Задача 1. Расчёт однофазного неуправляемого выпрямителя.
Разработать схему мостового выпрямителя на полупроводниковых диодах с индуктивно-емкостнымLC-фильтром для выпрямления однофазного синусоидального напряжения. Исходные данные к задаче (напряжение сети U1,номинальное напряжение нагрузки Ud, номинальная мощность нагрузки Pd, допустимый коэффициент пульсацийКн) приведены в таблице 1.1. Частота питающего напряжения f= (50 Гц – группа №1; 100 Гц – группа №2; 400 Гц – группа №3; 60 Гц –группа №4). Необходимо выбрать тип вентилей, трансформатора, рассчитать параметры фильтра. Описать принцип работы схемы, осуществить моделирование её работы в среде Multisim.
Таблица 1.1 – Исходные данные к задаче 1
| Номер варианта | U1, В | Ud, В | Pd, Вт | Kн, % |
| 0,1 | ||||
| 0,2 | ||||
| 0,3 | ||||
| 0,4 | ||||
| 0,5 | ||||
| 0,6 | ||||
| 0,4 | ||||
| 0,8 | ||||
| 0,9 | ||||
| 1,0 | ||||
| 0,8 | ||||
| 0,3 | ||||
| 0,2 | ||||
| 0,4 | ||||
| 0,5 | ||||
| 0,1 | ||||
| 0,1 | ||||
| 0,9 | ||||
| 0,2 | ||||
| 0,4 | ||||
| 0,3 | ||||
| 0,7 | ||||
| 0,1 | ||||
| 0,3 | ||||
| 0,4 | ||||
| 0,5 |
Окончание таблицы 1.1
| 0,6 | ||||
| 0,9 | ||||
| 0,7 | ||||
| 0,5 | ||||
| 0,7 |
Пример решения задачи 1. Вариант 31
Схема однофазного мостового выпрямителя с LC-фильтром приведена на рисунке 1.1. Принцип ее работы описан в [4].
Рисунок 1.1 – Схема однофазного мостового выпрямителя с индуктивно-емкостным LC-фильтром
Ток нагрузки равен:
А.
Сопротивление нагрузки
Ом.
Для однофазного мостового выпрямителя среднее значение прямого тока через вентиль (выпрямительный диод) определяется как
А.
Обратное максимальное напряжение на вентилеравно:
В.
Выбираем вентили (выпрямительные диоды) 1N4934 (приложение А или электронный «Справочник по полупроводниковым приборам» - файл «INQUIRY.EXE» или) c параметрами:
– максимальный прямой ток Iпрmax=1A>Iа=0,3A;
– максимально допустимое обратное напряжение Uобрmax=100В >Uа обрmax=78,5В;
– максимальное напряжение в открытом состоянии Uпрmax=1,1В.
Для однофазного мостового выпрямителя действующее значение вторичного напряжения равно:
В.
Расчётная мощность трансформатора определяется как
В∙А.
Выбираем трансформатор (электронный справочник – файл «Силовые трансформаторы.pdf») ТПП 271-127/220-50:
В∙А > 
В∙А.
При последовательном соединении вторичных обмоток А, Б, В, Г получаем U2=9,95+10+20+20=59,95 В.
Тогда коэффициент трансформации
Коэффициент пульсации на выходе однофазного мостового выпрямителя Кп =0,67.
Требуемый коэффициент пульсации Кн = 0,007.
Коэффициент сглаживания фильтра равен:
Для LC–фильтра
Гн∙Ф,
где m– число пульс выпрямленного напряжения за период.
Зададимся 
мкФ. Тогда
Гн.
Параметры фильтра 
мкФ, 
Гн удовлетворяют условиям эффективной работы:
; 
.
; 
.
Модель однофазного неуправляемого мостового выпрямителя с фильтром приведена на рисунке 1.2 (файл «Мостовой выпрямитель.ms11»).
Рисунок 1.2 – Модель мостового выпрямителя с индуктивно-емкостным фильтром
Результаты моделирования:U2= 59,921 В, Id= 0,606 А, Ud = 52,04 В (задано Ud = 50 В), что соответствует заданию.Осциллограммы напряжений в контрольных точках приведены на рисунке 1.3.
Коэффициент пульсаций в нагрузке
,
что удовлетворяет заданиюКн=0,7% ≥ 0,0069∙100 %.
Рисунок 1.3 –Осциллограммы напряжения вторичной обмотки трансформатора U2, выпрямленного напряжения Uди значение первой гармоники U1m выпрямленного напряжения
Амплитуда первой гармоники выпрямленного напряжения U1mнаходится с помощью анализатора спектра XSA1 на удвоенной частоте питающего напряжения f1=2∙f=2∙50=100 Гц (рисунок 1.3).
Задача 2. Расчёт параметрического стабилизатора напряжения.
Разработать схему, выполнить расчёт и выбор элементов параметрического стабилизатора напряжения для обеспечения заданного напряжения на нагрузке Uн. Исходные данные к задаче (сопротивление нагрузки RН, минимальное напряжение источника Umin, максимальное напряжение источника Umax) приведены в таблице 1.2 (RНиз таблицы – группа №1;0,8∙RН– группа №2;1,2∙RН– группа №3; 1,4∙RН– группа №4). Необходимо определить величину балластного сопротивления Rб, описать принцип работы схемы, осуществить моделирование её работы в среде Multisim, проверить работоспособность схемы во всём диапазоне изменения входного напряжения, определить коэффициент стабилизации.
Таблица 1.2 – Исходные данные к задаче 2
| Номер варианта | UН , В | RH, Ом | Umin , В | Umax, В |
| 6,8 |
Пример решениязадачи 2. Вариант 31
Схема параметрического стабилизатора напряжения приведена на рисунке 1.4. Принцип ее работы описан в [2].
Рисунок 1.4 – Схема параметрического стабилизатора напряжения
Выбираем стабилитрон 1N4736Апо заданному напряжению на нагрузке UН (приложение Б или электронный «Справочник по полупроводниковым приборам» – файл «INQUIRY.EXE») cпараметрами:
– напряжение стабилизации Uст=6,8 В;
– минимальный ток стабилизации Iстmin=21 мА (в справочнике Iст);
– максимальный ток стабилизации Iстmax= 660 мА.
Найдём среднее значение напряжения источника Uср и тока стабилитрона Iсрст:
В,
мА.
Составим уравнение по второму закону Кирхгофа:
Из чего определим балластное сопротивление Rб:
Ом,
гдеIН– номинальный ток нагрузки,
А = 620 мА.
Принимаем из стандартного ряда Е24 (приложение В)Rб = 6,2 Ом. Рассмотрим, будет ли обеспечена стабилизация во всём диапазоне изменения входного напряжения:
В.
В.
Таким образом, стабилизация обеспечивается во всём диапазоне изменения входного напряжения (12…14 В).
Модель параметрического стабилизатора напряжения в среде Multisim приведена на рисунке 1.5(файл «Параметрический стабилизатор.ms11»). Входное напряжение задаётся с помощью источника постоянного напряжения U1или с помощью источника переменного напряжения U2= (14–12)/2=1 В(Pk) с постоянным смещениемUср= +13 В (напряжение смещения).
Необходимо привести результаты моделирования при минимальном входном напряжении Umin, максимальном входном напряжении Umax (задаются источником U1и диаграммы входного и выходного напряжений (рисунок 1.6).
Рисунок 1.5 – Модель параметрического стабилизатора напряжения
Рисунок 1.6 – Диаграммы входного U и выходного Uст напряжений
Стабилизация обеспечивается во всём диапазоне входных напряжений:
Uстmin= 6,845 В при Umin=12 В;Uстmax= 6,870 В при Umax=14 В.
Коэффициент стабилизации
,
где ΔUвх=Umax–Umin=14 – 12 = 2В;
ΔUст=Uстmax–Uстmin=6,870 – 6,845 = 0,025 В.