Мороз_Электротехника

24

(диодов, транзисторов, резисторов...). Полученный в результате объединения сложный элемент называют ИМС.

ИМC(интегральные микросхемы)- это электронное изделие с высокой плотностью упаковки электрически соединенных элементов, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала (ГОСТ 17021 - 75).

Плотность упаковки (показатель миниатюризации)- количество элементов в (до 105 эл/см3).единице объема.

Степень интеграции - это количество элементов, входящих в ИМС, до 10 элементов - 1-ая степень; от -II до 1002ая; до I03 - Зя. Современная ИМС - до 6 степени.

Основные достоинства ИМС: высокая надежность, малые размеры и масса, экономичность, быстродействие.

Недостаток: небольшая выходная мощность. По технологии ИМС делят на:

1)Гибридно-пленочные, выполняемые в виде пленок, наносимых на поверхность из диэлектрика (керамика, стекло, пластмасса) и навесных бескорпусных активных элементов (транзисторов, дросселей, конденсаторов), прикрепленных к основанию. С помощью масок и трафаретов на подложке формируются пассивные элементы. Плотность упаковки - 150 эл/см3, степень интеграции - 1,2-ая. Обеспечивается высокая точность параметров.

2) Полупроводниковые, в которых все элементы формируются в объеме или на поверхности пластинки полупроводника. Изготовление осуществляется в несколько этапов с помощью фотолитографии, диффузии, ионного легирования. Плотность упаковки - 105 эл/см3; степень интеграции -6ая.

По назначению ИМС делят на:

I. Линейно-импульсные, в которых обеспечивается приблизительная пропорциональность между входными и выходными величинами (пример, усилитель).

2. Логические ИМС, в которых выходное напряжение зависит от наличия или отсутствия напряжения на различных входах устройства. Обозначения ИМС состоит из.4-х элементов, 1ый элемент - обозначает конструкторско-

24

25

технологическое исполнение: 1,5,7 - полупроводниковые; 2,4,6,8 - гибридные; 3 - прочие. 2-ой элемент (две или три цифры)- порядковый номер разработки; Третий элемент - две буквы - функциональное назначение; 4-ый - порядковый номер разработки ИМС по функциональному признаку.

Пример, К140УД14А К - ИМС для широкого применения,

I - полупроводниковая

40порядковый номер серии; УДоперационный усилитель;

14порядковый номер операционного усилителя;

А- коэффициент усиления определенного значения.

2.7.ВЫПРЯМИТЕЛИ

Выпрямителем называют устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Подразделяются на:

1)неуправляемые, у которых выпрямленное напряжение неизменно по величине

т.е. нерегулируемо;

2)управляемые - напряжение можно плавно регулировать в широком диапазоне (например, для питания устройств в электроприводе).

Структурная схема неуправляемого выпрямительного устройства

Рис. 2.29. Структурная схема выпрямителя

Трансформатор согласует Ucemu и вентильной группы, может отсутствовать.

Вентильная группа состоит из п/п диодов.

Управляемый выпрямитель не содержит стабилизатора, т.к. постоянство Uн обеспечивается за счет устройства управления и регулирования, с помощью которого вентиль находится в открытом состоянии. В качестве вентилей используются тиристоры.

При расчете выпрямителей считают вентили и трансформаторы идеальными: Rпр=0 Rобр=∞ (для вентилей), Rобм=0, Xр=0.

Ix=0, Px=0 (для трансформаторов). При расчете выпрямительных устройств исходными данными являются средние значения Uн.ср и Iн.ср., действующие напряжения сети U1 и U2.

25

26

2.7.1. Однополупериодный выпрямитель

а) б)

Рис. 2.30. Схема и характеристики однополупериодного выпрямителя

При положительном потенциале на аноде VD открыт, протекает ток iб, при обратной полярности напряжения U2 диод VD закрыт, ток iб =0.

Ток и напряжение нагрузки iн , Uн – пульсирующие (выпрямленные) Среднее значение выпрямленного напряжения:

26

выбирают вентили, чтобы каталожные Iпр, Uобр.max были больше или равны расчетным.

Расчетная мощность трансформатора ST=(S1+S2)/2≈

S2=U2I2=2,22Uн.ср*1,57Iн.ср≈ 3,5Pн(2.25)

Коэффициент пульсацийотношение амплитуды 1-ой гармоники выпрямленного напряжения к среднему значению выпрямленного напряжения(постоянная составляющая)

P=Uн(1)/Uн.ср.=π/2=1.57 ( т.к. Uн= Uн.ср(1+ (π/2)cosωt +(2/3)cos2ωt- (2/15)cos4ωt) (2.26)

Недостатки:

1) Низкий коэффициент использования трансформатора KT=ST/Pн =3,5 (2.27)

из-за намагничивания сердечника постоянной составляющей тока; 2)Низкие коэффициенты использования вентилей KI=Iв.max/Iн.ср=π; (2.28)

KU=Uобр.max/Uн.ср=π;

(2.29)

3)Большой коэффициент пульсаций P.

Применяют для питания цепей малой мощности и в в/в установках (электроннолучевых трубках).

27

28

Рис. 2.31. Схема и характеристика мостового выпрямителя

При положительном U2 к анодам VD1, VD3 приложен положительный потенциал - они открыты, значит, протекает ток iб1=iб3 в цепи Т, VD1, Rн, VD3, T . При изменении полярности — VD1,VD2 закрываются, а открываются VD2,VD4 . К закрытым диодам приложено обратное напряжение Uобр.max =

U2max .

2)меньше расчетная мощность трансформатора Кт=1,23;

3)меньше пульсации p=0,67.

Используется для установок малой и средней мощности.

2.7.3. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой трансформатора

а) б)

Рис. 2.32. Схема и характеристика выпрямителя со средней точкой

28

29

Напряжения вторичных обмоток U21 , U22 сдвинуты по фазе относительно средней точки на 180°. В интервале 0... П полярность U21 , U22 показана без скобок: на аноде VD1 положительный потенциал, он открыт, а катод VD2отрицательный . При изменении полярности VD1 – закрывается, VD2 – открывается. В нагрузке ток iн имеет одинаковое направление. К закрытому диоду приложено Uобр.max=2U2m

Недостаток: плохо используется 2ая обмотка трансформатора (работает лишь одна половина).

Применяется для устройств малой мощности.

2.7.4. ТРЕХФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ Преимущества перед однофазными:

I) меньше пульсация выпрямленного напряжения; 2)лучше используется мощность трансформатора. 3) более высокое Uн.ср.

Используют для установок большой мощности

Трехфазный выпрямитель с нейтральным выводом

а)

б)

Рис. 2.33. Трехфазный выпрямитель

29

30

Первичная обмотка T может быть соединена звездой или треугольником, а вторичная - только Y(звездой)

Проводящим будет вентиль, у которого наиболее положительный потенциал на аноде: интервал 1-2 - открыт VD1; интервал 2-3 - открыт VD2 ; интервал 3-4

– VD3 и т.д.

U2=0,855Uн.ср, где U2- действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки T.

В закрытом состоянии потенциал анода вентиля определяется напряжением своей фазы, а потенциал катода напряжением работающей фазы. Поэтому в непроводящий период между А и К приложено линейное напряжение:

Iн.ср=0,827I2max; Iб.max=I2max=1,21Iн.ср.; I2=0,58Iн.ср.

S1=3U1I1=1,21Pн; S2=3U2I2=1,48Pн; ST=0,5(S1+S2)=1,35Pн

Коэффициент пульсаций p=0,25

Недостаток: завышенное сечение трансформатора для уменьшения тока намагничивания. (В работе всегда одна фаза и созданный поток замыкается по кожуху, вызывая нагрев).

2.7.5. Трехфазный мостовой выпрямитель (Ларионова)

30

31

а) б)

Рис. 2.34. Выпрямитель Ларионова

Катодная группа вентилей – VD1, VD3, VD5 Анодная группа вентилей VD2,

VD4,VD6.

В работе, в открытом состоянии находятся два диода (один из анодной, другой из катодной групп). Из группы VD1, VD3, VD5 открыт тот, у которого наиболее высокий потенциал на аноде, а из группы VD2, VD4,VD6 у которого наиболее низкий потенциал на катоде:

Интервал 1-2 - открыты VD1 и VD4. Интервал 2-3 - открыты VD1 и VD6 и т. д.

За период напряжения питания происходит 6 переключений вентилей (6 тактов). Напряжение нагрузки определяется разностью потенциалов точек к и m, т.е. линейным напряжением вторичной обмотки трансформатора:

31

32

Схема нашла самое широкое применение для установок большой мощности т.к. K1=1,045; Ku =1,045; KT = 1,045(хорошо используются вентили и трансформатор)

2.7.6 СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ Предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения.

Для одного полупериодного выпрямителя –p=Uн(1)/Uн.ср.=1,57, т.к.

Для 2х полупериодных выпрямителей р= 0,67, где Uн – Uн.ср.(1+2/3·cos2ωt 2/15·cos4ωt+…) m=2

Для трехфазного с нулевым выводом р = 0,25; Uн=Uн.ср. (1+cos3ωt-…) m=3 Для трехфазного мостового Р =0,057; m=6

Для многих электронных устройств работа недопустима с такими коэффициентом пульсаций (p). Для электронных основных усилительных каскадов р нужен10-4 – 10-5, для входных усилительных каскадов 10-6-10-7.

Основными элементами сглаживающих фильтров являются конденсаторы, индуктивные катушки, транзисторы, у которых сопротивления различны для постоянного и переменного токов. Эффективность сглаживающего фильтра характеризует коэффициент сглаживания S=Pвх/Pвых, где Pвх - коэффициент пульсации на входе фильтра.

Рвых - коэффициент на выходе фильтра.

По количеству элементов различают однозвенные и многозвенные фильтры. Емкостный фильтр

X L 2 fCФ

32

Rн

тока, а постоянный ток пропускает беспрепятственно. Индуктивный фильтр:

Недостаток: большие габариты и масса катушки. Применяется в трехфазных выпрямителях большой и средней мощности при

больших токах катушки. На малые мощности нецелесообразно. Рис. 2.37. Индуктивный фильтр

Г-образный LC-фильтр- это простейший многозвенный фильтр.

Необходимо: m Lф RH ;

составляющая напряжения на RФ больше, Рис. 2.39. Г-образный RC – фильтр

чем на RH . Коэффициент сглаживания SГ КС 0,5 0,9 n RФCФ (2.49).

Внешние характеристики выпрямителей:

33