3.4. Методичні вказівки до рішення завдань

3.4. 1. Методичні вказівки до рішення завдання 5 контрольної роботи №1

У процесі вирішення задачі потрібно виконати необхідні розрахунки, вибрати стандартні значення резисторів, накреслити схему.

Необхідні для розрахунку параметри ОП зведені в таблиці 3.11.

Таблиця 3.11

Тип ОП	К544УД2А	К284УД1	К140УД8А	К153УД1	К140УД7	К140УД2А	К544УД1А	К140УД8Б	К140УД12	К140УД6
Uвих.max, V	10	6	10	13	10,5	10	10	10	10	12
Iспож, mA	7	2,5	3	4,5	2,7	15	3,5	5	0,2	2,8
Rвих, Ω	200	200	80	150	75	100	200	80	400	60
КU*103	60	50	50	60	50	50	50	50	70	70

Схему інвертуючого підсилювача зображено на рис.3.1.

R2

i_oc

R1 DA

i_вх i_Σ

U_диф

U_вх U_вих

R3

Рис. 3.1.

Оскільки опір резистора ланцюга зворотного зв’язку R2 і дрейф нуля підсилювача знаходяться в прямо пропорційній залежності, то при розрахунку підсилювача необхідно прагнути до вибору мінімальної величини R2, яка обмежена знизу максимально допустимим вихідним струмом ОП - І_вих.max. Величина ця в довідниках звичайно не приводиться. Її потрібно брати із співвідношення:

,

де I_спож – струм споживання ОП.

Для більшості випадків можна прийняти:

Максимальний опір резистора обмежений допустимим значенням напруги зміщення нуля. Для більшості сучасних ОП ця величина знаходиться в діапазоні:

R2_max ≈ 100кОм – 1МОм.

Опір в ланцюзі інвертуючого входу R1 знаходиться з вираження для коефіцієнта посилення ОП, охопленого зворотнім зв’язком:

звідки

Опір резистора R3, що з’єднує неінвертуючий вхід з масою, R3 = R1║R2. Якщо R2 >> R1, то R3 ≈ R1.

Вхідний опір ОП, охопленого зворотнім зв’язком:

R_вх.зз ≈ R1.

Максимальний рівень вхідного сигналу:

Вихідний опір ОП, охопленого зворотнім зв’язком:

Рис. 3.2.

3.4.2. Методичні вказівки до рішення завдання 5 контрольної роботи №2

Схема мостового випрямляча з ємнісним фільтром наведена на рис. 3.3.

Рис. 3.3

Такий випрямляч забезпечує двопівперіодне випрямлення і, порівняно зі схемою з нульовим виводом має менші габарити, масу і відповідно вартість трансформатора.

Приклад розрахунку

Вихідні дані:

1. середнє значення випрямленої напруги за номінального опору навантаження U_d = 48 В;

2. струм навантаження І_d = 0,3 А;

3. коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги К_п = 2,5 %;

4. напруга мережі живлення U_м = 127 В;

5. частота мережі живлення f_м = 400 Гц.

Необхідно визначити:

1. тип і параметри вентилів;

2. режими роботи схеми (значення струмів в елементах та напруг на них);

3. к.к.д. випрямляча;

4. ємність та тип конденсатора фільтра.

Порядок розрахунку

1. Визначимо орієнтовні значення параметрів вентилів та габаритну потужність трансформатора.

Для цього необхідно задати значення допоміжних коефіцієнтів В, D і F [1]. Для мостової схеми їх вибирають у інтервалах: В = 0,95...1,1; D = 2,1...2,2; F = 6,8...7,2.

Нехай

В = 1,06; D = 2,15; F = 7,0. (3.1)

Тоді амплітуда зворотної напруги на вентилі становитиме:

В.

(3.2)

Середнє та амплітудне значення струму через вентиль відповідно:

; . Отже А; А.

(3.3) (3.4)

2. Габаритну потужність трансформатора визначимо як:

; ВА.

(3.5)

За визначеним значенням габаритної потужності з табл. 3.12 знаходимо максимальне значення індукції В_m для сталі марки Э 360, забезпечуючи виконання умови S_T > 23,2 ВА:

В_m = 1,47 Тл для S_T = 40 ВА.

Таблиця 3.12 – Рекомендовані значення максимальної індукції та к.к.д. трансформатора для сталей марок Э340, Э350, Э360

Габаритна потужність ST, ВА	Індукція Вm, Тл			к.к.д. ηТ
	fм = 50 Гц	fм = 400 Гц		fм = 50 Гц	fм = 400 Гц
10	1,2	1,15		0,85	0,78
20	1,4	1,33		0,89	0,83
40	1,55	1,47		0,92	0,86
70	1,6	1,51		0,94	0,88
100	1,6	1,5		0,95	0,9
200	1,43	1,4		0,96	0,92
400	1,43	1,3		0,97	0,94

1) перш за все Uвм max > Uвм;	(3.6)
2) далі Iа max > Ia;	(3.7)
3) і нарешті Iаm = πIа > Iam max.	(3.8)

3. Вибираємо тип вентилів за табл. 3.13. При цьому необхідно забезпечити виконання умов:

Таблиця 3.13 – Основні параметри деяких випрямних діодів

Тип діода	Граничні електричні параметри при температурі оточуючого середовища 25 ± 5 оС
	Допустима зворотна напруга Uвм тах, В	Середнє значення випрямленого струму Іа, А	Пряме падіння напруги Uпр (при Іа тах), В
КД105Б	400	0,3	1
КД105В	600
КД105Г	800
КД205А	500	0,5
КД205Б	400
КД205В	300
КД205Г	200
КД205Д	100
КД205К		0,7
КД205Л	200
КД208	100	1,0
КД209А	400	0,7
КД209Б	600
КД202А	50	3,5
КД202Б		1,0
КД202В	100	3,5
КД202Г		1,0
КД202Д	200	3,5
КД202Е		1,0

У якості вентилів вибираємо кремнієві діоди типу КД205Д, що мають такі параметри:

U_{вм max} = 100 В > 72 В;

I_{а max} = 0,5 А > 0,15 А;

I_{аm max} =  I_аm =  ^. 0,5 = 1,57 А > 1,05 А;

U_пр = 1 В.

4. Знаходимо опір діода у провідному стані:

;	(3.9)
Ом.

5. Знайдемо активний опір обмоток трансформатора:

(3.10)

де k_r – коефіцієнт, що залежить від схеми випрямлення (для мостової схеми k_r = 3,5);

В_m – амплітуда магнітної індукції у магнітопроводі трансформатора, Тл;

S – число стержнів трансформатора, на яких розміщено обмотки: для броньового трансформатора із Ш–подібними пластинами магнітопроводу S = 1.

Ом.

6. Знаходимо індуктивність розсіювання обмоток трансформатора:

,

(3.11)

де k_L – коефіцієнт, що залежить від схеми випрямлення (для мостової схеми k_L = 5·10^-3).

Гн.

7. Визначаємо кут φ, що характеризує співвідношення між індуктивним і активним опорами випрямляча:

φ

(3.12)

де r – активний опір випрямляча.

У загальному випадку

r = rТ + nqrпр,

(3.13)

де n_q – кількість послідовно увімкнених і одночасно працюючих вентилів (для мостової схеми n_q = 2).

r = 2,41 + 2·2 = 6,61 Ом;

φ 12 о.

8. Знаходимо значення основного розрахункового коефіцієнта:

(3.14)

де m – число фаз випрямляча (для мостової схеми m = 2).

9. За знайденими значеннями А₀ і кута φ за графіками, наведеними на рис. 3.4 – 3.7, знаходимо значення допоміжних коефіцієнтів

В = 0,825; D = 2,57; F = 7,25; H = 5,5 ^. 10³.

Знаючи значення коефіцієнтів В, D, F і H, можна знайти уточнені параметри трансформатора і вентиля, за якими перевіримо правильність їхнього вибору.

10. Діюче значення напруги вторинної обмотки трансформатора становить:

U2 = BUd; U2 = 0,825 ·48 = 39,6 В.

(3.15)

11. Діюче значення струму вторинної обмотки трансформатора: I2 = 0,707DId; (3.16) I2 = 0,707·2,57·0,3 = 0,55 А. 12. Повна потужність вторинної обмотки трансформатора: S2 = 0,707BDIdUd; (3.17) S2 = 0,707·0,825·2,57·0,3·48 = 21,6 ВА. 13. Діюче значення струму первинної обмотки трансформатора: I1 = I2n, (3.18) де n = U2 / U1 - коефіцієнт трансформації трансформатора (U1 = Uм). ; I1 = 0,55·0,31 = 0,17 А. 14. Повна потужність первинної обмотки трансформатора: S1 = 0,707BDIdUd = U1I1, (3.19) S1 = 127 . 0,17 = 21,6 ВА. 15. Уточнимо повну (габаритну) потужність трансформатора: ; (3.20) Вт < 40 Вт.

Рис. 3.5. Залежності коефіцієнта D від основного розрахункового коефіцієнта А₀

для різних значень кута φ

Рис. 3.4. Залежності коефіцієнта В від основного розрахункового коефіцієнта А₀ для різних значень кута φ

Рис. 3.6. Залежності коефіцієнта F від основного розрахункового коефіцієнта А₀

для різних значень кута φ

Рис. 3.7. Залежності коефіцієнта Н від основного розрахункового коефіцієнта А₀ для різних значень кута φ

16. Уточнимо значення параметрів діода:

Uвм = 1,41ВUd;		(3.21)
Uвм =1,41·0,825·48 = 55,8 В < 100 В;
Ia = Id / 2;		(3.22)
Ia = 0,3 / 2 = 0,15 A < 0,5 А;
Iam = 0,5FId;	(3.23)
Iam = 0,5·7,25·0,3 = 1,09 А < 1,57 А.

Отже, тип діода вибрано правильно.

17. Знаходимо ємність конденсатора фільтра:

С > ;

(3.24)

мкФ.

Вибираємо конденсатор типу К50–7 ємністю 100 мкФ на напругу U =160 В > = 1,41^. 39,6 = 55,8 В.

18. Знаходимо значення напруги холостого ходу випрямляча:

;

(3.25)

U_{d X.X.} = 1,41 ^. 39,6 = 55,8 B .

19. Струм короткого замикання становить:

;

(3.26)

А.

20. внутрішній опір випрямляча складає:

;	(3.27)
Ом.

21. Знайдемо к.к.д. випрямляча:

(3.28)

де Р_Т – втрати потужності у трансформаторі з к.к.д. η_Т = 0,86 ;

Р_В – втрати потужності у одночасно працюючих діодах: n_q = 2 - див. формулу (3.13).

Втрати потужності у трансформаторі:

РТ =SТ(1- ηТ);	(3.29)
РТ =21,6(1- 0,86)=3,02 ВА.

Втрати потужності у діодах:

РВ =IaUпрnq;	(3.30)
РВ=0,15·1·2=0,3 ВА.

Тоді

.

22. Електричну принципову схему розрахованого випрямляча наведено на рис 3.8.

Рис. 3.8. Однофазний мостовий випрямляч з ємнісним фільтром.

Схема електрична принципова