Джерело живлення постійного струму

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кам'янець-Подільський національний університет імені Івана Огієнка

Курсова робота

ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Салюка Владислава Миколайовича

м. Кам'янець-Подільський - 2017 р.

ЗМІСТ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1. РЕЛЕ СТРУМУ І НАПРУГИ

1.1 Будова та принцип дії

1.2 Основні технічні характеристики

1.3 Схеми включення

1.4 Сучасні перспективні типи реле струму та реле напруги

РОЗДІЛ 2. ВИПРЯМНИЙ ДІОД

2.1 Загальні характеристики випрямних діодів

2.2 Технологія виготовлення та конструкція випрямних діодів

2.3 Вольт-амперна характеристика діодів

РОЗДІЛ 3. ДІОДНИЙ МІСТ

3.1 Конструкції діодних мостів та характеристики

РОЗДІЛ 4. РОЗРОБКА І ВИГОТОВЛЕННЯ ПРОЕКТУ

4.1 Перелік деталей, що використовувались при збиранні схеми

4.2 Схема джерела постійного струму

4.3 Фото виробу

ВИСНОВОК

СПИСОК ВИКОРИСТОНИХ ДЖЕРЕЛ

ВСТУП

В лабораторії фізики твердого тіла та інших лабораторіях фізики вивчаються явища, для спостереження яких потрібні досить великі струми. Для кожної лабораторної роботи розроблені спеціальні методичні рекомендації, які включають схеми, в яких використовується як змінний так і постійний струм. Як правило, для компактності електричних схем виготовляють спеціальні регульовані джерела живлення.

Актуальність курсової роботи полягає у створені джерела живлення постійного струму. Невеликий за потужністю випрямляч струму є необхідним для лабораторій фізики.

Завданням курсової роботи входило виготовити джерело живлення регульованої напруги до 36В і з додатковим регулюванням струму до 3А.

В завдання входить:

1. Розробка електричної схеми

2. Підбір комплектуючих деталей (перевірка їх придатності для використання в даній схемі).

3. Для використаних вимірювальних приладів були розраховані та виготовленні шунти та додаткові опори, для досягнення необхідних меж вимірювання.

4. Вивчення теорії фізичних процесів, що використовуються в усіх елементах схеми.

5. Проведення випробування отриманого джерела живлення.

Об'єкт курсової роботи - джерело постійного струму.

Предметом роботи є підбір деталей та виготовлення джерела постійного струму.

Джерелом струмму -- елемент електричного кола, який забезпечує в ньому протікання певного електричного струму. Інший термін -- джерело напруги використовується для позначення елементу, який задає певне значення напруги. Якщо електричне коло не замкнене то струм не буде проходити до споживача. Ідеальне джерело струму створює в електричному колі струм, який не залежить від навантаження і будь-яких зовнішніх умов. Такий елемент є абстракцією. Електрорушійна сила та внутрішній опір в такому ідеальному джерелі струму повинні бути пропорційними одне одному. Напруга на клемах ідеального джерела струму повністю визначається навантаженням: U=IR; де U -- напруга, I -- сила струму, R -- електричний опір навантаження. Постімйний струм -- електричний струм, незмінний в часі.

Простим джерелом постійного струму є хімічне джерело (гальванічний елемент або акумулятор), оскільки полярність такого джерела не може мимовільно змінитися. Для отримання постійного струму використовують також електричні машини -- генератори постійного струму. У електронній апаратурі, що живиться від мережі змінного струму, для отримання пульсуючого струму використовують випрямляч. Далі для зменшення пульсацій може бути використаний згладжуваний фільтр і, при необхідності, стабілізатор напруги.

У лабораторіях фізики багато електроприладів, які потребують постійного та невеликого струму. Тому невеличкий за потужністю випрямляч струму є необхідним для лабораторій фізики.

РОЗДІЛ 1. РЕЛЕ СТРУМУ І НАПРУГИ

Реле - електричний апарат, в якому при повільній зміні керуючої (вхідної) величини відбувається стрибкоподібна зміна керованої (вихідної) величини. З двох величини хоча б одна повинна бути електричною. За областю застосування реле можна розділити на реле для схем автоматики, для керування і захисту електроприводу і для захисту енергосистем. За принципом дії реле розподіляють на електромагнітні, поляризовані, індукційні, магнітоелектричні, напівпровідникові та ін. залежно від вхідного параметру реле можна розділити на реле струму, напруги, потужності, частоти та ін. Слід зазначити, що реле може реагувати не тільки на значення величини, але й на різницю значень (диференційні), на зміну знака або на швидкість зміни вхідної величини. Інколи реле, які мають тільки одну вхідну величину, повинні впливати на декілька незалежних кіл. У цьому випадку реле впливає на інше проміжне реле, що має необхідне число керованих кіл. Проміжне реле використовується і тоді, коли потужність, якою може керувати основне реле, недостатня. За принципом впливу на керуюче коло реле розділяють на контактні й безконтактні. Перші впливають на вихідний параметр шляхом замикання або розмикання контактів керованому колі, в інших при спрацьовуванні реле різко змінюється опір, включений в кероване коло. реле струм напруга електричний

Розімкненому стану контактної системи відповідає великий опір у керованому колі безконтактного реле. Цей стан безконтактного реле має назву замкненого стану (замкненому стану контактного виконавчого органу відповідає малий опір між вихідними затисками безконтактного реле). При цьому говорять про відкритий стан безконтактного реле. Крім вказаних ознак, реле розрізняють за способом вмикання. Первинні реле вмикаються в контрольоване коло безпосередньо, а вторинні - через вимірювальний трансформатори.

1.1 Будова та принцип дії

Струмові реле миттєвої дії типу ЭТ-520. Струмові реле миттєвої дії, робота яких заснована на електромагнітному принципі, мають найбільше застосування в системах захистів від струмів короткого замикання. На рисунку 1 показано: а - конструктивна схема одного з різновидів реле типу ЭТ-520, б - умовне зображення у схемах (з двома парами контактів), в - реле при знятому захисному кожусі. Реле складається з: електромагніта 1, на верхньому і нижньому полюсах якого розташовані обмотки, що мають виходи Н1-К1 і Н2-К2; зетподібного якоря 3, закріпленого жорстко на осі 4; контактної системи, що має рухомий 7, укріплений на осі 4, і нерухомі 6 і 6' контакти; протидіючій пружині 8, одним кінцем закріпленої до осі 4, а іншим через повідець до важеля 9; шкали 10 з нанесеними значеннями струмів уставки; упорних гвинтів 2, що обмежують хід якоря реле.

джерело живлення постійний струм

Рис.1. а); б)

На якір реле діють два моменти - гальмівний і обертаючий. Гальмівний момент створюється пружиною 8, і його величина залежить від положення важеля 9 на шкалі 10, тобто натягу пружини: при повороті важеля вліво момент зменшується, вправо - збільшується. Обертаючий електромагнітний момент, що створюється струмом Ір, що протікає через котушки реле, пропорційний квадрату цього струму, тобто. Обертаючий момент, впливає на якір, прагне завжди повернути і поставити його вздовж осі полюсів. При нормальному режимі роботи захищеного елемента обертаючий момент, що створюється робочим струмом, менше гальмівного моменту, і якір знаходиться в крайньому лівому положенні, а рухомий контакт 7 замикає нерухомі контакти 6. Протікаючий по котушках реле струм аварійного режиму створює обертальний момент, який більше гальмівного моменту. У цьому випадку якір притягається до електромагніту, і рухомий контакт 7 замикає нерухомі контакти 6', попередньо розімкнувши контакти 6. Струм, при якому спрацьовує реле, як вказувалося вище, називається його струмом спрацьовування (Іспр). За правильністю струму спрацьовування необхідно ретельно стежити при експлуатації реле. Спрацювання реле при менших або великих значеннях струмів проти установки покажчика на шкалі говорить про його незадовільний механічний стан (зміна характеристики пружини, несправність підшипників і т. п.).

Електромагнітні струмові реле виготовляють трьох типів: ЭТ-521 - з одним замикаючим контактом, ЭТ-522 - з одним розмикаються контактом і ЭТ-523 - з одним розмикається і одним замикаючими контактами, які застосовуються залежно від необхідності їх в схемі. Регулювання реле на струм спрацьовування проводиться двома способами: плавною зміною натягу пружини і поступовою зміною з'єднання обмоток 5. При послідовному з'єднанні обмоток ставиться перемичка на К1-Н2, а затискачами Н1-К2 реле приєднується до трансформатора струму; при паралельному з'єднанні обмоток перемички ставляться на Н1-Н2 і К1-К2, а затискачами Н1-К1 або Н2-К2 реле приєднується до трансформатора струму. Зазначені способи з'єднання обмоток дозволяють мати верхню межу спрацювання реле в чотири рази більше його нижня межа. Наприклад, реле ЭТ-523/20, у якого дробом показана верхня межа струму спрацьовування, можна регулювати на струми спрацьовування: при послідовному з'єднанні - від 5 до 10А, а при паралельному - від 10 до 20А. Власний час спрацьовування реле струму порядку 0,02 - 0,04 сек; споживана потужність котушки 0,1 Вт на мінімальній уставці спрацьовування, коефіцієнт повернення не менш 0.85.

Реле напруги миттєвої дії типу ЭН-520. Це реле має такий же пристрій, як і струмова реле типу ЭТ-520. Відмінність реле ЭН-520 від реле ЭТ-520 полягає в тому, що перше має котушки з великим числом витків з провідників малого перетину і підключається до мережі або трансформатора напруги як вольтметр, а в другого котушки з малим числом витків, але великого перерізу і воно підключається як амперметр. Реле типу ЭН-520 застосовується в основному як реле мінімальної напруги, тобто реагує на зменшення нижче допустимої норми або зникнення напруги. Напруга спрацьовування реле ЭН-520 регулюється зміною натягу пружини і перемиканням обмоток. В позначеннях реле верхня межа напруги спрацьовування вказується дробом. Наприклад, реле ЭН-524/100 може бути встановлено на напругу спрацьовування від 25 до 100 в. Залежно від числа і положення контактів, а також величини напруги, на яке вони реагують (мінімальне, максимальне), реле напруги випускаються різним виконанням, аналогічних реле ЕТ-520.

1.2 Основні технічні характеристики

Розглянемо залежність вихідного параметра від значення спливаючої величини для реле із замикаючим контактом. У цих реле при відсутності вхідного сигналу контакти виконавчого органу розімкнені і струм в керованому колі рівний нулю. Для безконтактних реле опір, введений в кероване коло, не рівний нескінченності і струм має мінімальне значення. Значення спливаючої величини, при якому відбувається спрацьовування реле, називається значенням величини спрацювання. До того часу, коли х < xср, вихідний параметр “у” або рівний нулю, або рівен своєму мінімальному значенню уmin (для безконтактних апаратів). При х > xср вихідний параметр стрибком змінюється від уmin до ymax. Відбувається спрацьовування реле. Якщо після спрацьовування зменшувати значення спливаючої величини, то при х < xср відбувається відпускання реле. Значення спливаючої величини, при якому відбулося стрибкоподібне зменшення вихідного параметра з ymax до уmin, називається значенням величини відпускання.

Задане значення величин (спрацьовування або відпускання), на яке відрегульовано апарат, називається установкою за спливаючою величиною. Час з моменту подачі команди на спрацьовування до моменту стрибкоподібної зміни вихідної величини, називається часом вмикання. Цей час залежить від конструкції реле і величини вхідного параметра. Чим більше значення спливаючої величини порівняно з хср, тим швидше і надійніше спрацьовує реле. Відношення називається коефіцієнтом запасу. Для цілого ряду реле важливим параметром є відношення , яке називається коефіцієнтом повернення.

Час з моменту подачі команди на відключення до моменту досягання мінімального значення вихідної величини називається часом відключення. Для контактних апаратів цей час складається з двох інтервалів - часу відпускання і часу дуги. Важливим параметром, що характеризує посилюючі властивості реле, є відношення Ру/Рср, де Ру - максимальна потужність у навантаженні керованого кола, а Рср - мінімальна потужність вхідного сигналу, при якому відбувається спрацьовування реле. Для реле з виконуючим органом у вигляді контактної системи максимальна потужність керування Ру визначається не тривалим струмом, який може пропустити контакт, а струмом, який можна багаторазово відключити.

Вимоги до реле значною мірою обумовлені їх призначенням. До реле захисту енергосистем висувають наступні чотири основні вимоги: селективність, швидкість дії, чуттєвість, надійність. Під селективністю розуміють спроможність реле відключати тільки пошкоджену ділянку енергосистеми. Швидкість дії дозволяє різко знизити наслідки аварії, зберегти сталість системи при аварійних режимах, забезпечити високу якість електроенергії. Підвищена чуттєвість реле дозволяє зменшити “мертву” незахищену зону. Реле для захисту енергосистем повинні мати високу надійність, оскільки неправильна робота реле може призвести до розвитку важких аварій і недовипуску великої кількості енергії. Щодо зовнішніх умов реле захисту працюють в полегшених умовах. На них не впливають удари, вібрації, вони працюють у приміщеннях без пилу і газів, що викликають корозію. Якщо враховувати, що аварійні режими в системах нечасті, реле працюють у відносно легких умовах. Тому до реле не висуваються високі вимоги щодо зносостійкості.

Реле, призначені для схем захисту і автоматики електроприводу, повинні задовольняти специфічним вимогам. Ці реле працюють при гірших умовах: можливі удари, вібрації, сучасні схеми електроприводу мають число включень на годину порядку (1-10) 106 циклів “вмикання-вимикання”. оскільки реле керування і захисту електродвигунів доводиться виконувати велику кількість операцій, вони повинні мати високу надійність. Реле бувають контактні й безконтактні - на магнітних підсилювачах і на напівпровідникових приладах.

1.3 Схеми включення

Схеми внутрішніх з'єднань складових частин реле РТ-40(рис. 3а) і РН-50(рис. 3б) зображені на Рис.2.

Рис.2.

Дані вказані в паспортах реле повинні забезпечувати нерівність, де І_ном,р та І_ном,дв - номінальні струми реле і двигуна, який захищається. Для двигунів працюючих в повторному-короткотривалому режимі І_ном=І_ном,25, де І_ном,25 - номінальний струм двигуна працюючого в повторно-короткочасному режимі при ПВ=25%. Схема включенна КА приведена на рисунку 3.

Рис.3. Схема включення максимально струмових реле

Для того щоб захистити двигун при тривалому пуску (велика навантаження на валу) або короткочасною пікової перевантаження, КА впливає на контактор через реле часу КТ (рис. 4), яке запускається за допомогою реле КА4. При нормальному пуску або короткочасної перевантаження, безпечної для двигуна, час пуску або перевантаження менше часу витримки t_кт контактор КМ у ланцюзі двигуна М не відключається. При цьому реле КА4 відпадає і знімає напругу з реле КТ. Якщо час пуску або перевантаження, то контакти КТ розмикаються, контактор КМ відключається і двигун М знеструмлюється. Така ж схема може використовуватися у схемах реверсу двигуна.

Рис.4. Схема максимального струмового захисту з реле часу

Захист двигунів від зниження напруги. При КЗ в мережі напруга на двигунах зменшується, а струм в статорі зростає. Якщо КЗ триває 0,03-0,05 с, то, як правило, лінійні контактори та магнітні пускачі не встигають відключити двигун від мережі, а частота його обертання практично не змінюється.

При перериві в подачі електроенергії більше 0,5 с відбувається відключення двигунів у невідповідальних споживачів, причому після відновлення напруги їх повторне включення статися не повинно. Це пов'язано з тим, що одночасний самозапуск великого числа асинхронних двигунів призводить до значного зниження напруги, що ускладнює самозапуск двигунів у відповідальних споживачів. У ряді випадків неконтрольований самозапуск двигунів повинен бути виключений за умовами технологічного процесу.

Рис.5. Схема захисту двигуна при зникненні напруги

1.4 Сучасні перспективні типи реле струму та реле напруги

Масовий перехід на мікропроцесорні реле захисту, що розпочався в 70-х роках, був зумовлений стрімким розвитком напівпровідникових технологій. Тоді багатьом на Заході здавалося, що ера електромеханічних реле закінчилася.

Заводи, що виготовляли такі реле, терміново переходили на виробництво напівпровідникових комутувальних пристроїв або їх просто закривали. Опам'яталися всі досить швидко, і вже через 7 - 10 років випуск електромеханічних реле був повністю відновлений. Модернізовані контактні матеріали й сплави, нові пластмаси й лаки дали змогу різко скоротити розміри й підвищити надійність електромеханічних реле. Нині всім добре розуміють, що напівпровідникові комутувальні пристрої можуть зайняти лише певну нішу, але не здатні повністю замінити електромеханічні комутувальні пристрої.

Певна річ, недоліки й справедливі нарікання на конкретні типи реле (дуже обмеженої номенклатури) чисто психологічно поширюються на весь клас електромеханічних реле. Прагнення позбутися постійного обслуговування зношених електромеханічних реле є важливим стимулом у релейників при переході на багатообіцяючі мікропроцесорні пристрої. Однак багато фахівців не здогадуються, що витрати на обслуговування старих реле можуть бути нітрохи не більшими від витрат на придбання дорогих електронних блоків, що вийшли з ладу й не підлягають ремонту.

Інформаційне тло, цілеспрямовано створюване компаніями-виробниками, дає не зовсім точне уявлення про мікропроцесорні реле захисту як про пристрої, що володіють тільки перевагами й не мають недоліків. Слабкі місця мікропроцесорних реле, на жаль, не обговорюються навіть на сторінках спеціалізованих науково-технічних журналів.

Масовий перехід на мікропроцесорні пристрої обумовлений не принциповою нездатністю електромеханічних реле забезпечити ефективний захист енергетичних об'єктів від аварійних режимів і не їхньою недостатньою надійністю, а прагненням найбільших компаній світу одержати надприбуток від виробництва модних реле.

Віддаючи перевагу мікропроцесорному релейному захисту, варто орієнтуватися не тільки на рекламні проспекти великих електротехнічних корпорацій, але й на думку незалежних фахівців. Однак у кожному разі такий перехід повинен бути зваженим і дуже обережним, особливо щодо реле, виготовлених маловідомими фірмами.

Потрібно мати на увазі, що функціональні блоки, тобто друковані плати сучасних реле, виконані, зазвичай, на мікроелементах за технологією поверхневого монтажу і є неремонтопридатними. Тому заздалегідь варто обговорити порядок заміни плат, що вийшли з ладу, і їхню вартість.

При виборі мікропроцесорних пристроїв того або іншого типу для масової закупівлі не можна ставитися до нього, як до «чорного ящика» з параметрами й характеристиками, зазначеними компанією-виробником. Необхідно обов'язково розкрити зразок реле й уважно оглянути його внутрішню конструкцію. При цьому має бути врахована елементна база, на якій побудовані вхідні й вихідні кола, зокрема, вхідні й вихідні клеми, які за вимогами стандартів повинні витримувати високу випробувальну напругу. Крім того, варто звернути увагу на наявність і правильний вибір елементів для захисту від перенапруг вхідних кіл, відповідність параметрів вихідних реле вимогам комутації індуктивного навантаження в колі постійного струму з напругою 220 В (керування котушкою високовольтного вимикача) тощо. В інтернеті можна знайти технічні параметри практично будь-якого електронного компонента й електромагнітних реле, тому така перевірка не викличе великих труднощів.

Для забезпечення високої надійності роботи мікропроцесорних реле необхідно вжити спеціальних заходів з забезпечення їхнього безперебійного живлення й захисту мереж живлення від перенапруг і високочастотних перешкод. Добрими помічниками в цьому стануть спеціальні фільтри для кіл живлення й потужних варисторів, суміщені із запобіжниками й сигнальними елементами. На проводи, що з'єднують реле й трансформатори струму й напруги, повинні бути насаджені спеціальні феритові кільця, що підвищують імпеданс для високочастотних сигналів. Всі ці елементи нині широко представлені на ринку. Особливу увагу варто приділити підвищенню якості кіл заземлення. Найкраще відокремити контури заземлення мікропроцесорних реле й інших високочутливих електронних систем від контуру заземлення силового обладнання станцій і підстанцій.

З огляду на те, що сучасні мікропроцесорні реле захисту багатофункціональні й нагадують міні-ЕОМ, треба заздалегідь подбати про придбання «енної» кількості портативних комп'ютерів (ноутбуків) і взяти в штат висококваліфікованих фахівців, яким можна було б довірити роботу з такими реле.

Системні адміністратори повинні вжити серйозних заходів для захисту локальних комп'ютерних мереж з під'єднаними мікропроцесорними реле від несанкціонованого доступу, у тому числі й з інтернету.

Таким чином, очевидно, що навіть у століття високих технологій безпека мікропроцесорних реле зажадає не менших витрат, ніж ремонт електромеханічних реле. Отже, модне захоплення мікропроцесорним релейним захистом не таке вже ідеальне, як це може випливати з рекламних проспектів.

РОЗДІЛ 2. ВИПРЯМНИЙ ДІОД

2.1 Загальні характеристики випрямних діодів

Випрямний діод - це напівпровідниковий діод, призначений для перетворення змінного струму в постійний. Однак, це далеко не повна область застосування випрямних діодів: вони широко використовуються в ланцюгах управління і комутації, в схемах множення напруги, у всіх сильноточних ланцюгах, де не пред'являється жорстких вимог до тимчасових і частотних параметрів електричного сигналу.

Залежно від значення максимально допустимого прямого струму випрямні діоди поділяються на діоди малої, середньої та великої потужності:

1) малої потужності розраховані для випрямлення прямого струму до 300mA;

2) середньої потужності - від 300mA до 10А;

3) великої потужності - понад 10А.

За типом матеріалу вони поділяються на германієві і кремнієві, але, на сьогоднішній день найбільше застосування отримали кремнієві випрямні діоди через свої фізичні властивості.

Кремнієві діоди, в порівнянні з германієвими, мають у багато разів менші зворотні струми при однаковій напрузі, що дозволяє отримувати діоди з дуже високою величиною допустимої зворотної напруги, яке може досягати 1000 - 1500 В, тоді як у германієвих діодів воно знаходиться в межах 100 - 400В.

Працездатність кремнієвих діодів зберігається при температурах від -60 до + (125 - 150) є С, а германієвих - лише від -60 до + (70 - 85) є С. Це пов'язано з тим, що при температурах вище 85є С освіту електронно доручених пар стає настільки значним, що відбувається різке збільшення зворотного струму і ефективність роботи випрямляча падає.

2.2 Технологія виготовлення та конструкція випрямних діодів

Конструкція випрямних діодів являє собою одну пластину кристала напівпровідника, в обсязі якої створені дві області різної провідності, тому такі діоди називають площинними.

Технологія виготовлення таких діодів полягає в наступному: на поверхню кристала напівпровідника з електропровідністю n-типу розплавляють алюміній, індій або бор, а на поверхню кристала з електропровідністю p-типу розплавляють фосфор.

Під дією високої температури ці речовини міцно сплавляються з кристалом напівпровідника. При цьому атоми цих речовин проникають (дифундують) в товщу кристала, утворюючи в ньому область з переважанням електронної або діркової електропровідністі. Таким чином виходить напівпровідниковий прилад з двома областями різного типу електропровідності, а між ними p-n перехід. Більшість поширених площинних кремнієвих і германієвих діодів виготовляють саме таким способом.

Для захисту від зовнішніх впливів і забезпечення надійного тепловідведення кристал з p-n переходом монтують в корпусі. Діоди малої потужності виготовляють в пластмасовому корпусі з гнучкими зовнішніми виходами, діоди середньої потужності - в метало-скляному корпусі з жорсткими зовнішніми вихоми, а діоди великої потужності - в метало-сляному або метало-керамічному корпусі, тобто зі скляним або керамічним ізолятором. Приклад випрямних діодів германієвого (малої потужності) і кремнієвого (середньої потужності) показаний на рисунку 6.

Кристали кремнію або германію (3) з p-n переходом (4) припаиваются до крісталлодержателю (2), який є водночас підставою корпусу. До крісталлодержателю приварюється корпус (7) зі скляним ізолятором (6), через який проходить висновок одного з електродів (5).

Рис.6

Малопотужні діоди, які мають відносно малими габаритами і вагою, мають гнучкі висновки (1) за допомогою яких вони монтуються в схемах. У діодів середньої потужності і потужних, розрахованих на значні струми, висновки (1) значно потужніше. Нижня частина таких діодів є масивне тепловідвідними підставу з гвинтом і плоскою зовнішньою поверхнею, призначене для забезпечення надійного теплового контакту із зовнішнім теплоотводом (радіатором).

2.3 Вольт-амперна характеристика діодів

Властивостями p-n переходу визначаються всі найважливіші параметри і характеристики напівпровідникового діода.

Рис.7. Вольт-амперні характеристики діода: 1 - при електричному пробої, 2 - при тепловому пробої характеристики напівпровідникового діода.

Реальна характеристика діода приведена на (рис. 7). В області малих струмів теоретична і реальна характеристика співпадають. При великих прямих струмах та при великих зворотних напругах характеристики розходяться, що є наслідком ряду причин, неврахованих при теоретичному аналізі процесів в p-n переході. При великих прямих струмах стає значним падіння напруги на омічному розподіленому опорі бази діода і опору електродів. При цьому напруга на p-n переході буде меншою напруги, прикладеної до діода, в результаті реальна характеристика розміщується нижче теоретичної і є майже лінійною. Рівняння реальної вольт-амперної характеристики яка враховує це падіння напруги має вигляд

(2.1)

де r - опір бази та електродів діода.

При збільшенні зворотньої напруги струм діода не залишається постійним, рівним струму екстракції I0, а повільно збільшується. Однією з причин росту зворотнього струму діода є термічна генерація носіїв в переході. Компоненту зворотнього струму через перехід, яка залежить від кількості генерованих в переході носіїв називають термострумом.

З підвищенням зворотної напруги внаслідок розширення переходу збільшується його об'єм, тому кількість носіїв, що генеруються в переході, зростає і термострум переходу зростає. Цей ефект проявляється у кремнієвих діодів, які мають малий струм екстракції I0. Для неосновних носіїв (дірок в і-області і електронів в /- області) потенційний бар'єр в електронно-доручених переходах відсутня. Неосновні носії втягуються полем в перехід і швидко долають його. Це явище називається екстракцією.

Другою причиною зростання зворотного струму діода є поверхнева провідність p-n переходу, зумовлена молекулярними та іонними плівками різного походження, що покривають зовнішню поверхню переходу. В сучасних діодах поверхня переходу обробляється і захищається від зовнішніх впливів, тому струм витік завжди значно менший термоструму.

Порівнюючи вольт-амперні характеристики з Si та Ge діодів, слід відзначити, що кремнієві діоди мають значно меншу величину зворотного струму через більш низьку концентрацію неосновних носіїв. З цієї ж причини пряма гілка вольт-амперної характеристики у Si діодів йде значно нижче (Рис. 8), ніж у Ge діодів

Рис.8. Вольт-амперні характеристики Si та Ge діодів

РОЗДІЛ 3. ДІОДНИЙ МІСТ

3.1 Конструкції діодних мостів та характеристики

Діодний міст - це невелика схема, складена з 4-х діодів і призначена для перетворення змінного струму в постійний. На відміну від однопівперіодного випрямляча, що складається з одного діода і пропускає струм тільки під час позитивного напівперіоду, мостова схема дозволяє пропускати струм протягом кожного напівперіоду. Діодні мости виготовляють у вигляді невеликих збірок укладених в пластмасовий корпус (Рис. 9).

Рис.9. Діодні мости у пласмасових корпусах

Із корпусу збірки виходять чотири виведення навпроти яких розташовані знаки «+», «-» або «~», що вказують, де біля мосту вхід, а де вихід. Але не обов'язково діодні мости можна зустріти у вигляді такої збірки, їх також збирають зі включенням чотирьох діодів прямо на друкованій платі, що дуже зручно (Рис. 10).

Рис.10. Підключення чотирьох діодів на платі

Наприклад. Вийшов з ладу один з діодів моста, якщо буде стояти збірка, то її сміливо викидаємо, а якщо міст буде зібраний з чотирьох діодів прямо на платі - міняємо несправний діод і все готово.

На принципових схемах діодний міст позначають включенням чотирьох діодів в мостову схему, як показано в лівій частині нижнього малюнка (Рис. 11): тут, діоди є як би плечима випрямного моста.

Таке графічне позначення моста можна зустріти ще в старих журналах з радіотехніки. Однак, на сьогоднішній день, в основному, діодний міст позначають у вигляді ромба, всередині якого розташований значок діода, який вказує тільки на полярність вихідної напруги.

Рис.11. Схеми підключення

Тепер розглянемо роботу діодного моста на прикладі низьковольтного випрямляча (Рис. 12). В такому випрямлячі, з використанням чотирьох діодів, під час кожної напівхвилі працюють по черзі два діода протилежних плечей моста, включених між собою послідовно, але зустрічно по відношенню до другої пари діодів.

Рис.12. Діодний міст на прикладі низьковольтного випрямляча

З вторинної обмотки трансформатора змінна напруга надходить на вхід діодного моста. Коли на верхньому (за схемою) виведення вторинної обмотки виникає позитивний напівперіод напруги, струм йде через діод VD3, навантаження Rн, діод VD2 і до нижнього виводу вторинної обмотки (див. Рис. 12 а). Діоди VD1 і VD4 в цей момент закриті і через них струм не йде.

Протягом другого напівперіоду змінної напруги, коли плюс на нижньому (за схемою) виведення вторинної обмотки, струм йде через діод VD4, навантаження Rн, діод VD1 і до верхнього виводу вторинної обмотки (див. Рис. 12 б). У цей момент діоди VD2 і VD3 закриті і струм через себе не пропускають.

В результаті ми бачимо, що змінюються знаки напруги на вторинній обмотці трансформатора, а через навантаження випрямляча йде струм одного напряму (див. Рис. 12 в). В такому випрямлячі корисно використовуються обидва напівперіоди змінного струму, тому подібні випрямлячі називають двохпівперіодними.

РОЗДІЛ 4. РОЗРОБКА І ВИГОТОВЛЕННЯ ПРОЕКТУ

4.1 Перелік деталей, що використовувались при збиранні схеми

1. Діоди:

Позначення на схемі	Назва	Кількість
VD1-VD4	Д242	4 шт
VD5-VD6	Д814Д	2 шт

2. Тиристор:

Позначення на схемі	Назва	Кількість
VS1	КУ101Б	1 шт

3. Транзистори:

Позначення на схемі	Назва	Кількість
VT1	КТ312Б	1 шт
VT2	КТ815Б	1 шт
VT3	КТ803А	1 шт

4. Трансформатор:

Позначення на схемі	Назва	Кількість
T1		1 шт

5. Реле:

Позначення на схемі	Назва	Кількість
K1	РЕС 22	1 шт

6. Конденсатори:

Позначення на схемі	Назва	Кількість
C1, C2	2200 мкФ 50 В	2 шт
C3	10 мкФ 50 В	1 шт

7. Світлодіод:

Позначення на схемі	Назва	Кількість
HL1	6,3В 0,22А	1 шт

8. Додаткові опори:

Позначення на схемі	Назва	Кількість
R1	R 680 Ом	1 шт
R2	R 300 Ом	1 шт
R3, R4	R 10 кОм	2 шт
R5, R6, R7	Шунт	3 шт

9. Інше:

· міліамперметр;

· провідники;

· клеми.

4.2 Схема джерела постійного струму

Рис.13. Принципова схема джерела живлення постійного струму

4.3 Дослідний зразок приладу

Рис.14.

В даному виробі ми маємо:

1. Міліамперметр;

2. Транзистор КТ312Б, КТ815Б;

3. Діодний міст (діоди типу - Д242);

4. Тумблер;

5. Резистор СП3-30А;

6. Стабілітрон Д814;

7. Х.З;

8. Додатковий опір;

9. Кнопка без фіксації;

10. Реле РЕС 22;

11. Світлодіоди;

12. Провідники

13. Радіатор

ВИСНОВОК

Під час нашого дослідження ми дійшли таких висновків. Аналізуючи курсову роботу можна стверджувати, що теоретична частина викладена в повному обсязі, відповідно до поставлений завдань. Практична частина виконана на 75 відсотків, зокрема:

1) розроблено конструктивну схему джерела постійного струму;

2) підібрано комплектуючі деталі та перевірено їхню придатність для використання в цій схемі;

3) опрацьовано теорію фізичних процесів, що використовуються в усіх елементах схеми.

У повному обсязі курсову роботу виконати не вдалося через недостатність часу та труднощі, що виникли при складанні схеми.

Подальшою роботою є доукомплектація робочої схеми та проведення випробувань джерела живлення.

СПИСОК ВИКОРИСТОНИХ ДЖЕРЕЛ

1. ГОСТ 2.730-73 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые. -- Введ. 1974-07-01. -- М.: Изд.-во стандартов, 2010. - IV, 27 с.: ил

2. ГОСТ 2.710-81 Единая система конструкторской документации. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах. -- Введ. 1981-07-01. -- М.: Изд.-во стандартов, 2000. - I, 10 с.: ил

3. ДСТУ 2449-94 Прилади напівпровідникові. Терміни та визначення. -- Введ. 1995-01-01. IEC 60748-1:1984

4. Пасынков В.В. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов / В. В. Пасынков, Л. К. Чиркин. -- 4-е изд. -- М.: Высшая школа, 1987. -- 478 с.

5. Валильєва Л.Д. Напівпровідникові прилади: підручник / Л. Д. Васильєва, Б. І. Медведенко, Ю. І. Якименко. -- К.: Кондор, 2008. -- 556 с. -- ISBN 978-966-622-103-9.

6. Воробйова О. М. Основи схемотехніки: підручник / О. М. Воробйова, В. Д. Іванченко-- 2-е вид. -- Одеса: Фенікс, 2009. -- 388 с. -- ISBN 978-966-438-204-2.

7. Промислова електроніка: Теорія і практикум: підручник / за ред. А. Г. Соскова. -- К.: Каравела, 2013. -- 496 с. -- ISBN 978-966-2229-48-6.

8. Терещук Р. М. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства / Р. М. Терещук, К. М. Терещук, С. А. Седов-- К.: Наукова думка, 1988. -- С. 183 - 191. (рос.)

9. Транзисторы: справочник / О. П. Григорьев, В. Я. Замятин, Б. В. Кондратьев, С. Л. Пожидаев. -- М.: Радио и связь, 1989. -- 272 с. -- (Массовая радиобиблиотека; вып. 1144). -- ISBN 5-256-00236-8. (рос.)

10. Lilienfeld, Julius Edgar, «Method and apparatus for controlling electric current». US patent 1745175, 1930-01-28 (filed in Canada 1925-10-22, in US 1926-10-08).

Размещено на Allbest.ru

...