Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Учебное пособие 800122

.pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
01.05.2022
Размер:
546.08 Кб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный технический университет»

Кафедра радиотехники

СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ И ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению контрольной работы по дисциплине «Схемотехника аналоговых и электропреобразовательных устройств»

для студентов направления подготовки 11.03.01 «Радиотехника» (профиль «Радиотехнические средства передачи, приема и обработки

сигналов») заочной формы обучения

Воронеж 2020

УДК 64.38 ББК 32.844

Составитель

канд. физ.-мат. наук В. В. Горбатенко

Схемотехника аналоговых и электропреобразовательных устройств: методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Схемотехника аналоговых и электропреобразовательных устройств» для студентов направления подготовки 11.03.01 «Радиотехника» (профиль «Радиотехнические средства передачи, приема и обработки сигналов») заочной формы обучения / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; cост. В. В. Горбатенко. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2020. 33 с.

Работа представляет собой методические указания, содержащие краткие теоретические сведения по дисциплине, варианты заданий для выполнения контрольных работ и методические рекомендации по их выполнению.

Методические указания подготовлены в электронном виде и содержатся в файле КР_САЭПУ.pdf.

Ил. 7. Табл. 11. Библиогр.: 36 назв.

УДК 64.38 ББК 32.844

Рецензент – Л. Н. Коротков, д-р физ.-мат. наук, проф. кафедры физики твердого тела ВГТУ

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

2

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ......................................

4

2. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ....................................

6

2.1СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТРУКТУРНАЯ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УСТРОЙСТВА.....

6

2.2. ПОРЯДОК РАСЧЕТА...................................................................................................

6

2.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВТОРИЧНОГО ИСТОЧНИКА

 

ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ...........................................................................................................

6

2.3.1. Расчет параметрического стабилизатора напряжения............................

6

2.3.2. Расчет выпрямителя........................................................................................

9

2.3.3.Схема электрическая принципиальная вторичного источника

 

электропитания.........................................................................................................

18

3.ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................................................

19

ЛИТЕРАТУРА..............................................................................................................

32

3

1. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

(№ варианта соответствует порядковому номеру слушателя в учебном журнале на момент времени получения задания)

Таблица 1.1

Варианты заданий по расчету параметрических стабилизаторов напряжения

Вари

Uвых,

Uвых

Iн мин/Iн

 

 

 

 

ап, 10

-

авых. С,

ан,

ап вых,

ант

В

 

макс

 

а

макс

 

10-2

10-2

10-2

 

 

мин/ Uвых макс

мА

 

мин

 

2

 

 

 

 

 

 

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

8

-1/+1

4/5

 

0,9/1,1

10

 

0,3

0,4

0,3

1

5,6

-1/+1

5/6

 

0,95/1,05

9

 

0,5

0,3

0,3

2

6,8

-1/+1

18/19

 

0,9/1,1

8

 

0,6

0,5

0,3

3

7,7

-1/+1

9/10

 

0,95/1,05

7

 

0,7

0,6

0,3

4

8,7

-1/+1

8/9

 

0,9/1,1

6

 

0,8

0,7

0,4

5

9,7

-1/+1

7/8

 

0,95/1,05

5

 

0,9

0,8

0,4

6

11

-1,5/+1,2

7/8

 

0,9/1,1

4

 

1,0

0,9

0,4

7

12,7

-1,5/+1,5

20/21

 

0,95/1,05

3

 

1,1

1,0

0,4

8

5,6

-0,6/+0,6

20/21

 

0,9/1,1

2

 

1,2

1,1

0,5

9

6,8

-1/+1

24/25

 

0,95/1,05

1

 

1,3

1,2

0,5

10

8,2

-1/+1

25/26

 

0,9/1,1

2

 

1,4

1,3

0,5

11

10

-1,2/+1,2

11/12

 

0,95/1,05

3

 

1,5

1,4

0,5

12

12

-1,5/+1,5

12/13

 

0,9/1,1

4

 

1,4

1,5

0,6

13

15

-1,6/+1,6

26/27

 

0,95/1,05

5

 

1,3

1,6

0,6

14

18

-1,9/+1,9

15/16

 

0,9/1,1

6

 

1,2

1,7

0,6

15

22

-2,3/+2,3

16/17

 

0,95/1,05

7

 

1,1

1,8

0,6

16

27

-3/+3

17/18

 

0,9/1,1

8

 

1,0

1,9

0,7

17

33

-3,5/+3,5

18/19

 

0,95/1,05

9

 

0,9

2,0

0,7

18

39

-4/+4

13/14

 

0,9/1,1

10

 

0,8

2,1

0,7

19

47

-5/+5

15/16

 

0,95/1,05

9

 

0,7

2,2

0,7

20

56

-6/+6

8/9

 

0,9/1,1

8

 

0,6

2,3

0,8

21

68

-7/+7

5/6

 

0,95/1,05

7

 

0,5

2,4

0,8

22

82

-9/+9

4/5

 

0,9/1,1

6

 

0,4

2,5

0,8

23

100

-11/+11

4/5

 

0,95/1,05

5

 

0,3

2,0

0,8

24

9

-1/+1

4/5

 

0,9/1,1

4

 

0,4

1,8

0,9

25

100

-10/+10

6/7

 

0,95/1,05

3

 

0,5

1,6

0,9

26

5,6

-0,6/+0,6

6/7

 

0,9/1,1

2

 

0,6

1,4

0,9

27

6,8

-0,7/+0,7

5/6

 

0,95/1,05

10

 

0,7

1,2

0,9

28

12

-1/+2

6/7

 

0,9/1,1

5

 

0,8

1,0

1,0

29

15

-2/+2

8/9

 

0,95/1,05

7

 

0,9

0,5

1,0

30

27

-2,8/+2,8

11/12

 

0,9/1,1

9

 

1,0

2,5

1,0

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.2

Варианты заданий по расчету выпрямителя

 

 

 

 

 

 

 

Критерий

 

 

 

 

 

 

 

оптимальности

 

 

 

 

 

 

 

трансформатора

Вар

U0,

P0,

U1,

fc, Гц

ап, 10-

Схема

(А -

иант

B

BA

B

2

минимальная

 

 

 

масса,

 

 

 

 

 

 

 

Б -

 

 

 

 

 

 

 

минимальный

 

 

 

 

 

 

 

объем)

0

Eвх

12

220

50

10

рис. 3.11,б

А

1

Eвх

10

110

50

9

рис. 3.11,а

Б

2

Eвх

15

127

50

8

рис. 3.11,а

А

3

Eвх

20

220

50

7

рис. 3.11,б

Б

4

Eвх

25

380

50

6

рис. 3.11,б

А

5

Eвх

30

110

50

5

рис. 3.11,а

Б

6

Eвх

35

127

50

4

рис. 3.11,а

А

7

Eвх

40

220

50

3

рис. 3.11,б

Б

8

Eвх

45

380

50

2

рис. 3.11,б

А

9

Eвх

50

110

50

10

рис. 3.11,а

Б

10

Eвх

55

127

50

2

рис. 3.11,а

А

11

Eвх

60

220

50

3

рис. 3.11,б

Б

12

Eвх

65

380

50

4

рис. 3.11,б

А

13

Eвх

70

110

50

5

рис. 3.11,а

Б

14

Eвх

75

127

50

6

рис. 3.11,а

А

15

Eвх

80

110

50

7

рис. 3.11,б

Б

16

Eвх

85

127

50

8

рис. 3.11,б

А

17

Eвх

90

220

50

9

рис. 3.11,а

Б

18

Eвх

95

380

50

10

рис. 3.11,а

А

19

Eвх

100

110

50

9

рис. 3.11,б

Б

20

Eвх

105

127

50

8

рис. 3.11,б

А

21

Eвх

110

220

50

7

рис. 3.11,а

Б

22

Eвх

115

380

50

6

рис. 3.11,а

А

23

Eвх

120

110

50

5

рис. 3.11,б

Б

24

Eвх

125

127

50

4

рис. 3.11,б

А

25

Eвх

130

220

50

3

рис. 3.11,а

Б

26

Eвх

135

380

50

2

рис. 3.11,а

А

27

Eвх

140

110

50

10

рис. 3.11,б

Б

28

Eвх

145

127

50

5

рис. 3.11,б

А

29

Eвх

150

220

50

7

рис. 3.11,а

Б

30

Eвх

155

380

50

9

рис. 3.11,а

А

 

 

 

 

 

5

 

 

2. ПРИМЕР РАСЧЕТА ВТОРИЧНОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

2.1. Схема электрическая структурная разрабатываемого устройства

В соответствии с вариантом №0 источник электропитания должен обеспечить два номинала постоянного напряжения. Одно из этих напряжений стабилизируется с помощью параметрического стабилизатора напряжения. Для решения поставленной задачи выбираем следующее построение схемы электрической структурной разрабатываемого устройства, рис.2.1.

Рис. 2.1. Схема электрическая структурная источника постоянного тока. 1. Сеть; 2. Вторичный источник электропитания; 2.1. Выпрямитель; 2.1.1. Силовой трансформатор; 2.1.2. Схема выпрямления; 2.1.3.Сглаживающий фильтр; 2.2. Параметрический стабилизатор напряжения; 3. Нагрузки.

2.2. Порядок расчета

Расчет источника питания начинаем с анализа требований технического задания к параметрам напряжений и токов для заданных нагрузок. Далее, расчет производится в следующем порядке: стабилизатор, выпрямитель с фильтром, трансформатор. Если требуемые параметры постоянного напряжения могут быть обеспечены без стабилизатора напряжения, расчет следует начинать с выпрямителя. Входные параметры, получаемые на соответствующих этапах расчета, служат исходными данными для следующего этапа расчета.

2.3. Электрический расчет вторичного источника электропитания 2.3.1. Расчет параметрического стабилизатора напряжения

Вариант 0 Исходные данные:

1) Uвых - номинальное выходное напряжение;

6

2) Uвых - максимальное допустимое отклонение выходного напряжения от номинала;

3)Iн макс - максимальное значение тока нагрузки;

4)Iн мин - минимальное значение тока нагрузки;

5)Изменения входного напряжения, где Евх – номинальное значение входного напряжения параметрического стабилизатора

а) a

мин

 

Е

вх мин

;

б) а

 

=

Евх

макс

;

 

 

макс

 

 

 

 

 

Евх

 

 

Евх

6)коэффициент пульсации на входе стабилизатора

ап Uмп ,

Евх

где Uмп - амплитуда переменной составляющей на входе стабилизатора;

7) авыхс

Uвыхс

— максимально допустимая относительная

Uвых

 

 

нестабильность выходного напряжения при изменении входного напряжения

взаданных пределах;

8)aн =ΔUвыхн ’ — максимально допустимая нестабильность выходного

Uвых

напряжения, обусловленная изменением тока нагрузки в заданных пределах; 9) Кп вых - максимально допустимый коэффициент пульсации на выходе

стабилизатора.

RB

Rг

I

 

I

 

 

 

 

 

Евх

VD

Rн

U вых

+

Рис. 2.2. Схема параметрического стабилизатора к примеру расчета

Рассчитаем схему стабилизатора, приведенную на рис. 2.2. Численные значения исходных данных:

Uвых = 8 В; Uвых = ±1,0 В; Iн макс = 5мА; Iн мин = 3 мА; амин = 0,9; амакс = 1,1; ап

=0,1; авых. с = ±0,3 10–2; ан = 0,4 10–2 = 0,4%; ап вых 0,3 10–2.

1.Исходя из заданных параметров, выбираем схему однокаскадного

стабилизатора с одним стабилитроном.

Выбираем по справочным данным стабилитрон Д 814 А, для которого

U=7,75 ± 0,75 В; при этом Ucт мин = 7 В;

7

Ucт макс = 8,5 В; Uвых мин = 1 В; Uвыхмакс=0,5 В.

2. Допустимое выходное сопротивление стабилизатора

Rвыхдоп

анUвых

 

0,4 102 8

16

(Ом).

Iнмакс Iнмин

(5-3) 10-3

 

 

 

 

3. С учетом требования

Iстмин

Iстминдоп определяем режим работы

стабилизатора при котором суммарное дифференциальное сопротивление стабилизатора меньше Rвых доп. Выбираем Icтмин=5 мА.

Для этого тока из характеристик стабилитрона Д 814 А или по справочным данным определяем Rd~ = 6 Ом.

4.

 

Определяем минимально необходимое значение коэффициента

стабилизации:

 

 

 

 

 

 

 

 

Кстдоп

(1 а

мин)

 

1-0,9

33,3.

 

 

авыхс

0,3 10 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

Максимальный возможный коэффициент стабилизации:

 

 

 

 

Uвых мин ап)

8(0,9 0,1)

Кстмакс

 

 

 

 

 

 

 

106,7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rd(Iнмакс Iстмин)

6(5 5) 10 3

Примечание: Обычно значение Кcтдоп (0,5 0,8) Кcт макс, в противном случае однокаскадная схема стабилизации не используется и следует использовать двухкаскадную или мостовую схемы параметрических стабилизаторов.

6. Необходимое входное напряжение стабилизатора:

 

 

Uвыхмакс

 

 

8,5

 

 

 

 

мин ап)

 

 

 

 

 

 

 

 

Евх

 

 

0,8

 

 

15,4(В).

 

 

 

 

33,3

 

 

1

Кстдоп

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кстмакс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

106,7

 

 

Выбираем Евх = 24 В.

7. Внутреннее сопротивление источника питания (выпрямителя):

 

 

 

 

 

Евх

0,1 24

 

Rв = (0,1 0,15)

 

 

 

 

 

240 (Ом).

Iнмакс Iстмин

(5 5) 10-3

8. Определяем величину гасящего сопротивления

Rг'

Евх (амин ап ) Uвыхмакс

Rв

 

24(0,9-0,1)-8,5

 

-240 830 (Ом).

 

(5 5) 10-3

 

Iнмакс Iстмин

 

 

 

Выбираем резистор с допуском ± 5%

Rг

=820 Ом ± 5%; Rгмин= 779

Ом; Rгмакс=861 Ом.

Определяем максимальное значение мощности рассеяния резистора Rг

PR = Rгмакс (Icт макс + Iн мин) = 861 [(19 + 3) 10-3]2 = 0,417 (В.А).

Выбираем резистор и его тип

Rг - С2-1-0,5-820 Ом ± 5%

9. Уточняем коэффициент стабилизации, с учетом того, что Rг=Rг + Rв:

8

К

ст

 

Rг

 

Uвых

 

(820 240) 8

58,9.

Rд

 

 

 

 

 

Евх

6 24

10. Коэффициент сглаживания пульсации:

qсгл

 

R

г'

 

Uвых

 

820 8

45,6.

R

 

 

 

 

 

д

 

Евх

6 24

11. Относительная амплитуда (коэффициент) пульсации напряжения на выходе стабилизатора:

апвых

 

100ап

 

100 0,1

0,22(%) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qсгл

45,6

 

 

 

 

 

 

 

 

12. Уточняем минимальное значение тока стабилитрона

I

стмин

 

Евх (амин

ап) Uвыхмакс

 

I

н

 

24(0,9- 0,1) -8,5

-5 10 3

4,72 (мА),

 

 

(861 240) 10-3

 

 

 

 

R

'

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гмакс

в

 

 

 

 

 

 

что достаточно близко к выбранному значению. 13. Максимальный ток стабилитрона

I

стмакс

 

Евхамакс

Uвыхмин

I

нмин

 

24

1,1-7

-3 10 3

19,0(мА),

R'

 

(779

240) 10-3

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

гмин

в

 

 

 

 

 

 

 

так как для стабилитрона Д 814 А при Тмакс =50 С; Icm макс = 40 мА, то выбранный режим работы стабилитрона допустим.

14. Определяем входные токи:

максимальный — Iвх. макс = Icт макс + Iн мин = 19 + 3 = 22 (мА),

и номинальный — I

вх

 

Евх

Uвых

 

(24-8) 103

15,1 (мА).

Rг'

Rв

820 240

 

 

 

 

15. Определяем максимальное и номинальное значение входной мощности выпрямителя:

Рвхмакс

Iвхмакс Евх амакс Iвхмакс2

Rв

12,2 10-3 24 1,1

-(12,2 10-3 )2 240 0,47 (В А)

Рвх Iвх Евх Iвх2 Rв

15,1 10-3

24

(15,1 10-3 )2 240

0,31(В А) .

 

16. Номинальный и минимальный КПД:

стном

 

I

U

выхном

 

 

 

5 10-3 8

 

0,13;

 

н

 

 

 

 

 

 

 

Pвх

0,31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стмин

 

 

I

U

выхмин

 

 

 

5 10-3 7

 

0,074.

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

Pвхмакс

 

0,47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.2. Расчет выпрямителя

Вариант 0 Рассчитаем схему выпрямителя, изображенную на рис. 2.3.

Исходные данные:

1)номинальное напряжение сети: U1 = 220 B;

2)критерий оптимальности трансформатора: минимальная масса;

3)частота тока питающей сети: fc = 50 Гц;

4)номинальное выпрямленное напряжение: U0 = Евх=24 B (где Евх-входное напряжение параметрического стабилизатора напряжения) ;

9

5)выходная мощность: P0 = U0 I0=12 Вт;

6)номинальный ток нагрузки: I0 = Р0/U0=0,5 А;

7)относительное отклонение напряжения сети в сторону повышения: асmax=0,1;

a

 

 

U1 U1mах

 

 

 

1

max

 

0.1

, где U1мах

– максимальное напряжение

 

 

 

 

 

cmax

 

 

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сети; 8) коэффициент пульсации: ап = 0,1

Рис. 2.3. Мостовая схема выпрямителя

1.Схема, изображенная на рис. 2.3, является мостовой.

2.Для мостовой схемы В = 1 и D = 2,15. По табл. 3.10 определяем:

Iпрср = 0,5 I0 = 0,5 0,5 = 0,25 (А);

Iпр = D I0 = 0,5 2,15 = 1,075 (А);

Uoбр = Uo max 1,41 = 26,4 1,41 = 37,2 (В),

где Uo max — максимальное значение выпрямленного напряжения, вычисляем по формуле

Uo max = Uo(1 + асmax) = 24(1 + 0,1) = 26,4 (В).

3. По справочнику выбираем выпрямительный диод, удовлетворяющий следующим требованиям:

Uoбр max > Uoбр = 37,2 (В), Iпрср max > Iпрср = 0,25 (А), 1,57 Iпрср max > Iпр = 1,07 (А).

Этим параметрам соответствует диод Д229Ж, у которого Uoбр max = 100 В; Iпрсрmax=0,7 А; 1,57 Iпрср max = 1,90 А.

4. По табл. 3.17 находим Uпр = 1 (В), тогда сопротивление вентиля в прямом направлении

rпр = Uпр / Iпрср max = 1/ 0,7 = 1,4 (Ом).

5. Определяем активное сопротивление обмоток трансформатора

10