Задания для выполнения

Принимаем Rш = 0,15Rобр; Rш = 0,15 · 200 = 30 кОм.

Уточняем полученное значение по ряду номиналов сопротивлений, выпускаемых промышленностью (прил. 4). Уточненное значение в данном случае совпадает с расчетным, окончательно Rш = 30 кОм.

Выбор и расчет схемы фильтра. При выборе схемы фильтра руководствуемся значениями сопротивления нагрузки выпрямителя, величиной выпрямленной мощности и необходимого коэффициента сглаживания.

Сопротивление нагрузки

Rн = Udн / Idн;

Rн = 1000 / 10 = 100 Ом.

Расчетный коэффициент сглаживания фильтра с учетом явления коммутации

S (1,5,..., 2,0) kп. вх ,

kп. вых

где kп. вх – коэффициент пульсаций на входе сглаживающего фильтра (см.

табл. 1.1).

Для трехфазной мостовой схемы выпрямления Ларионова kп = 0,057. Тогда коэффициент сглаживания S = (1,5, ..., 2,0) 0,0570,03 ≈ 4.

В соответствии с приведенными рекомендациями (см. табл. 1.3) для низкоомной нагрузки и большой мощности выпрямителя при S = 4 выбираем простейший однозвенный L-фильтр. Для схемы Ларионова fосн = 6fc = 6∙50 = 300 Гц (см. табл. 1.1). Тогда индуктивность дросселя

Принципиальная схема выпрямителя. После выбора и расчета всех элементов выпрямительной установки изображаем ее принципиальную схему в соответствии со стандартами на изображения электрических схем. При изображении схемы выпрямителя учитываем, что вентили для рассматриваемого

примера составные, т. е. в каждом плече мостовой схемы имеется два диода с выравнивающими сопротивлениями (рис. 1.17).

Расчет внешней характеристики. Уравнение внешней характеристики в общем виде для выбранной схемы представляем так:

Сопротивление плечей моста в открытом состоянии вентилей

Значения сопротивлений дросселя и трансформатора определяем по графикам на рис. 1.16 в зависимости от мощности выпрямителя Рdн:

Rт = 0,037Rн, Rт = 0,037·100 = 3,7 Ом; rдр = 0,034Rн, rдр = 0,034·100 = 3,4 Ом.

Индуктивное сопротивление рассеивания обмотки трансформатора

Напряжение холостого хода выразим из уравнения внешней характеристики при номинальном режиме.

Для выбранной схемы

Так как в выбранной схеме фильтр содержит только индуктивность (не имеет емкости), то корректировать напряжение Udх.х не требуется.

Полученное уравнение внешней характеристики для рассчитываемого выпрямителя с числовыми коэффициентами имеет вид:

Ud (Id) = 1094 – 10Id.

Внешнюю характеристику выпрямителя строим во всем диапазоне изменения тока Id от 0 до Idн, чтобы убедиться в ее жесткости (малом изменении напряжения с изменением тока нагрузки). Качественный вторичный источник питания должен иметь жесткую внешнюю характеристику. Внешняя характеристика (рис. 1.18) в рабочем диапазоне представляет собой прямую линию, строится по двум точкам: точке холостого хода (Ud = Udх. х, Id = 0) и точке номинальной нагрузки (Ud = Udн, Id = Idн). При использовании емкостных

элементов фильтра начальный участок внешней характеристики корректируем с учетом расчетного значения напряжения холостого хода (см. рис. 1.15).

Параметры трансформатора рассчитываем исходя из соотношений, приведенных в табл. 1.1.

1200

Udx. x

В

800

600 Ud 400 200

Id

Рис. 1.18. График внешней характеристики выпрямителя

Для выбранной схемы (Ларионова): напряжение на вторичной обмотке –

U2 = 0,43Udх. х; U2 = 0,43 · 1094 = 471 В;

коэффициент трансформации –

k U1 ; k 220 0,467 ; U2 471

ток вторичной обмотки –

I2 = 0,82 Idн; I2 = 0,82·10 = 8,2 А;

ток первичной обмотки –

I1 Ik2 ; I1 0,4768,2 17,6 А;

типовая (габаритная) мощность трансформатора –

Sтр = 1,045 Udн· Idн; Sтр = 1,045·1000·10 = 10 450 Вт.

Коэффициент полезного действия выпрямителя

Моделирование схемы выпрямителя. Особенности проведения модели-

рования:

вентили представляем в виде идеальных диодов;

в качестве источника сигнала, поступающего на вентильную группу, используем три однофазных источника переменного напряжения, равного по величине действующему значению напряжения вторичной обмотки трансформатора U2, с углом сдвига фаз в 120 градусов. Учитываем, что отрицательные фазы синусоидальных процессов программа моделирования не поддерживает, поэтому для фазы В начальную фазу напряжения определяем в 240 градусов.

устанавливаем внутреннее сопротивление амперметров 1 мОм, чтобы приборы не вносили погрешности в процесс распределения токов;

постоянные составляющие токов и напряжений измеряем приборами в режиме DC, переменные – в режиме АС.

Для выполнения моделирования можно воспользоваться рекомендациями прил. 6 или данными учебной литературы [4, 5]. Измерение переменных составляющих тока и напряжения (основная гармоника выходного сигнала) осуществляем приборами PA1 и PV1 (в режиме АС), постоянных (выпрямленные значения) – приборами PA2 и PV2 (в режиме DC).

Один из входов осциллографа подключаем к источнику, второй – после вентильной группы. Осциллограф показывает форму напряжения на обмотках трансформатора и пульсирующее напряжение после вентильной группы.

Для получения правильных результатов необходимо учесть все расчетные значения сопротивлений (дросселя, вентилей, трансформатора). В рассматриваемом примере суммарное расчетное сопротивление элементов

Назначение элементов приведенной схемы следующее. Для задания рабочего режима транзистора (положения рабочей точки Рт на входных и выходных характеристиках) служит делитель напряжения, выполненный на резисторах R1 и R2 (см. рис. 2.1). Делитель определяет значение тока базы Iб0, а

значит, напряжение Uбэ0. В коллекторную цепь транзистора включен резистор

Rк, с помощью которого формируется выходное напряжение. Для уменьшения влияния температуры на режим работы транзистора в цепь эмиттера включен резистор Rэ, который осуществляет последовательную отрицательную обратную связь по постоянной составляющей тока эмиттера (стабилизирует точку рабочего режима). При изменении температуры и тока эмиттера падение напряжения на Rэ изменяется, оставляя неизменным значение потенциала эмиттера относительно коллектора, и возвращает транзистор в расчетный рабочий режим (Рт). Конденсатор Cэ исключает влияние отрицательной обратной связи по переменной составляющей (т. е. для полезного сигнала). Разделительный конденсатор Cр1 устраняет влияние внутреннего сопротивления источника входного сигнала Uвх на режим работы транзистора по постоянному току (Рт). Конденсатор Cр2 обеспечивает выделение из коллекторного напряжения переменной составляющей Uвых, которая может подаваться на нагрузочный резистор Rн.

Работа транзистора в режиме усиления класса А подразумевает расположение рабочих диапазонов изменения входных и выходных величин на линейных участках характеристик транзистора. Тогда искажение формы сигналов сказывается в наименьшей степени.

В данной работе для определения параметров рабочего режима необходимо использовать приведенные в паспорте транзистора (см. прил. 4) входную характеристику Iб = f (Uбэ) при Uкэ = – 5 В (рис. 2.2) и семейство выходных вольт-амперных характеристик Iк = f (Uкэ) при Iб = const (рис. 2.3). При построении характеристик необходимо предусмотреть свободное место для построения временных диаграмм входного и выходного сигналов (см. рис. 2.2 и 2.3). Полярность вывода источника питания, подключенного к коллекторной цепи, зависит от проводимости транзистора: для p-n-p – отрицательный потенциал (–Ек) источника, для n-p-n (см. рис. 2.1) – положительный (+Ек).

На графике выходных характеристик строим рабочую зону, ограниченную предельными параметрами Uкэ доп, Iк доп, Pдоп, указанными в табл. 2.1. Первые две границы представляют собой прямые линии, параллельные соответствующим осям координат тока и напряжения. Кривую допустимой мощности Pдоп = const строим по нескольким точкам Pдоп = IкUкэ, задаваясь значениями тока и подсчитывая значения напряжения по значению Pдоп (рис. 2.3). Если допустимые значения оказываются вне поля заданной выходной характеристики транзистора, то они не указываются на графике.

В полученной рабочей области допустимых значений определяем диапазон изменения выходных величин каскада. Для этого из точки на оси напряжения Uкэ = Eк проводим через точку А прямую линию, отображающую нагрузочную характеристику транзисторного каскада Uкэ = Eк – Iк(Rк + Rэ). Точку А (Uкэ min, Iк max) (граница сверху) выбираем на характеристике в пределах рабочей области так, чтобы нагрузочная характеристика обеспечивала максимальный диапазон изменения сигналов (максимальную амплитуду) и ограничивалась максимальными значениями тока базы Iб max по входным характеристикам. Это позволит обеспечить большой коэффициент усиления каскада. Точка А определяет наибольшие значения тока базы и коллектора, минимальное значение напряжения Uкэ.

Точку В (Uкэ max, Iк min) на нагрузочной характеристике (граница снизу)

определяем для того значения тока базы Iб min, при котором на входных характеристиках диапазон изменения входных величин лежит в пределах линейного участка, обеспечивая минимальное искажение сигнала.

Положение рабочей точки покоя Рт (Uкэ0, Iк0, Iб0) на нагрузочной характеристике выбираем в середине участка АВ. Если точка Рт не попадает на изображенную характеристику, то кривая промежуточной выходной характеристики может быть достроена и может быть определено соответствующее ей значение тока базы Iб0.

Точки А, В и Рт переносим на входные характеристики по соответствующим значениями тока базы: А (Iб max), В (Iб min) и Рт (Iб0);

графическим путем определяем значения напряжения Uбэ max, Uбэ min, Uбэ0, соответствующие этим токам.

Амплитудные значения рассчитываем как ± Im б = ± 0,5 (Iб max – Iб min);

± Im к= ± 0,5 (Iк max – Iк min); ± Um бэ = ± Um вх= ± 0,5 (Uбэ max – Uбэ min); ± Um кэ =

= ± Um вых = ± 0,5(Uкэ max – Uкэ min). Ток эмиттера в рабочей точке Iэ0 = Iб0+Iк0.

За пределами поля выходных характеристик в одном временном масштабе изображаем временные диаграммы изменения входных и выходных сигналов: кривые iб = Iб0 + Im б sin( t); uбэ = Uбэ0 + Um бэ sin( t); iк = Iк0 + Im к sin( t); uкэ =Uкэ0 + Um кэsin( t).

Значения hэ-параметров для схемы с общим эмиттером определяем,

Для схемы включения транзистора с общим эмиттером входное сопротивление транзистора rвх транз = h11э, а коэффициент передачи тока = h21э.

Расчет параметров элементов схемы усилительного каскада.

Сопротивление резистора температурной стабилизации в цепи эмиттера:

Сопротивление резисторов делителя, выполненного на элементах R1 и R2, можно вычислить одним из двух способов:

1) задавшись значением сопротивления R1 = (2, …, 5) rвх транз, определяем ток, протекающий через делитель,

и второе сопротивление делителя