Иванов С.Р. - Диоды в источниках питания (1063958)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Московский Государственный Технический Университетимени Н.Э.БауманаC . Р . ИвановДИОДЫ В ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯМетодические указания к выполнению лабораторных работпо курсу « Электроника »Москва2006Лабораторная работа №1. «Диодыв источниках питания»Цель работы.Исследование характеристик и параметров выпрямительных схем и стабилизаторовнапряжения.Теоретическая часть.Электронные приборы и устройства требуют для своего питания стабильногонапряжения постоянного тока. В большинстве практических случаев такое напряжениеполучают из переменного напряжения сети с помощью вторичных источников питания,включающих выпрямитель сетевого напряжения, сглаживающий фильтр и стабилизаторнапряжения (рис. I).выпрямительсглаживающийфильтрстабилизаторнапряжениясетьU~=UРис.1 Структурная схема вторичного источника питанияВ состав выпрямителя обычно входят:силовой трансформатор, предназначен для получения необходимых величинпеременного напряжения из напряжения сети, а также для гальванической развязки ссетью;вентильная группа (чаще всего полупроводниковые диоды), преобразующаянапряжение переменного тока в пульсирующеенапряжение постоянного тока;емкостная нагрузка вентильной группы,представляющая собой конденсатор относительнобольшой емкости, который можно такжерассматривать как простой емкостныйсглаживающий фильтр.

Сглаживающийфильтр, подключаемый к выходу выпрямителя,уменьшает пульсации выходного напряжения.Если к выходному напряжению предъявляются высокие требования постабильности при колебаниях напряжения сети и тока нагрузки, то в источник питаниявводится стабилизатор напряженияа)бРис.2. Схемы выпрямителей: а- однополупериодного , б– двухполупериодного(мостового).На рис. 2а представлена схема однополупериодного выпрямителя сполупроводниковым выпрямительным диодом V. Как известно, вольтампернаяхарактеристика (BAX) выпрямительного диода имеет вид, представленный на рис.

3. Дляупрощения практических расчетов ее часто представляют на основе кусочно-линейнойаппроксимации двумя .участками прямых АВ и ВС , причем АВ идет по оси абсцисс, анаклон ВС определяется средним, прямым сопротивлением диодаC барR р асRдC ди фэквивалентная схема диодаРис.3.Вольт-амперная характеристика диодаа-реальная,б-идеальная .UU1 )arctgarctg(R . С целью дальнейшего упрощения иногдаgcgHIgcпр.српринимают UgH  0 и тогда точка В смещается в начало координат.

Как следует из такойаппроксимация ВАX, диод представляют элементом с односторонней проводимостью, еговнутреннее сопротивление на участке ВА стремится к бесконечности, а на участке ВСсравнительно мало.На рис. 4 приведены временные диаграммы напряжений и токов в выпрямителе,работающем на емкостную нагрузку. В интервале времени t2 – t1,соответствующем изменению фазового угла t2 – t1, диод открыт и через негопротекают токи нагрузки и заряда конденсатора С . Постоянная времени заряда зар =С(RH ||Rпот), где сопротивление потерьRпот = Rпр.ср.+Rтр (Rтр - активное сопротивление потерь трансформатора).Практически всегда Rпот  RH и зар  С(RH ||Rпот.

В остальную часть периода диодзакрыт. В течение этого времени конденсаторразряжается разр  С(RH ||Rобр+Rтр)).Поскольку у правильно выбранных диодов ихобратноесопротивлениеRобрRтр+RH,постоянная времени разряда разр  СRH и  разр<<зар -т.е. процессы заряда и разрядаконденсатора С идут с разной скоростью.Следовательно,появляетсяпостояннаясоставляющая напряжения Uc , на диоде обратноенапряжение.можетдостигатьвеличиныUобр=2U2m. Поэтому диод выбирают сUобр.макс>2U2m. Фазовый угол, в течениекоторого диод открыт, обозначаетсяt1,2=t2-где  - угол отсечки. Чем меньше  . тембольше U0 и меньше пульсации.

Поэтому  желательно уменьшать.В установившемся режиме площади под кривыми тока заряда конденсатора Iсз итока разряда Icр одинаковы. Основные расчетные параметры выпрямителя являютсяRпотA()tgфункциямикоэффициента,гдеm=1дляmRHоднополупериодного и m = 2 для двухполупериодного выпрямителей.С помощью этого параметра определяют необходимые значения:Im - максимального импульса тока через диод;I2 - действующего значения тока вторичной обмотки трансформатора;E2 - действующего значения ЭДС вторичной обмотки.С помощью коэффициента A() при расчетах определяют и коэффициентпульсаций, равный отношению напряжения первой гармоники к постояннойсоставляющей выпрямленного напряжения U0'кп Um1U0.Выходное сопротивление Rвых U0I0, где U0 и I0, находят по нагрузочнойхарактеристике источника U0=f(I0); U0 и I0 - напряжение и ток нагрузки.На рис.

26 приведена схема двухполупериодного мостового выпрямителя. Ееособенностью является то, что за период через диоды протекают два импульса тока. Водном полупериоде ток течет через диода V2 и V3 (пунктирные стрелки), в другом – черездиоды V1 и V4. Частота пульсаций выше в два раза, а величина их меньше. Обратноенапряжение на диодах ниже в две раза Uобр.макс>2U2m по сравнению соднополупериодной схемой. Еще одной особенностью этой схемы является отсутствие втрансформаторе постоянного подмагничивания, так как ток вторичной обмотки вполупериодах протекает в противоположных направлениях.Для уменьшения пульсации выходного напряжения между выпрямителем инагрузкой часто включают сглаживающий фильтр. Качество сглаживания определяетсякоэффициентом сглаживания, равным отношению коэффициента пульсации на входефильтра к коэффициенту пульсации на его выходексглкпвхкпвыхНапример, простой LC -фильтр, представляющий собой последовательно онагрузкой включенный дроссель и параллельно c нагрузкой включенный конденсатор,существенно уменьшает пульсации, поскольку для постоянной составляющей U0сопротивление дросселя близко к 0, а конденсатора - к бесконечности, для пульсирующей- наоборот, поэтому постоянная составляющая проходит через фильтр практически безизменений, а пульсирующая существенно уменьшается.Использование электронного стабилизатора позволяет значительно уменьшить к п,Rвых, а также зависимость U0 от колебаний напряжения сети и тока нагрузки.

Качествостабилизации оценивается коэффициентом стабилизации при постоянном токе нагрузкиUUвх выхкпUUвх.номвых.номгде Uвых - приращение U0 при изменении Uвх на величину Uвх ;Uвх.ном ; Uвых.ном значения напряжений.номинальныеРис.5.вольт-ампернаяхарактеристика стабилитронаПростейшимэлектроннымстабилизаторомявляетсяпараметрический стабилизатор (рис.5а), состоящий из балластногосопротивления Rб и стабилитрона. Онустанавливается в источнике питаниямежду нагрузкой и выпрямителем сосглаживающимфильтром,еслитаковой имеется.

В этой схемеиспользуетсясвойствообратносмещенного стабилитрона сохранятьнапряжениевобластипробояпрактически неизменным при значительных избиениях протекающего через него тока(рис. 56, обратная ветвь ВАХ стабилитрона в области Uст). При отклонении Uвх отноминального значения почти все приращение входного напряжения падает на Rб , авыходное напряжение практически не меняется. При изменении тока нагрузки I2 (Uвх –const) перераспределение тока между стабилитроном и нагрузкой (изменяется Icт ) почтибез изменения общего тока I1 . Следовательно, напряжение на нагрузке остаетсяпрактически постоянным.

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатораопределяется по формулеRUвых.номKб 1СТ rU д вх.номгде rg - динамическое сопротивление стабилитрона.Выходное сопротивление стабилизатора Rвых=Rб||rgrg так как rg<<Rб.Описание макетаРиc.6. Схема макета лабораторной работы №1Макет, схема которого представлена на рис. 6, включает:- выпрямитель, который в зависимости от положения переключателя BI можетработать по однополупериодной или мостовой схеме;- LC –фильтр /L1,C2/;- параметрический стабилизатор /R2,V6/;'- контрольно-измерительные приборы (I1, V2);- дискретно изменяющуюся нагрузку (R3,R4,R5,R6);- емкостную нагрузку (CI).Моделирование источников питания на компьютере в EWB 5-12pro,или в MULTISIM (EWB6.0).При cоздании любой принципиальной схемы нужно выбратьнеобходимыйквадрат меню, в нем выбирают- подменю, (щелкнув два раза по элементу ) редактируютпараметры, в соответствии с паспортными данными на данный элемент.Для исследованиядиодов в источниках питания необходимы следующие элементы:мост (тип).ВыпрямительныйТиристор или динистор (тип).Стабилитрон (тип).Полупроводниковый диод (тип).Трансформатор с возможностью редактированияКатушка (индуктивность).Резистор (сопротивление).Конденсатор (емкость).При создании схемы удобно использоватьКогда схема создана и к ней подключены приборы :(тестер)-мультиметрпозволяет снимать значение сопротивления,тока и напряжения;генераторсинусоидального напряжения(прямоугольных импульсов,пилообразногонапряжения),форму сигнала,двухканальный осциллограф, с помощью которого наблюдаютамперметр для измерения постоянного или переменного тока(АС-по переменному току ,DC- по постоянному току),Вольтметр дляизмерения постоянного или переменного тока).источники сигналовсоидального напряжения,постоянного тока,- синусоидального тока- постоянного напряжения,-корпус ,на схему подают питанииПри снятии осциллограмм :-источник сину-.-кнопки растягивают изображение по оси Х,- растягивают изображение по оси Y,-опускает/поднимаетизображение,щелкнув два раза по проводу, который подключен к осциллографу-меняют цвет луча-увеличивает экран(слева и справа на экране маркеры-для точностиизмерения),чтобы остановить изображение надо нажать -С помощью кнопкиВ-можно получить полную осциллограмму.работе ,при исследовании, схем можно значительно сократить время ,еслипронумеровать узлы схемы, далее можно проводитьанализы работы схемы.При снятии осциллограмм одновременно во всехнужных точках удобно использовать анализTransient,задав время начала и окончания анализа,а также необходимо адресовать в правое окошкоузлы ,в которых проводить анализ и нажать Simulate.Если мышкой щелкнуть по по изображению,то показания в окошке будут соответствоватьвыбранной контрольной точке.Чтобы подробно рассмотреть участокосциллограммы,удерживая нажатой левую кнопкумыши,выделяют участок изображения .При определении коэффициента пульсаций можно воспользоватьсяанализом Fourier,при этом надо выбрать номер узла, задать частотусети и число гармоник.:.К чему приведет изменениелюбого параметра любойдетали схемы- можноисследовать с помощьюанализа-Parametr Sweep,в немзадаются диапозон анализа,шаг,номер узла, выбранный анализи, при нажатии на кнопку set , время анализа.При снятии осциллограмм формы тока используют косвенный метод- дляэтого в разрыв цепи включают-источник напряжения, управляемыйтоком.

К источнику подключают вспомогательныйрезистор 1к и один из узлов заземляют. Токпотечет по пути наименьшего сопротивления ,т.е.через внутреннее сопротивление источника-1 Ом.При этом настройки осциллографа переводят вmV.Модели диодов и стабилитроновVZT — напряжение стабилизацииEG — ширина запрещенной зоны, эВ; (для германия— 0,72 эв, для кремния —1,1 эв);RS-дифференциальное сопротивлениеIIS-допустимый токN — коэффициент инжекции;BV — напряжение пробоя (положительнаявеличина, в EWB 4.1 она принята отрицательной),KF — коэффициент фликкер-шума;AF — показатель степени в формуле для фликкершума;XTI — температурный коэффициент токанасыщения;Задание1.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов книги