А. Однофазная однополупериодная выпрямительная схема

Расчет выпрямительных схем

 

Выпрямительная схема входит в состав источники вторичного электропитания (ИВЭП) – электронного устройства, предназначенного для получения постоянного по направлению тока из переменного, например из синусоидального промышленной частоты 50 Гц. Структурная схема ИВЭП классического варианта с сетевым трансформатором приведена на рис. 1.1.

 

 

 

 

Рис. 1.1. Структурная схема неуправляемого выпрямителя:

Т – трансформатор; В – выпрямительная схема;

Ф – сглаживающий фильтр; СН – стабилизатор напряжения;

Н – нагрузка

 

 

Конечной целью расчета выпрямителя обычно является определение параметров элементов, входящих в состав этого выпрямителя и выбор типов элементов со стандартными электрическими параметрами. Исходными данными для расчета, как правило, являются параметры нагрузки.

В случае полного набора функциональных узлов в схеме (см. рис.1) расчет производится от нагрузки, то есть сначала рассчитывают стабилизатор, затем фильтр и только после этого выпрямительную схему. Так как в состав выпрямителя могут не входить фильтр и стабилизатор напряжения, то анализ расчета начнем с выпрямительной схемы.

 

Рассмотрим порядок расчета трех вариантов однофазных выпрямительных схем.

 

А. Однофазная однополупериодная выпрямительная схема

 

Схема представлена на рис. 1.2.

 

 

 

Рис. 1.2. Принципиальная электрическая схема

однофазного однополупериодного выпрямителя

 

 

Основными электрическими параметрами выпрямительных диодов являются:

 

I пр.ср – прямой средний за период повторения максимально допустимый ток;

 

U обр.макс – максимально допустимое обратное напряжение;

 

Ток нагрузки Iн равен току диода для рассматриваемой схемы поэтому

 

I пр.ср = Iн, где Iн = Uн / Rн;

 

Uн – среднее напряжение на нагрузке (постоянное, выпрямленное);

 

Rн – сопротивление нагрузки.

 

Максимальное напряжение на выпрямительном диоде в обратном направлении возникает в середине отрицательного полупериода напряжения вторичной обмотки трансформатора, которое является амплитудным его значением U_2m.

 

Таким образом, U обр.макс = U_2m = 1,41 U₂.

 

Связь между Uн и U₂ в расчетах принимают следующей: Uн = 0,45 U₂.

 

 

Пример выполнения расчета:

 

Дано: Rн = 500 Ом; Uн = 150 В.

 

Рассчитать параметры диода и выбрать его тип по справочнику.

 

Рассчитаем ток нагрузки

 

Iн = Uн / Rн = 150 / 500 = 0,3 А,

 

I пр.ср = Iн = 0,3 А.

 

Обратное напряжение на диоде

 

U обр.макс = U_2m = 1,41 U₂ = 1,41 (U_н / 0,45) = 1,41 (150 / 0,45) = 471 В.

 

По справочнику выбираем диод типа КД205Е с параметрами U обр.макс = 500 В,

 

I пр.ср = 0,3 А.

 

 

Б. Однофазная двухполупериодная выпрямительная схема со средним выводом

Вторичной обмотки трансформатора

 

Схема представлена на рис. 1.3.

 

 

Рис. 1.3. Принципиальная электрическая схема однофазного двухполупериодного

выпрямителя со средним выводом вторичной обмотки трансформатора

 

Ток нагрузки Iн равен половине тока диода для рассматриваемой схемы, поэтому

 

I пр.ср. = Iн / 2, где Iн = Uн / Rн;

 

U обр.макс = 2U_2m = 2(1,41 U₂).

 

Связь между Uн и U₂ в расчетах принимают следующей:

 

Uн = 0,9 U₂.

 

В. Однофазный мостовой выпрямитель (рис. 1.4)

 

 

Рис. 1.4. Принципиальная электрическая схема однофазного мостового

выпрямителя

 

Ток нагрузки Iн для мостовой схемы также равен половине тока диода, поэтому

 

I пр.ср = Iн / 2, где Iн = Uн / Rн; U обр.макс = U_2m = 1,41 U₂; Uн = 0,9 U₂.

 

 

Б. Расчет Г-образного RC-фильтра

Схема фильтра представлена на рис. 1.5.

 

Требования к параметрам элементов фильтра те же, что и в рассмотренном выше примере:

 

Х_с << R_н; Х_с << R_ф, причем рекомендуется выбирать R_ф = (0,2 …1,0) R_н.

 

При этом коэффициент сглаживания определяют по формуле

 

q = (R_ф / R_н) (R_ф + R_н) mω_с C_ф; ω_с = 2πf_c,

 

 

откуда выражают C_ф и при известных значениях прочих параметров рассчитывают ее

(в фарадах).

 

Расчет П-образного RC-фильтра сводится к расчету емкостного фильтра и Г-образного RC-фильтра по приведенной выше методике.

 

Приложения

Приложение 1

 

Пример оформления титульного листа расчетно-графической работы

 

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Костромской государственный технологический университет

Кафедра электротехники и электромеханики

 

 

Контрольная работа № 1

 

по

 

Электронике и схемотехнике

Расчет источника вторичного электропитания

Вариант № 23

Выполнил:

Проверил:

Кострома

КГТУ

 

 

Приложение 2

 

 

Пример оформления задания на выполнение

Контрольной работы

Задание на выполнение

Контрольной работы № 3

1. Произвести расчёт импульсного устройства в соответствии с номером варианта

по типовой методике.

2. Выбрать по справочнику элементы схемы со стандартными номинальными

параметрами и занести в сводную таблицу.

3. Оформить отчет по расчетно-графической работе в соответствии с

существующими требованиями.

 

№ вар.	Тип устройства	Uвых.и., В	tи., мкс	T, мкс	Rн., кОм	tокр., +^0C	tф £, мкс	tс £, мкс
					2,5		1,3	2,5

Приложение 3

Таблица П3.1

Перечень элементов схемы устройства

Обозна-чение	Наименование	Количе-ство	Примечание
Диоды выпрямительные
VD1	КД105В
VD2	КД105В
Конденсаторы
С1	К50 -15 -160В -100 мкФ±10%
Стабилитроны
VD3	Д817В
VD4	Д817A
Резисторы
R1	МЛТ-0.125-1.2 кОм ±5%
R2	МЛТ-0.25-270 Ом ±10%

 

Приложение 4

 

Резисторы общего назначения

 

Металлодиэлектрические, типа МЛТ, ОМЛТ, МТ, С2-6, С2-11, С2-23, С2-33 и др.

Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного токов в качестве элементов навесного монтажа. Резисторы имеют цилиндрическую форму с аксиально расположенными выводами, впаянными в контактные колпачки.

Диапазон номинальных сопротивлений указан в таблице П4.1.

 

Таблица П4.1

Номинальная мощность, Вт	Диапазон номинальных сопротивлений, Ом
0,125	8,2…3*10^6
0,25	8,2…5,1*10^6
0,5	1,0…5,1*10^6
1,0	1,0…10*10^6
2,0	1,0…10*10^6

 

 

Промежуточные значения номинальных сопротивлений соответствует параметрическим рядам Е24, Е96.

Значения коэффициентов для ряда Е24 приведены в таблице П4.2.

 

Таблица П4.2

Индекс ряда	Числовые коэффициенты
Е24	1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8; 1,1; 1,6; 2,4; 3,6; 5,1; 7,5; 1,2; 1,8; 2,7; 3,9; 5,6; 8,2; 1,3; 2,0; 3,0; 4,3; 6,2; 9,1

 

 

Допуск для ряда Е24: ±5%; ±10%.

 

 

Для выбора стандартного значения номинального сопротивления резистора в соответствии с параметрическим рядом (например, Е24) необходимо расчетное значение сопротивления разделить или умножить на 10 столько раз, чтобы полученный результат попал в диапазон значений от 1 до 10. Затем необходимо выбрать ближайший числовой коэффициент из таблицы и произвести обратные операции умножения или деления.

 

Пример условного обозначения: ОМЛТ-0.25-270 Ом ±10%

 

 

Приложение 5

 

Конденсаторы

 

Приложение 6

Диоды выпрямительные

Таблица П6.1

Тип	Iпр.ср, А	Uобр.макс, В	Uпр, В	Fмакс, кГц
Д104	0,03		2,0
Д105	0,03		2,0
КД102А	0,1		1,0
КД102Б	0,1		1,0
Д226А	0,3		1,0
Д237Б	0,3		1,0
КД105В	0,3		1,0
КД105Г	0,3		1,0
Д229А	0,4		1,0
Д229Б	0,4		1,0
КД205А	0,5		1,0
КД205Б	0,5		1,0
КД205В	0,5		1,0
КД205Г	0,5		1,0
Д229К	0,7		1,0
Д229Л	0,7		1,0
КД208А	1,5		1,0
КД202А	5,0		0,9
КД202В	5,0		0,9
КД202Д	5,0		0,9
КД202Ж	5,0		0,9
КД202К	5,0		0,9
КД202М	5,0		0,9
КД202Р	5,0		0,9
КД210А	5,0		1,0
КД210Г	5,0		1,0
КД203А			1,0
КД102А	0,1		1,0
КД102Б	0,1		1,0
КД103А	0,1		1,0
КД103Б	0,1		1,5
КД226А	1,7		1,4
КД226Б	1,7		1.4
КД226В	1,7		1,4
КД226Г	1,7		1,3
КД226Д	1,7		1,3
Д231				1,1
Д232				1,1
Д247			1,25	1,1

 

 

Приложение 7

Стабилитроны

 

Таблица П7.1

Тип	Uст, В	Iст.мин, мА	Iст.макс, мА	Rд, Ом	αUст, %/^оС
Стабилитроны общего назначения
КС433А	3,3				0,1
КС139А	3,9	3,0			0,1
КС439А	3,9				0,1
КС147А	4,7	3,0			0,05
КС156А	5,6	3,0			0,05
КС468А	6,8				0,065
КС168А	6,8	3,0			0,06
КС175Ж	7,5	0,5			0,07
Д814А	8,0	3,0		6,0	0,07
КС182Ж	8,2	0,5			0,08
Д814Б	9,0	3,0			0,08
КС191Ж	9,1	0,5			0,09
Д814В		3,0			0,09
Д814Г		3,0			0,095
КС512А		1,0			0,1
КС213Ж		0,5			0,095
КС515А		1,0			0,1
КС518А		1,0			0,1
КС522А		1,0			0,1
КС527А		1,0			0,1
КС533А		3,0			0,1
КС551А		1,0			0,12
КС591А		1,0	8,8		0,12
КС620А		5,0			0,2
КС630А		5,0			0,2
КС650А		2,5			0,2
КС680А		2,5			0,2
Стабилитроны прецизионные
КС405А	6,2	0,5			0,002
КС108А	6,4				0,002
КС108Б	6,4				0,001
КС166А	6,6				0,002
КС190Б					0,002
КС211Б					0,002
КС520В					0,001
КС539Г					0,005
КС568В					0,001
КС582Г					0,001
КС596В					0,001

 

 

Приложение 8

Транзисторы

Таблица П8.1

Транзисторы низкочастотные малой мощности

Тип	Iк.mах, мА	Iки.mах, мА	Рк.mах, мВт	Uкэ.mах,В	frp, МГц	h21э
n — р — n
ГТ122Б						15...45
ГТ122В,Г						30...60
КТ 503 А						40...120
КТ 503 В						40…120
КТ 503 Е						40...120
КТ 503 Б						80...240
КТ 503 Г						80...240
КТ 503 Д						40...120
КТ 201 А						20...60
КТ201Б						30...90
p—n—р
ГТ125А						28…56
ГТ125Г						120...200
КТ501А						20...60
КТ 203 Б						30...150
КТ 207 Б						30...150
КТ 209 А						20...60
КТ 501 В						80...240
КТ 502 А						40...120
КТ 502 В						40...120
КТ 502 Б						40...120
КТ 502 Г						80...240
КТ203А
КТ208А						20...60
КТ208Б						40...120

 

Таблица П8.2

 

Транзисторы высокочастотные малой мощности

Тип	Iк.mах, мА	Iки.mах, мА	Рк.mах, мВт	Uкэ.max, В	frp, МГц	h21э
n — р — n
КТЗ01 Г						10.32
КТ З01Д						20... 60
КТ312А						25...100
КТ312Б						25...100
КТ358А						10... 100
КТ340А						100...150
КТ 3102 Б						200... 500
КТ 315А						20...90
КТ 315 Б						50...350
КТ 341 Б						50...500
КТ 373 А						100..250
КТ 373 Б						200...600
КТ3117						40.200
КТ617А
КТ 358 Ь						25... 100
КТ 602 А						20...80
КТ 603 В						10...80
КТ 340 А						100...150
2Т306А						20... 60
р—n—р
ГТ321 Б						40... 120
ГТ321А						20...60
ГТ320А						20...80
ГТ320В						80...250
КТ3107В						70... 140
КТ3107А						70... 140
КТ3107Д						180.460
КТ3107И	too					180...460
КТ351А						20...80
КТ351Б						50...200
КТ352А						25...120
КТ352Б						70...300
КТ345А						20..60
ГТ335А						40... 70

 

Расчет выпрямительных схем

 

Выпрямительная схема входит в состав источники вторичного электропитания (ИВЭП) – электронного устройства, предназначенного для получения постоянного по направлению тока из переменного, например из синусоидального промышленной частоты 50 Гц. Структурная схема ИВЭП классического варианта с сетевым трансформатором приведена на рис. 1.1.

 

 

 

 

Рис. 1.1. Структурная схема неуправляемого выпрямителя:

Т – трансформатор; В – выпрямительная схема;

Ф – сглаживающий фильтр; СН – стабилизатор напряжения;

Н – нагрузка

 

 

Конечной целью расчета выпрямителя обычно является определение параметров элементов, входящих в состав этого выпрямителя и выбор типов элементов со стандартными электрическими параметрами. Исходными данными для расчета, как правило, являются параметры нагрузки.

В случае полного набора функциональных узлов в схеме (см. рис.1) расчет производится от нагрузки, то есть сначала рассчитывают стабилизатор, затем фильтр и только после этого выпрямительную схему. Так как в состав выпрямителя могут не входить фильтр и стабилизатор напряжения, то анализ расчета начнем с выпрямительной схемы.

 

Рассмотрим порядок расчета трех вариантов однофазных выпрямительных схем.

 

А. Однофазная однополупериодная выпрямительная схема

 

Схема представлена на рис. 1.2.

 

 

 

Рис. 1.2. Принципиальная электрическая схема

однофазного однополупериодного выпрямителя

 

 

Основными электрическими параметрами выпрямительных диодов являются:

 

I пр.ср – прямой средний за период повторения максимально допустимый ток;

 

U обр.макс – максимально допустимое обратное напряжение;

 

Ток нагрузки Iн равен току диода для рассматриваемой схемы поэтому

 

I пр.ср = Iн, где Iн = Uн / Rн;

 

Uн – среднее напряжение на нагрузке (постоянное, выпрямленное);

 

Rн – сопротивление нагрузки.

 

Максимальное напряжение на выпрямительном диоде в обратном направлении возникает в середине отрицательного полупериода напряжения вторичной обмотки трансформатора, которое является амплитудным его значением U_2m.

 

Таким образом, U обр.макс = U_2m = 1,41 U₂.

 

Связь между Uн и U₂ в расчетах принимают следующей: Uн = 0,45 U₂.

 

 

Пример выполнения расчета:

 

Дано: Rн = 500 Ом; Uн = 150 В.

 

Рассчитать параметры диода и выбрать его тип по справочнику.

 

Рассчитаем ток нагрузки

 

Iн = Uн / Rн = 150 / 500 = 0,3 А,

 

I пр.ср = Iн = 0,3 А.

 

Обратное напряжение на диоде

 

U обр.макс = U_2m = 1,41 U₂ = 1,41 (U_н / 0,45) = 1,41 (150 / 0,45) = 471 В.

 

По справочнику выбираем диод типа КД205Е с параметрами U обр.макс = 500 В,

 

I пр.ср = 0,3 А.