀ и ряд гармоник.

Рис 3. 3. Временные диаграммы однополупериодного выпрямителя

Из анализа разложения в ряд Фурье, для однополупериодного выпрямителя вытекают следующие соотношения:

,

Для характеристики степени пульсации выпрямленного напряжения вводят коэффициент пульсации , где - амплитуда наибольшей гармоники, для однополупериодного выпрямителя эта гармоника имеет частоту питающей сети переменного тока; U₀ – постоянная составляющая выпрямленного напряжения; для однополупериодного выпрямителя К_пульс=1,57. Основным преимуществом однополупериодного выпрямителя является его простота, а недостатками – большой коэффициент пульсаций и малые значения выпрямленного тока и напряжения. Поэтому значительно большее распространение получили двухполупериодные выпрямители, в которых выпрямленное напряжение создается в оба полупериода напряжения сети. Двухполупериодные выпрямители бывают двух типов: мостовые и с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора. Схема выпрямителя показана на рис.4.