Расчет выпрямителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача 1

Рассчитать выпрямитель от сети 220 В, 50 Гц. Выбрать схему выпрямителя, выбрать вентили, определить вторичные ток I2, напряжение U2, мощность Р2 выпрямительного трансформатора.

Исходные данные для задачи (вариант 1)

Принятые в таблице обозначения:

Iнd - среднее значение выпрямляемого тока,

Uнd - среднее значение выпрямляемого напряжения,

kn1 - коэффициент пульсации по первой гармонике в нагрузке.

Температурный диапазон -40 - +40 оС.

В задаче нет никаких требований по цене, массе, габаритам выпрямителя. То есть мы можем выбирать схемы и компоненты не обращая внимания на эти параметры. Поэтому конкретное наименование вентиля не приведено - подойдет любой вентиль, удовлетворяющий условиям по току и обратному напряжению.

Выбираем схему выпрямителя: мостовой однофазный выпрямитель с LC фильтром

Размещено на http://www.allbest.ru/

При расчете будем использовать следующие допущения:

- пренебрегаем падением напряжения на вентилях (так как эти напряжения пренебрежимо малы по сравнению с заданным напряжением Uнd ),

- пренебрегаем омическим сопротивлением обмоток дросселя и трансформатора (так как заданный ток Iнd невелик).

(Расчет по Л.А.Краус, Г.В.Гейман и др. "Проектирование стабилизированных источников питания радиоэлектронной аппаратуры" М. Энергия, 1980)

1. Определим напряжение на вторичной обмотке трансформатора, U2.

U2 связано с Uнd соотношением:

из которого определим U2:

= 888.58 В

2. Определим ток вторичной обмотки трансформатора, I2.

= 0.22 А

3. Определим расчетную мощность вторичной обмотки, P2.

P2 = U2•I2 = 197.39 Вт.

4. Определим параметры вентилей - амплитудное значение обратного напряжения, Uобр, амплитудное значение тока через вентиль, Iam.

= 1256.64 В

= 0.31 А

5. Расчет фильтра выпрямителя.

5.1 Определим требуемый коэффициент сглаживания фильтра, q на основной частоте пульсаций по формуле:

= 13.4

где

Kвп1 - коэффициент пульсаций (по первой гармонике) выпрямленного напряжения = 0.67;

5.2 Определим произведение Lф•Cф из соотношения:

3.65•10-5 Гн•Ф

5.3 Определим минимальную индуктивность, Lфmin и емкость Cфmin фильтра, из соотношений:

31.83 Гн

1.15 мкФ

Результаты:

Трансформатор:

I2 = 0.22 А

U2 = 888.58 В

Р2 = 197.39 Вт

Вентили

Uобр = 1256.6 В

Iam = 0.31 А

Фильтр:

Lф min = 31.83 Гн

Cф min = 1.15 мкФ

Задача 2

выпрямитель вентиль трансформатор

Определить параметры усилительного каскада (входное сопротивление Rвх, выходное сопротивление Rвых, коэффициенты усиления по току Кi, по напряжению Кu, по мощности Кр) для схемы, приведенной на рис. 2 для области средних частот. Режимы транзистора и параметры элементов схемы приведены в табл. 3. Статические характеристики транзистора (выходные) приведены на рис. 3.

Для всех вариантов считать, что R1 >> Rвх. При расчетах использовать внутренние малосигнальные параметры (h-параметры не применять).

Исходные данные для варианта 1

** примечание: На вольт-амперных характеристиках заданного транзистора нет области, соответствующей заданному напряжению UкэА= 15 В поэтому параметры удастся определить только очень приблизительно, экстраполяцией за пределы имеющихся графиков. (Достраивать отсутствующие данные.)

Из вольт-амперных характеристик определим параметры транзистора в режиме малого сигнала. Рабочая точка (А) задана условиями:

Ik 3 мА

Uкэ 15 В

Коэффициент в = (ДIк /ДIб) )|Uкэ=const .= 31.61

Входное сопротивление транзистора r вх

r вх =(DUб /DIб)|Uкэ=const = 1.44 (кОм)

Выходное сопротивление транзистора

r к(э) = (DU*кэ/ДI*к)|Iб=const = 17.72 (кОм)

Расчет параметров каскада ведется для средних частот. Это означает, что зависимость параметров от частоты не учитывается, сопротивления конденсаторов в схеме замещения также не учитываются (принимаются равными 0) и сопротивление источника питания по переменному току также принимается равным 0.

(Расчет сделан по методике изложенной в Ю.С.Забродин "Промышленная электроника" М "Высшая школа" 1982)

Числовые значения расчитывались в Excel'e поэтому промежуточные значения не показаны.

Входное сопротивление каскада

Rвх = R1 || r вх

Учитывая, что в условиях задачи указано считать, что R1 >> Rвх

Rвх = r вх = 1.44 (кОм)

Выходное сопротивление каскада

Rвых = Rк || r к(э) = 3.90 кОм

Коэффициент усиления по току

KI = в•(Rвх/r вх)•(r к(э) || Rн || Rк)/Rн = 27.03

Коэффициент усиления по напряжению

КU = в• (Rн || Rк)/(Rг+Rвх) = 13.34

Коэффициент усиления по мощности

КР = КU•KI = 360.47

Результаты:

Входное сопротивление каскада Rвх = 1.44 кОм

Выходное сопротивление каскада Rвых = 3.90 кОм

Коэффициент усиления по току KI = 27.03

Коэффициент усиления по напряжению КU = 13.34

Коэффициент усиления по мощности КР = 360.47

Задача 3

Для усилителя на базе ОУ, схема которого приведена на рис.4, определить:

1. величины элементов схемы для получения заданной величины (в табл. 4) коэффициента усиления Кос;

2. низшую граничную частоту fн;

3. высшую граничную частоту fв.

Допустимое снижение коэффициента усиления на частотах fн, fв - не более -3дБ (Кн/Ко = Кв/Ко = 0,7).

Исходные данные для задачи 3 вариант 1 (Таблица 4)

Пояснения к таблице 4:

f1 - частота единичного усиления операционного усилителя (ОУ);

Сос - элемент схемы для формирования высокочастотной части амплитудно-частотной характеристики (АЧХ);

R1, C1 - элементы схемы для формирования низкочастотной части АЧХ.

Схема, предложенная в задаче, это неинвертирующий усилитель, модуль коэффициента усиления которого определяется соотношением

К = 1 + |ZOC/Z1|

Z1 - комплексное сопротивление цепи R1C1 = R1 - j(1/щC1)

ZOC - комплексное сопротивление цепи ROCCOC =

-j(ROC/щCOC)/(ROC - j(1/щCOC))

Модуль отношения |ZOC/Z1| и коэффициент усиления

К = 1 + модуль {[-j(ROC/щCOC)/(ROC - j(1/щCOC))]/(R1 - j(1/щC1))}

или, переходя к частоте f = щ/2р

К = 1 + модуль {[-j(ROC/2рf•COC)/(ROC - j(1/2рf•COC))]/(R1 - j(1/2рf•C1))}

В этом выражении два неизвестных: f и ROC

В задании не сказано для какой частоты нужно найти К. Найдем f и ROC так, что максимальное значение К=20. Для этого нужно сначала определить частоту, для которой коэффициент усиления максимален.

Можно попытаться аналитически получить решение из полученного выражения для К. Но это сложная аналитическая задача. Поэтому лучше решим ее численно (в Excel'e)

1) Определение частоты щ на которой К максимально.

Положим пока ROC = R1•10 = 100 кОм (близкое к ожидаемому), расчитаем в Excel'e значение К, записав в ячейку щ произвольное значение.

Расчет К из f, ROC, СOC, R1, C1:

исходная формула:

К = 1 + модуль {[-j(ROC/2рf•COC)/(ROC - j(1/2рf•COC))]/(R1 - j(1/2рf•C1))}

Excel формула:

A= -j(Rос/2рf•Cос) = комплексн(0;-Roc/(2*пи()*f*Coc))

B= Rос - j(1/2рf•Cос) = комплексн(Roc;-1/(2*пи()*f*Coc))

C= R1 - j(1/2рf•C1) = комплексн(R1;-1/(2*пи()*f*C1))

К = 1+мним.abs(мним.дел(мним.дел(A;B);C))

Затем запустим сервис "Поиск решения" с условиями:

- изменяемая ячейка f

- поиск максимума в ячейке К

Получено значение f = 2372.5419 - частота, при которой усиление макс.

2) При данной частоте запустим сервис "Подбор параметра" в ячейке К:=10

изменяемой ячейкой ROC

Получено искомое значение ROC = 90406.8 Ом

** Excel выдает результат с большой точностью, но реально надо будет выбрать ROC из ряда номиналов сопротивлений.

3) Для определения fН,fВ определим коэффициенты КН,КВ = К•0.7 и сервисом "Подбор параметра" найдем соответствующие частоты. Чтобы найти обе частоты сервис надо запускать с разных исходных точек.

Получены частоты fВ = 39683.8;

fН = 141.2;

Результаты:

ROC = 90406.8 Ом

fВ = 39683.8 Гц

fН = 141.2 Гц

Для полноты решения построим график частотной характеристики усилителя с показанными результатами. (Расчетный лист Excel'a приложен)

Частотная характеристика усилителя

Размещено на Allbest.ru