Выпрямители презентация

Структурная схема выпрямительного устройства
Тр – трансформатор
U2 – пониженное напряжение на выходе трансформатора (синусоидальное)
В – вентильная группа (диоды)
Uп – пульсирующее напряжение
Сф – сглаживающий фильтр
Rн – нагрузка
Uн – напряжение на нагрузке

Неуправляемый однополупериодный выпрямитель
Среднее значение выпрямленного напряжения
Ряд Фурье для напряжения Uн
Среднее значение тока на нагрузке
U2 =2.22Uнср

Неуправляемый однополупериодный выпрямитель
Количественно пульсации оценивают коэффициентом пульсаций p, равным отношению амплитуды основной гармоники в выражениях к постоянной составляющей, т.е. к Uнср.
Напряжение на нагрузке
uн(t)=Uнср+uп(t)

Неуправляемый однополупериодный выпрямитель
Диоды по прямому току и обратному напряжению выбираются по соотношениям:
Iпрср=Iнср
Для надежной работы диодов в выпрямителе требуется выполнение условий:
Iпрср > Iнср
с превышением 30%.

Неуправляемый двухполупериодный (мостовой) выпрямитель
Ряд Фурье для напряжения Uн
Среднее значение выпрямленного напряжения
U2 =1.11Uнср
Среднее значение тока на нагрузке

Неуправляемый двухполупериодный (мостовой) выпрямитель
Коэффициент пульсаций p
Диоды по прямому току и обратному напряжению выбираются по соотношениям:
Iпрср=Iнср/2

Однополупериодный выпрямитель с емкостным фильтром
Время разрядки конденсатора
τразр=СфRн
Коэффициента пульсаций
Средневыпрямленное напряжение выпрямителей

Тиристоры
Тиристор — это четырехслойный полупроводниковый прибор с тремя p-n переходами, обладающий двумя устойчивыми состояниями: тиристор закрыт и тиристор открыт.

Управляемый однополупериодный выпрямитель
Среднее значение выпрямленного напряжения
Чем больше угол α, тем позже открывается тиристор VS, а следовательно, меньше значение выпрямленного напряжения ud

Управляемый однополупериодный выпрямитель

Задача 1.
Для схемы на рисунке, заданы U1=10 B, U2=13 B, U3=15 В, U4=22 B, R1=R2=1кОм. Определить Uвых.
Решение:
Когда U1=U2=U3=0, диоды закрыты и напряжение Uвых=U4·R2/(R1+R2)=11В. Напряжение на выходе всех диодов будет равно Uвых, , т.к. это точки равного потенциала.
При подключении источника с напряжением U1, напряжение Uвых не изменится т.к. диоды закрыты U1 ˂Uвых.
При подключении источника с напряжением U2 напряжение Uвых станет равным 13 В т.к. U2˃Uвых диод VD2 будет открыт.
При подключении источника с напряжением U3 откроется диод VD3 в этой ветви, напряжение Uвых станет равным 15 В. Остальные диоды закроются.
! В данной конфигурации схемы диод с наибольшим потенциалом на входе автоматически закрывает все остальные диоды.
Uвых =15 В.

Задача 2
Определить ток в цепи и напряжение на диодах VD1 и VD2 , вольтамперные характеристики которых представлены на рисунке ниже, если U=2.5 В, Rн=25 Ом.
Решение.
Строим суммарную ВАХ диодов U12=UVD1 +UVD2
Используя метод пересечения характеристик, построим ВАХ нагрузочного резистора (рис.1-7в) U12=U-I·Rн по двум точкам
а) Режим холостого хода (хх): I=0; U12=U=2.5 В
б) Режим короткого замыкания (кз): U12=0; Iкз=U/Rн=2.5/25=100 мА
3. Точка пересечения линии нагрузки и суммарной
ВАХ диодов даёт решение задачи .
Ответ: U1=0.6 В, U2=0.7 В, Uн =1.2 В, I=45 мА

Задача 3
Считая диоды идеальными, найти значения токов и напряжения для цепи, показанной на рисунке, если Uп1=10 В, Uп1=-10 В, R1=5 кОм, R2=10 кОм
Для цепи, изображенной на схеме, не является очевидным, находятся ли оба диода в проводящем состоянии. В этом случае первоначально сделаем предположение о нахождении диодов в проводящем состоянии (эквивалентны пустому проводу), проделаем вычисления и проверим правильность нашего предположения. Если ток через открытые диоды окажется положительным, то предположение верно.
Предположим, что оба диода открыты и их внутренние сопротивления Rпр=0, следует, что в точке «В» напряжение UB=0, а напряжение на выходе U=0 (т.к. это напряжение между двумя землями). Ток I2 через диод VD2 может быть определен из выражения:
Уравнение для токов в узле «В»:
Оба тока через диоды оказались положительными, значит, предположение верно.

Задача 4
Нарисовать вольт – амперную характеристику стабилитрона, который имеет параметры: Uст=12 В, Iст min=3 мА, Iст mах=50 мА. Rдиф=25 Ом.
Решение:
ВАХ стабилитрона строится по трём точкам: Uст min, Uст, Uст mах.
∆Iст=Iст mах -Iст min=50–3=47 мА
∆ Uст=Uст mах-Uст min=∆Iст Rдиф=0.047·25=1.175 В
Uст min=Uст-∆Uст/2=11.42 В
Uст mах =Uст+∆Uст/2=12.59 В

Задача 5
Определить напряжение на входе стабилизатора. Параметры стабилитрона: Uст=12 В, Iст min=5 мА, Iст mах=35 мА, Rбал=800 Ом.
Ток I=Iст определяется по формуле:
Так как стабилитрон и балластное сопротивление соединены последовательно.
По второму закону Кирхгофа:
Задача 6
Чему равно относительное изменение напряжения на выходе параметрического стабилизатора, если ток стабилитрона изменился на 2 мА, Uст=8 В, Rдиф=16 Ом?
Решение:
Относительное изменение напряжение на выходе:
Решение:

Задача 7
Для стабилизации напряжения в нагрузке Rн=2 кОм используется параметрический стабилизатор напряжения. Стабилитрон имеет параметры : Iстmin=1 мА, Iстmax=23 мА, Rдиф=30 Ом; номинальное напряжение на выходе Uн=11 В, входное напряжение Uвх=22 В. Определить Кст и Rбал.
Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора:
Основные соотношения токов и напряжений в стабилизаторе определяются первым и вторым законами Кирхгофа для схемы стабилизации:
Балластное сопротивление равно:

Задача 8
В однополупериодном выпрямителе напряжение на вторичной обмотке трансформатора U2 =150 В. Частота напряжения сети 50 Гц, Rн=2 кОм. Определить Uнср, Iпрд, Iнср,Uобрмакс, коэффициент пульсаций р.
Решение:
Определяем средневыпрямленное напряжение для однополупериодного выпрямителя: Uнср =√2·U2/π=67.36
По закону Ома рассчитывается средневыпрямленный ток
Iнср=Uнср/ Rн =67.36/2000=0.0337 А
В однополупериодной схеме ток через диод равен средневыпрямленному току: Iпрд =Iнср=0.0337 А.
Обратное максимальное напряжение на запертом диоде во втором полупериоде входного напряжения равно амплитуде входного напряжения:
Uобрмакс=√2·U2=212 В.
Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения в схеме однополупериодного выпрямителя определяется по формуле:
р=Uосн m/ Uнср=1.57

Задача 9
В однополупериодном выпрямителе, работающем на Rн=250 Ом, действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора U2=10 В. Определить, с каким допустимым прямым током надо выбрать полупроводниковый диод.
Напряжение на входе выпрямителя Uнср=√2·U2/π=4.5 В
Iнср=Uнср/ Rн=4.5/250=0.018 А
Iпрд=Iнср=0.018 А
Допустимый прямой ток, с которым надо выбрать диод рассчитывается с 30% запасом:
Iпрдоп=1.3·Iпрд=0.0234 А
Временная диаграмма входного и выходного напряжений выпрямителя

Задача 10
Определить емкость конденсатора фильтра Сф в мостовом выпрямителе, если выпрямленное напряжение Uнср=12 В, ток Iнср=10 мА, а коэффициент пульсаций не должен превышать 0.05. Частота напряжения сети f=50Гц.
Решение
Сопротивление нагрузки выпрямителя определяется по закону Ома:
Емкость конденсатора фильтра Сф в мостовом выпрямителе определяется по формуле: