Содержание
Задание .............................................................................................3
Введение ...........................................................................................4
Выпрямитель с удвоением напряжения ....................................5
Расчет диодов ..................................................................................5
Параметры трансформатора ........................................................5
Расчет конденсаторов ....................................................................7
Список литературы .........................................................................8
Задание
Рассчитать выпрямитель
RН=100 Ом
UH=24 В
U1=220 В (сеть)
Указать параметры трансформатора.
Рис. 1
Данная схема является двухполупериодным выпрямителем с удвоением напряжения.
Введение.
Питание радиоаппаратуры от электросетей переменного тока – наиболее экономичный, удобный и надежный способ электропитания. Но для питания для питания цепей требуется постоянный ток, для этого переменный ток электросети преобразуют в пульсирующий (ток постоянного напряжения, периодически изменяющийся по величине), уменьшая затем пульсации до столь малой величины, что он не создает заметных помех (фона) в громкоговорителе, телефоне, на экране и т. п.
Преобразование переменного тока в пульсирующий называется выпрямлением, а сами преобразователи–выпрямителями.
Процесс уменьшения пульсаций называется сглаживанием пульсаций и осуществляется сглаживающими фильтрами. Выпрямителем часто называют весь комплекс, в который входят как собственно выпрямитель, так и сглаживающий фильтр.
Необходимыми частями выпрямителей являются электрические вентили – приборы, хорошо пропускающие ток в одном направлении и не пропускающие его (или плохо пропускающие) – в другом.
В настоящее время используются полупроводниковые выпрямители, где в качестве вентилей применены германиевые или кремниевые диоды.
Для питания радиоприемников, телевизоров и усилителей низкой частоты, применяют выпрямители нескольких типов:
- Однополупериодный выпрямитель. Используется там, где требуется ток не более нескольких десятков миллиампер.
- Двухполупериодный выпрямитель. Используется для получения выпрямленного тока более10 миллиампер.
- Мостовой выпрямитель. Является также двухполупериодным, применяется там, где нужно получить еще большую мощность.
- Выпрямитель с удвоением напряжения. Выгоден тем, что с его помощью можно получать выпрямленные напряжения, значения которых существенно больше действующего значения переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора питания.
Выпрямитель с удвоением напряжения.
Выпрямитель состоит из двух диодов, которые работают поочередно; во время полупериодов питающего напряжения одного знака импульсами прямого тока через диод VD1 заряжается конденсатор С1 (Рис.1), а во время полупериодов обратного знака через диод VD2 заряжается конденсатор С2. Так как эти конденсаторы по отношению к нагрузке выпрямителя соединены между собой последовательно, на ней получается удвоенное напряжение.
Расчет
1. Диоды. Выбор типа диодов производят исходя из следующих соображений: обратное напряжение на каждом из диодов не должно превышать максимально допустимого значения даже при наибольшем значении напряжения питающей электросети и при наибольшем выпрямленном напряжении, которое получается при отключении нагрузки от выпрямителя. В нашем случае это условие выполняется, когда Uобр. и макс³ 1,7U0
U0=UH=24 ВUобр. и макс³ 40,8 B
В месте с тем диоды должны удовлетворять условию: Iвп. ср. макс³ 1,6I0 ,где Iвп. ср. макс– это средний за период ток через диод, при котором обеспечивается его надежная, длительная работа.
I0– ток через нагрузку:
U0=24 B
R0=100 Om
Полученные параметры диодов
Средний за период ток через диод: Iвп. ср. макс³ 0,383 A;
Обратное напряжение на диоде: Uобр. и макс³ 40,8 B.
Рассчитаем прямое сопротивление диода в омах по формуле:
, где U – падение напряжения на диоде, равное 0,15 В для выпрямителей выполненных с использованием в них германиевых диодов, и 0,25 В при использовании кремниевых диодов. В нашем случае используются кремниевые диоды, значит U=0,25 B. Получаем rд » 0,25/0,24 » 1,04 Ом.
Рассчитаем значение мощности тока на входе сглаживающего фильтра Ро : Ро=UoIo=24´0,24=5,76 Вт
2. Параметры трансформатора. Найдем приведенное сопротивление трансформатора rт, поформуле:
rт=К1R0, где R0 – сопротивление нагрузки, К1 – коэффициент из номограммы на Рис.2
Рис.2
Для нашей схемы Р0=5,76 Вт, значит коэффициент К1»0,022. Получаем: rд=100´0,022=2,2 Ом.
Сопротивление диодов переменному току вычисляют по формуле: r~= rт+rд=2,2+1,04=3,24 Ом
По отношению с помощью графика на рис. 3, найдем
Рис. 3 вспомогательный коэффициент К3 и определим по формуле: Е11=К3´U0 э. д. с. вторичной обмотки трансформатора:
По графику находим К3 » 0,5,
Вычислим Е11=0,5´24=12 В, следовательно для того что бы на нагрузке было 24 В, нужен трансформатор, с напряжением вторичной обмотки 12 В.
Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определим по формуле:
;
Полученные параметры трансформатора:
Приведенное сопротивление трансформатора rт=2,2 Ом;
Э. д. с. вторичной обмотки трансформатора Е11=12 В;
Действующее значение тока вторичной обмотки I11=0,8 A.
Расчет конденсаторов. Номинальное напряжение электролитических конденсаторов С1 и С2 должно быть не менее вычисленного по формуле: UНОМ³K4´E11. При использовании конденсаторов К50-7 с UНОМ£ 400 В принимаем в этой формуле коэффициент K4 равным 1,3 , а при использовании конденсаторов всех других типов и номинальных напряжений K4=1,5.
Возьмём конденсатор типа К50-7 , тогда UНОМдолжно быть ³1,3´12=15,6 В.
Чтобы коэффициент пульсации напряжения не превышал значения РН=0,05, он должен иметь ёмкость не менее вычисленной по формуле:
Полученные параметры конденсаторов:
Номинальное напряжение UНОМ=15,6 В;
Нужная емкость С=3000 мкФ.
Данным условиям удовлетворяет электролитические конденсаторы К50-7 3300 Мкф номинальным напряжением 25 В.
Подбор элементов:
- Диоды – должны удовлетворять следующим условиям:
- Конденсаторы должны удовлетворять условиям:
- Используемый трансформатор должен иметь параметры:
Iвп. ср. макс³ 0,383 A и Uобр. и макс³ 40,8; этим двум условиям удовлетворяет диод типа КД204В, у которого Iвп. ср. макс=0,6 А, а Uобр. и макс=50 В.
Ёмкость С=3000 мкФ:
Номинальное напряжение UНОМ=15,6 В. Этим условиям удовлетворяют электролитические конденсаторы С номинальным напряжением больше 16 В и ёмкостью больше 3000 МкФ.
Данным условиям удовлетворяет электролитические конденсаторы К50-7 3300 Мкф номинальным напряжением 25 В.
Напряжение вторичной обмотки 12 В;
Сопротивление вторичной обмотки 2,2 Ома;
Ток вторичной обмотки 0,8 А.
Результаты расчетов.
Схема:
Удовлетворяет заданным параметрам т. е. имеет коэффициент пульсации меньше 0,05, выходное напряжение 24 В, если взять элементы: диоды VD1-VD2 - КД204В, у которого Iвп. ср. макс=0,6 А, а Uобр. и макс=50 В. Конденсаторы С1-С2 К50-7 емкостью 3300 Мкф и напряжением 25 В.
Трансформатор должен удовлетворять следующим условиям: напряжение на вторичной обмотке – 12В, сопротивление вторичной обмотки 2,2 Ома, ток вторичной обмотки 0,8 А.
Список используемой литературы
- Малинин Р. М. Справочник радиолюбителя конструктора. Москва “Энергия”, 1978г.
- Касаткин С. А. Электротехника. Москва “Энергоатомиздат”, 1983г.
- Берг А. И. Справочник начинающего радиолюбителя Москва, 1965г.