Для чего служит диод vd1 – Для чего служит диод vd1

Что такое диод и как его проверить

Приветствую друзья!

Мы настолько привыкли к компьютерам, что не представляем своей жизни без них. Эти жужжащие ящики на наших столах собраны из множества различных «железок». Интересно отметить, что ни один из этих составных «кирпичиков» сам по себе не может похвастаться теми свойствами, которыми обладает компьютер.

А собранные вместе, они являют собой нечто совершенно уникальное!

Какой кирпич не возьми – это только кусок обожженной глины; не сразу и понятно, к какому делу его – самого по себе — можно приспособить.

Это как дом, построенный из кирпичей.

Но несколько тысяч собранных определенным образом таких кусков глины — это жилище, которое защищает от непогоды и предоставляет крышу над головой.

Разумеется, можно пользоваться компьютером (и жить в доме) и не представлять себе, как эти штуки устроены.

Но если вы хотите научиться «лечить» ваши компьютеры, то придется разбираться, как устроены их составные части.

Поэтому сегодня мы поговорим об одном из компьютерных «кирпичиков» чуть более подробно. Мы попытаемся кратко познакомиться с тем, что такое полупроводниковые диоды и зачем они нужны.

Что такое диод?

Диоды применяются в компьютерных блоках питания для выпрямления переменного тока.

Выпрямительный диод – это деталь, имеющая в своем составе соединенные вместе полупроводники двух типов – p-типа (positive – положительный) и n–типа (negative – отрицательный).

При их соединении (сплавлении) образуется так называемый p-n переход. Этот переход обладает разным сопротивлением при различной полярности приложенного напряжения.

Если напряжение приложено в прямом направлении (положительная клемма источника напряжения подключена к p-полупроводнику — аноду, а отрицательная – к n-полупроводнику — катоду), то сопротивление диода невелико.

В этом случае говорят, что диод открыт. Если полярность подключения изменить на противоположную, то сопротивление диода будет очень большим. В таком случае говорят, что диод закрыт (заперт).

Когда диод открыт, то на нем падает какое-то напряжение.

Это падение напряжения создается протекающим через диод так называемым прямым током и зависит от величины этого тока.

Причем зависимость эта нелинейная.

Конкретное значение падения напряжения в зависимости от протекающего тока можно определить по вольт-амперной характеристике.

Эта характеристика обязательно приводится в полном техническом описании (data sheets, справочных листах).

Например, на распространенном диоде 1N5408, применяемом в компьютерном блоке питания, при изменении тока от 0,2 до 3 А падение напряжения изменяется от 0,6 до 0,9 В. Чем больше протекающий через диод ток, тем больше падение напряжения на нем и, соответственно, рассеиваемая на нем мощность (P = U * I). Чем большая мощность рассеивается на диоде, тем сильнее он греется.

Мостовая схема выпрямления

В компьютерном блоке питания при выпрямлении сетевого напряжения применяется обычно мостовая схема выпрямления – 4 диода, включенные определенным образом.

Если клемма 1 имеет положительный относительно клеммы 2 потенциал, то ток пойдет через диод VD1, нагрузку и диод VD3.

Если клемма 1 имеет отрицательный клеммы 2 потенциал, то ток потечет через диод VD2, нагрузку и диод VD4. Таким образом, ток через нагрузку хоть и меняется по величине (при переменном напряжении), но протекает всегда в одном направлении – от клеммы 3 к клемме 4.

В этом и заключается эффект выпрямления. Если бы не было диодного моста – ток по нагрузке протекал бы в разных направлениях. С мостом же он протекает в одном. Такой ток называется пульсирующим.

В курсе высшей математики доказывается, что пульсирующее напряжение содержит в себе постоянную составляющую и сумму гармоник (частот, кратных основной частоте переменного напряжения 50 Герц). Постоянная составляющая выделяется фильтром (конденсатором большой емкости), который не пропускает гармоники.

Схема выпрямления из двух диодов

Выпрямительные диоды присутствуют и в низковольтной части блока питания. Только схема включения состоит там не из 4-х диодов, а из двух.

Внимательный читатель может спросить: «А почему это используются разные схемы включения? Нельзя ли применить диодный мост и в низковольтной части?»

Можно, но это будет не лучшее решение. В случае диодного моста ток проходит через нагрузку и два последовательно включенных диода.

В случае использования диодов 1N5408 общее падение напряжения на них может составить величину 1,8 В. Это очень немного по сравнению с сетевым напряжением 220 В.

А вот если такая схема будет применена в низковольтной части, то это падение будет весьма заметным по сравнению с напряжениями +3,3, +5 и +12 В. Применение схемы из двух диодов уменьшает потери вдвое, так как последовательно с нагрузкой включен один диод, а не два.

К тому же, ток во вторичных цепях блока питания гораздо больше (в разы), чем в первичной.

Следует отметить, для этой схемы трансформатор должен иметь две одинаковые обмотки, а не одну. Схема выпрямления из двух диодов использует оба полупериода переменного напряжения, также как и мостовая.

Если потенциал верхнего конца вторичной обмотки трансформатора (см схему) положителен по отношению к нижнему, то ток протекает через клемму 1, диод VD1, клемму 3, нагрузку, клемму 4 и среднюю точку обмотки. Диод VD2 в это время заперт.

Если потенциал нижнего конца вторичной обмотки положителен по отношению к верхнему, то ток протекает через клемму 2, диод VD2, клемму 3, нагрузку, клемму 4 и среднюю точку обмотки. Диод VD1 в это время заперт. Получается тот же пульсирующий ток, что и при мостовой схеме.

Теперь давайте покончим со скучной теорией и перейдем к самому интересному – к практике.

Проверка диодов

Для начала скажем, что перед началом проверки диодов, хорошо бы ознакомиться с тем, как работать с цифровым тестером.

Об этом рассказывается в соответствующих статьях здесь, здесь и здесь.

Диод на электрических схемах изображается символически в виде треугольника (стрелочки) и палочки.

Палочка – это катод, стрелочка (она указывает направление тока, т.е. движения положительных зарядов) – анод.

Проверить диодный мост можно цифровым тестером, установив переключатель работы в положении проверки диодов (указатель переключателя диапазонов тестера должен стоять напротив символического изображения диода).

Если присоединить красный щуп тестера к аноду, а черный — к катоду отдельного диода, то диод будет открыт напряжением с тестера.

Дисплей покажет величину 0,5 – 0,6 В.

Если изменить полярность щупов, диод будет заперт.

Дисплей при этом покажет единицу в крайнем левом разряде.

Диодный мост часто имеет символическое обозначение вида напряжения на корпусе (~ переменное напряжение, +, — постоянное напряжение).

Диодный мост можно проверить, установив один щуп на одну из клемм «~», а второй – поочередно на выводы «+» и «-».

При этом один диод будет открыт, а другой закрыт.

Если поменять полярность щупов – то тот диод, который был закрыт, теперь откроется, а другой закроется.

Следует обратить внимание на то, что катод – это плюсовой вывод моста.

Если какой-то из диодов закорочен, тестер покажет нулевое (или очень небольшое напряжение).

Такой мост, естественно, непригоден для работы.

В закоротке диода можно убедиться, если тестировать диоды в режиме измерения сопротивления.

При закороченном диоде тестер покажет небольшое сопротивление в обоих направлениях.

Как уже говорилось, во вторичных цепях используется схема выпрямления из двух диодов.

Но даже на одном диоде падает достаточно большое напряжение по сравнению с выходными напряжениями +12 В, +5 В, +3,3 В.

Токи потребления могут достигать 20 А и более, и на диодах будет рассеиваться большая мощность.

Вследствие этого они будут сильно греться.

Мощность рассеяния уменьшится, если будет меньшим прямое напряжение на диоде.

Поэтому в таких случаях применяют так называемые диоды Шоттки, у которых прямое падение напряжения меньше

.

Диоды Шоттки

Диод Шоттки состоит не из двух различных полупроводников, а из металла и полупроводника.

Получающийся при этом так называемый потенциальный барьер будет меньше.

В компьютерных блоках питания применяют сдвоенные диоды Шоттки в трехвыводном корпусе.

Типичным представителем такой сборки является SBL2040. Падение напряжения на каждом из ее диодов при максимальном токе не превысит (по даташиту) 0,55 В. Если проверить ее тестером (в режиме проверки диодов), то он покажет величину около 0,17 В.

Меньшая величина напряжения обусловлена тем, что через диод протекает очень небольшой ток, далекий от максимального.

В заключение скажем, что у диода есть такой параметр, как предельно допустимое обратное напряжение. Если диод заперт – к нему приложено обратное напряжение. При замене диодов надо учитывать эту величину.

Если в реальной схеме обратное напряжение превысит предельно допустимое – диод выйдет из строя!

Диод – важная «железка» в электронике. Чем бы еще мы выпрямляли напряжение?

Купить диоды для экспериментов можно здесь:

До встречи на блоге!

vsbot.ru

Для чего служит диод vd1. Диоды и их разновидности

Рано или поздно, при постройке робота, возникнет нужда в точных перемещениях, например, когда захочется сделать манипулятор. Вариантов тут два — сервопривод , с обратными связями по току, напряжению и координате, либо шаговый привод. Сервопривод экономичней, мощней, но при этом имеет весьма нетривиальную систему управления и под силу далеко не всем, а вот шаговый двигатель это уже ближе к реальности.

Шаговый двигатель это, как понятно из его названия, двигатель который вращается дискретными перемещениями . Достигается это за счет хитрой формы ротора и двух (реже четырех) обмоток. В результате чего, путем чередования направления напряжения в обмотках можно добиться того, что ротор будет по очереди занимать фиксированные значения.
В среднем, у шагового двигателя на один оборот вала, приходится около ста шагов. Но это сильно зависит от модели двигателя, а также от его конструкции. Кроме того, существуют полушаговый и микрошаговый режим , когда на обмотки двигателя подают ШИМованное напряжение, заставляющее ротор встать между шагами в равновесном состоянии, которое поддерживается разным уровнем напряжения на обмотках. Эти ухищрения резко улучшают точность, скорость и бесшумность работы, но снижается момент и сильно увеличивается сложность управляющей программы — надо ведь расчитывать напряжения для каждого шага.

Один из недостатков шаговиков, по крайней мере для меня, это довольно большой ток. Так как на обмотки напруга подается все время, а такого явления как противоЭДС в нем, в отличии от коллекторных двигателей, не наблюдается, то, по сути дела, мы нагружаемся на активное сопротивление обмоток, а оно невелико. Так что будь готов к тому, что придется городить мощный драйвер на MOSFET транзисторах или затариваться спец микросхемами.

Типы шаговых двигателей
Если не углубляться во внутреннюю конструкцию, число шагов и прочие тонкости, то с пользовательской точки зрения существует три типа:

• Биполярный — имеет четыре выхода, содержит в себе две обмотки.
• Униполярный — имеет шесть выходов. Содержит в себе две обмотки, но каждая обмотка имеет отвод из середины.
• Четырехобмоточный — имеет четыре независимые обмотки. По сути дела представляет собой тот же униполярник, только обмотки его разделены. Вживую не встречал, только в книжках.

Униполярный отличается от биполярного только тем, что ему нужна куда более простая схема управления, а еще у него значительно слабее момент. Так как работает он только половинами обмоток. НО! Если оторвать нафиг средний вывод униполярника, то мы получим обычный биполярный . Определить какой из выводов средний не сложно, достаточно прозвонить сопротивление тестером. От среднего до крайних сопротивление будет равно ровно половине сопротивления между крайних выводов. Так что если тебе достался униполярник, а схема подключения для биполярного, то не парься и отрывай средний провод.

Где взять шаговый двигатель.
Вообще шаговики встречаются много где. Самое хлебное место — пятидюймовые дисководы и старые матричные принтеры . Еще ими можно поживиться в древних винчестерах на 40Мб, если, конечно, рука поднимется покалечить такой антиквариат.
А вот в трехдюймовых флопарях нас ждет облом — дело в том, что там шаговик весьма ущербной конструкции — у него только один задний подшипник, а передним концом вал упирается в подшипник закрепленный на раме дисковода. Так что юзать его можно только в родном креплении. Либо городить высокоточную крепежную конструкцию. Впрочем, тебе может повезет и ты найдешь нетипичный флопарь с полноценным движком.

Схема управления шаговым двигателем
Я разжился контроллерами шаговиков L297 и мощным сдвоенным мостом L298N.

Лирическое отступление, при желании можно его пропустить

Схема включения L298N+L297 до смешного проста — надо тупо соединить их вместе. Они настолько созданы друг для друга, что в даташите на L298N идет прямой отсыл к L297 , а в доке на L297 на L298N .

Осталось только подключить микроконтроллер.

• На вход CW/CCW подаем направление вращения — 0 в одну сторону, 1 — в другую.
• на вход CLOCK — импульсы. Один импульс — один шаг.
• вход HALF/FULL задает режим работы — полный шаг/полушаг
• RESET сбрасывает драйвер в дефолтное состояние ABCD=0101.
• CONTROL определяет каким образом задается ШИМ, если он в нуле, то ШИМ образуется посредством выходов разрешения INh2 и INh3 , а если 1 то через выходы на драйвер ABCD. Это может пригодится, если вместо L298 у которой есть куда подключать входы разрешения INh2/INh3 будет либо самодельный мост на транзисторах, либо какая-либо другая микросхема.
• На вход Vref надо подать напряжение с потенциометра, которое будет определять максимальную перегрузочную способность. Подашь 5 вольт — будер работать на пределе, а в случае перегрузки сгорит L298 , подашь меньше — при предельном токе просто заглохнет. Я вначале тупо загнал туда питание, но потом передумал и поставил подстроечный резистор — защита все же полезная вещь, плохо будет если драйвер L298 сгорит.
  Если же на защиту пофигу, то можешь заодно и резисторы, висящие на выходе sense выкинуть нафиг. Это токовые шунты, с них L297 узнает какой ток течет через драйвер L298 и решает сдохнет он и пора отрубать или еще протянет. Там нужны резисторы помощней, учитывая что ток через драйвер может достигать 4А, то при рекомендуемом сопротивлении в 0.5 Ом, будет падение напряжения порядка 2 вольт, а значит выделяемая моща будет около 4*2=8 Вт — для резистора огого! Я поставил двухваттные, но у меня и шаговик был мелкий, не способный схавать 4 ампера.

Правда на будущее, когда я буду делать роботу шаговый привод, я возьму не связку L297+L293 , а микруху L6208 которая может и чуть слабей по току, но зато два в одном! Сразу подключай двигатель и работай. Если же их покупать, то на L6208 получается даже чуть дешевле. Радиолюбителю Бытовая техника

Простой драйвер для шагового двигателя

Порой встает вопрос о том, как бы управлять шаговым двигателем. Как правило, это нужно осуществить, при проектировании какой-нибудь самоделки или более серьезного проекта, например станка с числовым программным управлением. Естественно, такое управление можно купить. Но, драйвер для шагового двигателя из принтера также можно сделать. Это будет самый простой вариант, который наглядно продемонстрирует возможность управлять этим устройством.

Понадобится старый принтер или сканер, можно неработающий. Оттуда, собственно, и будет извлечен шаговый двигатель, если такового нет в наличии. Также из платы потребуется выпаять управляющую микросхему под названием ULN2003. Она может быть и другая, в разной технике стоят различные микросхемы. Подойдут её аналоги: TD62003, отечественная К1109КТ22, более популярная MC1413, L203 и SG2003.

В принципе, подойдут и собратья этих микросхем, такие как ULN2023A, ULN2803 и им подобные. Стоит только смотреть даташиты. Микросхемы можно купить или выпаять из подобно

girlsgameland.ru

Выбираем диоды vd1-vd4 1n4003 с параметрами:

Uобр_макс=200В,Ivd_max=1А.

Входной фильтр представляет собой индуктивно-емкостной фильтр для

сглаживания напряжения сети. Так как жестких требований к качеству

напряжения на выходе входного фильтра нет, и величина пульсаций в нем

зачастую определяется допустимой амплитудой переменной составляющей

конденсатора, зададимся значением К′п = 0,05, удовлетворяющим

большинству используемых конденсаторов. Учитывая, что коэффициент

пульсаций на выходе однофазного выпрямителя Кп = 1,57,

определим коэффициент сглаживания фильтра как:

Ксгл=Кп/К`п=1,57/0,05=31,4.

Рассчитаем входной фильтр:

=

Среднее значение тока первичной обмотки:

I1ср==

Индуктивность выбирается из условия непрерывности тока в дросселе

по выражению:

L>

Конденсатор входного фильтра:

С=

Выбираем: конденсатор К50-35 1мкФ 250В, дроссель Д4-0,6-0,12.

3.2 Расчет системы управления.

Расчет и выбор драйвера:

Определим выходной ток драйвера:

,

где Свх = 140пФ, Uз = 15В – максимальное напряжение на затворе транзистораIRF740.

Определим время включения:

,

Rз =Uз/Imax= 15/2 = 7.5 Ом.

Отсюда, ,

Тогда Iдр == 0,08А.

Был выбран драйвер HCPL5150, удовлетворяющий требованиям технического задания. Схема подключения драйвера с полевым транзистором изображена на рисунке 2.2.1:

Рис.1.2.1 – Схема подключения драйвера.

Расчет датчика тока:

В качестве датчика тока используем шунт ШСМ 75-0,1-5А.

При протекании через него тока Iн=2А его выходное напряжение составит:

Расчет согласующего устройства:

Исходные данные: Uвх = 50мВ,Uвых = 10В.

Рассчитаем коэффициент усиления:

Зададим резистор R2 = 10 кОм. Отсюда:

R1 =R2/-Koc=50 Ом.

R3 =R1||R2=50 Ом.

Выбираем прецизионные резисторы:

R1: С1-4 50 Ом;

R2: С1-4 10 кОм;

R3:C1-4 50 Ом.

Рассчитаем источник опорного напряжения:

Исходные данные: Uвых=10В.

Выбираем стабилитрон из условия Uстаб>Uвых,Uстаб≤Еп. Был выбран стабилитрон КС512А со следующими параметрами:Uстаб = 11,5-12,5В,Iстаб=3-12мА.

Выбираем полевой транзистор с каналом n-типа 2n7000:Iстаб = 5мА.

Ток через подстроечный резистор R1 не должен превышать 10% от тока стабилизации. Значит,Ir₁ = 0.5мА.

Рассчитаем R1:

Выбираем переменный резистор r-0904n-a25k.

В качестве операционного усилителя выбираем ОУ общего применения LM358D. Его основные параметры:

Напряжение питания: 3-32В;

Входной ток: 50 мА;

Максимальный выходной ток: 60 мА;

Напряжение смещения: 2 мВ.

Расчет дифференциального усилителя:

Исходные данные: U1вх = 10В,U2вх = 11В,Uвых = 10В.

При одинаковом отношении сопротивлений

имеем .

Зададим R2 = 10 кОм.

Рассчитаем R1 из соотношения:

Отсюда R1 = 1кОм.

Примем R3=R1 иR4=R2, т.к. при таком равенстве будет минимальный сдвиг.

Расчет ШИМ-преобразователя:

Расчет интегратора и компаратора.

Интегратор:

Рис. 1.4.1 – Принципиальная схема интегратора.

Примем R1 = 10 кОм. Конденсатор рассчитаем из условия:

τ = R1*C1 > 10T_пр,

где T_пр =1/f_пр = 1/30000 = 0.33 мкс.

Следовательно, R1*C1 > 3.3 мкс. Отсюда С1 = 330 пФ.

Компаратор:

Рис. 1.4.2 – Схема включения компаратора 521СА3.

Выбираем компаратор 521СА3 со следующими параметрами:

Напряжение источника питания положительной полярности: 16,5 В

Входное напряжение: 30 В

Между коллектором и эмиттером компаратора включен светодиод драйвера:

Рис. 1.4.3 – Подключение к светодиоду драйвера.

Рассчитаем токоограничительный резистор:

,

где Uvd–падение напряжения на светодиоде, равное 2,4 В;

Iпр – ток потребления, равный 6 мА.

Выбираем прецизионный резистор: С1-4 Rогр = 2,2 кОм.

Расчет ГПН:

Исходные данные:

Um= 10B;

T= 1/f= 100мкс;

t_пр= ɣ*Т= 50мкс;

t_ox= 50мкс;

Iн = 100нА.

Зададим зарядный ток конденсатора Iз = 1мА. По максимальному току коллектора и напряжению Uкэ был выбран биполярный транзистор VT2: 2N4401BU.

Принимаем падение напряжения U_R3=1B. Рассчитаем номинал резистораR3:

R3 =U_R3/Iз = 1/0.001 = 1 кОм.

Рассчитаем базовый ток транзистора VT2:

Iб =Iз/β= 0.001/40 = 25 мкА.

Зададим ток делителя R1,R2:Iд = 250 мкА. Учитывая, что напряжение перехода база-эмиттер транзистораVT2 равно 0.7В, падение напряжения на резистореR1 будет также примерно 0.7 В. Следовательно, падение напряжения на резистореR2 = 10-0,7 = 9,3В.

Рассчитаем номиналы резисторов R1 иR2:

R1 = 0.7/0.00025 = 2.8 кОм;

R2 = 9.3/0.00025 = 37.2 кОм.

Рассчитаем величину конденсатора:

С = (Iз × tпр) / Umax = (0,001*0,00005)/10 = 5нФ.

Определяем разрядный ток, протекающий через ключ VT3, во время обратного хода:

Iразр = {(С × Umax) / tох} +Iз = [(0,000000005*10)/0,00005]+0,001 = 2 мА.

В качестве транзистора VT3 был выбранBC556B.

Рассчитываем базовый ток транзистора VT1:

Iб =Iразр / ß = 0,002/125 = 16 мкА.

Рассчитываем величину резистора Rб:

= (12-0,7)/0,000016 = 706 кОм.

Выбираем из прецизионных резисторов С1-4:

Rб = 750 кОм;

R1 = 3 кОм;

R2 = 39 кОм.

Расчет задающего генератора:

Выбираем резисторы ,в схеме задающего генератора (рис.1.4.5):

кОм

Тогда уравнения длительности импульса и паузы равны:

,

.

Найдем , предварительно задавкОм:

С₁== 1/(1,1*30000*100000*1,093) = 277 пФ.

Из ряда Е12 выбираем = 270 пФ.

Разделив t_имнаt_п, получим:

Найдем резистор :

кОм

Заключение

При выполнении данного курсового проекта была разработана система

управления импульсным регулятором тока на основе обратноходового

преобразователя, управляемым по принципу широтно-импульсного

модулирования. Полученный регулятор удовлетворяет всем начальным

условиям проекта.

При разработке импульсного преобразователя был получен опыт по

управлению вторичными источниками электропитания, закреплены полученные ранее знания, а также получен дополнительный опыт по расчету различных элементов электронных схем.

studfile.net

Для самых начинающих

Проводник, резистор, — они пропускают ток в обоих направлениях, то есть, резистору или лампочке совершенно безразлично к «плюсу» или к «минусу» источника питания они подключены. Другое дело — диоды, они пропускают ток только в одном направлении, и это их главное свойство, которое используется в различных схемах выпрямителей и другой электронике.

Полупроводниковый диод представляет собой корпус, внутри которого находится полупроводниковый кристалл, ну и два вывода для его подключения. Корпуса бывают самые разные, — стеклянные, пластмассовые, металлические, керамические. А выводы, — проволочные гибкие, негибкие и даже с винтами для крепления, а так же, выводы под поверхностный монтаж.

Треугольником обозначен анод (+), а черточкой катод (-). Ниже показано как выглядят диоды типа КД226 и КД209. Диод КД226 имеет цилиндрическую форму, диод КД209 — овальную. Хочу заметить, что обозначения выводов (анод, катод) у разных типов диодов различаются. Например, у КД226 со стороны катодного вывода есть метка — полоска, а у КД209 метка (точка) у анодного вывода.

Еще бывает что на корпусе диода нарисовано изображение символа диода, но это обычно на диодах в металлических корпусах. Он включен между лампочкой и источником питания. Когда анод диода идет к плюсу источника питания (а катод, соответственно, к минусу), то ток в цепи течет и лампа горит. В таком положении он ток не пропускает, поэтому лампа не горит.

Если сравнивать диод с чем-то неэлектрическим, то это будет похоже на действие ниппеля, то есть, в одну сторону он воздух (или воду) пропускает, а в обратную, — нет. Вот так работает и диод, только относительно к электрическому току. Теперь немного о практическом применении. Допустим, нужно переключать две лампочки, но для связи с лампочками есть только два провода. Здесь лампочки переключаются с помощью переключателя S1, и нужно три провода.

Если использовать диоды и переключатель, изменяющий полярность подключения источника, то можно обойтись двумя проводами. Здесь двойной переключатель S1. Когда он находится в показанном на схеме положении, то ток от батарейки проходит через диод VD1, а через диод VD2 не проходит, поэтому горит лампа Н1, а лампа Н2 не горит.

Если переключатель S1 переключить в противоположное показанному на схеме положение, то ток будет проходить через диод VD2, а через VD1 проходить не будет. Поэтому будет гореть только Н2. Как уже сказано выше, цоколевка разных диодов существенно различается, — у одних отмечен катод, у других анод, поэтому для определения выводов диода нужно пользоваться справочником. Испытуемый диод здесь VD. Когда он подключен а по надписям «Анод», «Катод» можно определить его назначение выводов.

Если VD подключить наоборот, лампа гореть не будет. Проверить диод можно и мульти-метром (обычно у мультиметра есть такой режим) или даже обычным омметром, -прямое сопротивление диода многократно ниже обратного. Эта схема очень интересна тем, что полярность выходного напряжения в ней не зависит от полярности входного. Если мы перевернем батарейку, то ток теперь пойдет через диоды VD3 и VD2.

В результате полярность выходного напряжения не изменится. Таким образом, полярность напряжения на выходе диодного моста не зависит от полярности напряжения на его входе. Это интересное свойство используется во многих выпрямителях и сетевых источниках питания. На вход моста подают переменное напряжение, то есть, напряжение полярность которого периодически меняется. А на выходе моста получается напряжение неизменной полярности, то есть, выпрямленное.

На вход поступает синусоидальное переменное напряжение, а на выходе получается постоянное пульсирующее. Положительные полуволны входного переменного напряжения проходят через диоды VD1 и VD4, а отрицательные — через диоды VD2 и VD3. Выпрямительный мост как будто выворачивает отрицательную полуволну переменного напряжения наверх, в зону положительного. В результате обе полуволны получаются положительными.

Впрочем, выпрямитель можно сделать и на одном диоде, но он будет не таким эффективным, так одна полуволна остается неиспользуемой. Такой выпрямитель называет однополупериодным, так как он пропускает только один полупериод входного переменного напряжения, а второй полупериод «обрезает».

Эксплуатация TDA2030 возможна и с одним питающим напряжением. В этом случае с помощью делителя R1-R2 и резистора R3 на не инвертирующий вход ИМС подается напряжение смещения, равное половине питающего.

Конденсатор С1 «не пускает» звуковые частоты в цепь делителя. На выходе (выводе 4) ИМС также возникает постоянное напряжение, равное половине питающего, поэтому подключение громкоговорителя осуществляется через разделительный конденсатор С8. Входной импеданс усилителя практически совпадает с величиной сопротивления R3, т.е. составляет около 100 кОм.

Прочие элементы схемы аналогичны тем, которые использованы в предыдущей схеме усилителя. Здесь также предусмотрена возможность питания пред усилителя. Транзисторы Т1 и Т2 включены по схеме Дарлингтона. Светодиод D12 индицирует включенное состояние усилителя. Ток светодиода ограничивается резистором R9 на уровне 20 мА. Во втором усилителе охлаждение требуется для микросхемы УМЗЧ и транзистора Т1 блока питания,

Для них, а также для интегральных схем стабилизаторов напряжения первого усилителя целесообразно изготовить радиаторы по чертежу. Материалом может служить медная или алюминиевая пластинка с оптимальной толщиной 1,5 мм. Измерение параметров этого усилителя не выявило существенных отличий по сравнению с первым вариантом. Выходная мощность, а также искажения оказались практически идентичны.

imolodec.com

Устройство и работа выпрямительного диода. Диодный мост

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомиться с полупроводниковыми диодами. В предыдущей части статьи мы с Вами разобрались с принципом работы диода, рассмотрели его вольт-амперную характеристику и выяснили, что такое пробой p-n перехода.
В этой части мы рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов.

Выпрямительный диод – это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Однако, это далеко не полная область применения выпрямительных диодов: они широко используются в цепях управления и коммутации, в схемах умножения напряжения, во всех сильноточных цепях, где не предъявляется жестких требований к временным и частотным параметрам электрического сигнала.

Общие характеристики выпрямительных диодов.

В зависимости от значения максимально допустимого прямого тока выпрямительные диоды разделяются на диоды малой, средней и большой мощности:

малой мощности рассчитаны для выпрямления прямого тока до 300mA;
средней мощности – от 300mA до 10А;
большой мощности — более 10А.

По типу применяемого материала они делятся на германиевые и кремниевые, но, на сегодняшний день наибольшее применение получили кремниевые выпрямительные диоды ввиду своих физических свойств.

Кремниевые диоды, по сравнению с германиевыми, имеют во много раз меньшие обратные токи при одинаковом напряжении, что позволяет получать диоды с очень высокой величиной допустимого обратного напряжения, которое может достигать 1000 – 1500В, тогда как у германиевых диодов оно находится в пределах 100 – 400В.

Работоспособность кремниевых диодов сохраняется при температурах от -60 до +(125 — 150)º С, а германиевых – лишь от -60 до +(70 – 85)º С. Это связано с тем, что при температурах выше 85º С образование электронно-дырочных пар становится столь значительным, что происходит резкое увеличение обратного тока и эффективность работы выпрямителя падает.

Технология изготовления и конструкция выпрямительных диодов.

Конструкция выпрямительных диодов представляет собой одну пластину кристалла полупроводника, в объеме которой созданы две области разной проводимости, поэтому такие диоды называют плоскостными.

Технология изготовления таких диодов заключается в следующем:
на поверхность кристалла полупроводника с электропроводностью n-типа расплавляют алюминий, индий или бор, а на поверхность кристалла с электропроводностью p-типа расплавляют фосфор.

Под действием высокой температуры эти вещества крепко сплавляются с кристаллом полупроводника. При этом атомы этих веществ проникают (диффундируют) в толщу кристалла, образуя в нем область с преобладанием электронной или дырочной электропроводностью. Таким образом получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности — а между ними p-n переход. Большинство распространенных плоскостных кремниевых и германиевых диодов изготавливают именно таким способом.

Для защиты от внешних воздействий и обеспечения надежного теплоотвода кристалл с p-n переходом монтируют в корпусе.
Диоды малой мощности изготавливают в пластмассовом корпусе с гибкими внешними выводами, диоды средней мощности – в металлостеклянном корпусе с жесткими внешними выводами, а диоды большой мощности – в металлостеклянном или металлокерамическом корпусе, т.е. со стеклянным или керамическим изолятором. Пример выпрямительных диодов германиевого (малой мощности) и кремниевого (средней мощности) показан на рисунке ниже.

Кристаллы кремния или германия (3) с p-n переходом (4) припаиваются к кристаллодержателю (2), являющемуся одновременно основанием корпуса. К кристаллодержателю приваривается корпус (7) со стеклянным изолятором (6), через который проходит вывод одного из электродов (5).

Маломощные диоды, обладающие относительно малыми габаритами и весом, имеют гибкие выводы (1) с помощью которых они монтируются в схемах.
У диодов средней мощности и мощных, рассчитанных на значительные токи, выводы (1) значительно мощнее. Нижняя часть таких диодов представляет собой массивное теплоотводящее основание с винтом и плоской внешней поверхностью, предназначенное для обеспечения надежного теплового контакта с внешним теплоотводом (радиатором).

Электрические параметры выпрямительных диодов.

У каждого типа диодов есть свои рабочие и предельно допустимые параметры, согласно которым их выбирают для работы в той или иной схеме:

Iобр – постоянный обратный ток, мкА;
Uпр – постоянное прямое напряжение, В;
Iпр max – максимально допустимый прямой ток, А;
Uобр max – максимально допустимое обратное напряжение, В;
Р max – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на диоде;
Рабочая частота, кГц;
Рабочая температура, С.

Здесь приведены далеко не все параметры диодов, но, как правило, если надо найти замену, то этих параметров хватает.

Схема простого выпрямителя переменного тока на одном диоде.

Разберем схему работы простейшего выпрямителя, которая изображена на рисунке:

На вход выпрямителя подадим сетевое переменное напряжение, в котором положительные полупериоды выделены красным цветом, а отрицательные – синим. К выходу выпрямителя подключим нагрузку (Rн), а функцию выпрямляющего элемента будет выполнять диод (VD).

При положительных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку (Rн), питающуюся от выпрямителя, течет прямой ток диода Iпр (на правом графике волна полупериода показана красным цветом).

При отрицательных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод закрывается, и во всей цепи будет протекать незначительный обратный ток диода (Iобр). Здесь, диод как бы отсекает отрицательную полуволну переменного тока (на правом графике такая полуволна показана синей пунктирной линией).

В итоге получается, что через нагрузку (Rн), подключенную к сети через диод (VD), течет уже не переменный, поскольку этот ток протекает только в положительные полупериоды, а пульсирующий ток – ток одного направления. Это и есть выпрямление переменного тока.

Но таким напряжением можно питать лишь маломощную нагрузку, питающуюся от сети переменного тока и не предъявляющую к питанию особых требований, например, лампу накаливания.
Напряжение через лампу будет проходить только во время положительных полуволн (импульсов), поэтому лампа будет слабо мерцать с частотой 50 Гц. Однако, за счет тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутках между импульсами, и поэтому мерцание будет слабо заметным.

Если же запитать таким напряжением приемник или усилитель мощности, то в громкоговорителе или колонках мы будем слышать гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Это будет происходить потому, что пульсирующий ток, проходя через нагрузку, создает в ней пульсирующее напряжение, которое и является источником фона.

Этот недостаток можно частично устранить, если параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор (Cф) большой емкости.

Заряжаясь импульсами тока во время положительных полупериодов, конденсатор (Cф) во время отрицательных полупериодов разряжается через нагрузку (Rн). Если конденсатор будет достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться, а значит, на нагрузке (Rн) будет непрерывно поддерживаться ток как во время положительных, так и во время отрицательных полупериодов. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на правом графике сплошной волнистой красной линией.

Но и таким, несколько сглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель потому, что они будут «фонить», так как уровень пульсаций (Uпульс) пока еще очень ощутим.
В выпрямителе, с работой которого мы познакомились, полезно используется энергия только половины волн переменного тока, поэтому на нем теряется больше половины входного напряжения и потому такое выпрямление переменного тока называют однополупериодным, а выпрямители – однополупериодными выпрямителями. Эти недостатки устранены в выпрямителях с использованием диодного моста.

Диодный мост.

Диодный мост – это небольшая схема, составленная из 4-х диодов и предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный. В отличие от однополупериодного выпрямителя, состоящего из одного диода и пропускающего ток только во время положительного полупериода, мостовая схема позволяет пропускать ток в течение каждого полупериода. Диодные мосты изготавливают в виде небольших сборок заключенных в пластмассовый корпус.

Из корпуса сборки выходят четыре вывода напротив которых расположены знаки «+», «—» или «~», указывающие, где у моста вход, а где выход. Но не обязательно диодные мосты можно встретить в виде такой сборки, их также собирают включением четырех диодов прямо на печатной плате, что очень удобно.

Например. Вышел из строя один из диодов моста, если будет стоять сборка, то ее смело выкидываем, а если мост будет собран из четырех диодов прямо на плате — меняем неисправный диод и все готово.

На принципиальных схемах диодный мост обозначают включением четырех диодов в мостовую схему, как показано в левой части нижнего рисунка: здесь, диоды являются как бы плечами выпрямительного моста.
Такое графическое обозначение моста можно встретить еще в старых журналах по радиотехнике. Однако, на сегодняшний день, в основном, диодный мост обозначают в виде ромба, внутри которого расположен значок диода, указывающий только на полярность выходного напряжения.

Теперь рассмотрим работу диодного моста на примере низковольтного выпрямителя. В таком выпрямителе, с использованием четырех диодов, во время каждой полуволны работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов.

Со вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение поступает на вход диодного моста. Когда на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки возникает положительный полупериод напряжения, ток идет через диод VD3, нагрузку Rн, диод VD2 и к нижнему выводу вторичной обмотки (см. график а). Диоды VD1 и VD4 в этот момент закрыты и через них ток не идет.

В течение другого полупериода переменного напряжения, когда плюс на нижнем (по схеме) выводе вторичной обмотки, ток идет через диод VD4, нагрузку Rн, диод VD1 и к верхнему выводу вторичной обмотки (см. график б). В этот момент диоды VD2 и VD3 закрыты и ток через себя не пропускают.

В результате мы видим, что меняются знаки напряжения на вторичной обмотке трансформатора, а через нагрузку выпрямителя идет ток одного направления (см. график в). В таком выпрямителе полезно используются оба полупериода переменного тока, поэтому подобные выпрямители называют двухполупериодными.

И в заключении отметим, что работа двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однопериодным получается намного эффективней:

1. Удвоилась частота пульсаций выпрямленного тока;
2. Уменьшились провалы между импульсами, что облегчило задачу сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя;
3. Среднее значение напряжения постоянного тока примерно равно переменному напряжению, действующему во вторичной обмотке трансформатора.

А если такой выпрямитель дополнить фильтрующим электролитическим конденсатором, то им уже смело можно запитывать радиолюбительскую конструкцию.

Ну вот, мы с Вами практически и закончили изучать диоды. Конечно, в этих статьях дано далеко не все, а только основные понятия, но этих знаний Вам уже будет достаточно, чтобы собрать свою радиолюбительскую конструкцию для дома, в которой используются полупроводниковые диоды.

А в качестве дополнительной информации посмотрите видеоролик, в котором рассказывается, как проверить диодный мост мультиметром.

Удачи!

Источник:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Горюнов Н.Н., Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.
3. Пасынков В.В., Чиркин Л.К — Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» — 4-е изд. перераб. и доп. 1987г.

sesaga.ru

Выпрямительные диоды: устройство, конструктивные особенности, характеристики

Основное предназначение выпрямительных диодов — преобразование напряжения. Но это не единственная сфера применения данных полупроводниковых элементов. Их устанавливают в цепи коммутации и управления, используют в каскадных генераторах и т.д. Начинающим радиолюбителям будет интересно узнать, как устроены эти полупроводниковые элементы, а также их принцип действия. Начнем с общих характеристик.

Устройство и конструктивные особенности

Основной элемент конструкции – полупроводник. Это пластина кристалла кремния или германия, у которого имеются две области р и n проводимости. Из-за этой особенности конструкции она получила название плоскостной.

При изготовлении полупроводника обработка кристалла производится следующим образом: для получения поверхности р-типа ее обрабатывают расплавленным фосфором, а р-типа – бором, индием или алюминием. В процессе термообработки происходит диффузия этих материалов и кристалла. В результате образуется область с р-n переходом между двумя поверхностями с различной электропроводимостью. Полученный таким образом полупроводник устанавливается в корпус. Это обеспечивает защиту кристалла от посторонних факторов воздействия и способствует теплоотводу.

Конструкция (1), внешний вид (2) и графическое отображение выпрямительного диода(3)

Обозначения:

• А – вывод катода.
• В – кристалладержатель (приварен к корпусу).
• С – кристалл n-типа.
• D – кристалл р-типа.
• E – провод ведущий к выводу анода.
• F – изолятор.
• G – корпус.
• H – вывод анода.

Как уже упоминалось, в качестве основы р-n перехода используются кристаллы кремния или германия. Первые применяются значительно чаще, это связано с тем, что у германиевых элементов величина обратных токов значительно выше, что существенно ограничивает допустимое обратное напряжение (оно не превышает 400 В). В то время как у кремниевых полупроводников эта характеристика может доходить до 1500 В.

Помимо этого у германиевых элементов значительно уже диапазон рабочей температуры, он варьируется в пределах от -60°С до 85°С. При превышении верхнего температурного порога резко увеличивается обратный ток, что отрицательно отражается на эффективности устройства. У кремниевых полупроводников верхний порог порядка 125°С-150°С.

Классификация по мощности

Мощность элементов определяется максимально допустимым прямым током. В соответствии этой характеристики принята следующая классификация:

• Слаботочные выпрямительные диоды, они используются в цепях с током не более 0,3 А. Корпус таких устройств, как правило, выполнен из пластмассы. Их отличительные особенности – малый вес и небольшие габариты. Выпрямительные диоды малой мощности
• Устройства, рассчитанные на среднюю мощность, могут работать с током в диапазоне 0,3-10 А. Такие элементы, в большинстве своем, изготавливаются корпусе из металла и снабжены жесткими выводами. На одном один из них, а именно на катоде, имеется резьба, позволяющая надежно зафиксировать диод на радиаторе, используемого для отвода тепла. Выпрямительный диод средней мощности
• Силовые полупроводниковые элементы, они рассчитаны на прямой ток свыше 10 А. Производятся такие устройства в металлокерамических или металлостеклянных корпусах штыревого (А на рис. 4) или таблеточного типа (В). Рис. 4. Выпрямительные диоды высокой мощности

Перечень основных характеристик

Ниже приведена таблица, с описанием основных параметров выпрямительных диодов. Эти характеристики можно получить из даташита (технического описания элемента). Как правило, большинство радиолюбителей к этой информации обращаются в тех случаях, когда указанный в схеме элемент недоступен, что требует найти ему подходящий аналог.

Таблица основных характеристик выпрямительных диодов

Заметим, что в большинстве случаев, если требуется найти аналог тому или иному диоду, первых пяти параметров из таблицы будет вполне достаточно. При этом желательно учесть диапазон рабочей температуры элемента и частоту.

Принцип работы

Проще всего объяснить принцип действия выпрямительных диодов на примере. Для этого смоделируем схему простого однополупериодного выпрямителя (см. 1 на рис. 6), в котором питание поступает от источника переменного тока с напряжением U_IN (график 2) и идет через VD на нагрузку R.

Рис. 6. Принцип работы однодиодного выпрямителя

Во время положительного полупериода, диод находится в открытом положении и пропускает через себя ток на нагрузку. Когда приходит очередь отрицательного полупериода, устройство запирается, и питание на нагрузку не поступает. То есть происходит как бы отсечение отрицательной полуволны (на самом деле это не совсем верно, поскольку при данном процессе всегда имеется обратный ток, его величина определяется характеристикой I_обр).

В результате, как видно из графика (3), на выходе мы получаем импульсы, состоящие из положительных полупериодов, то есть, постоянный ток. В этом и заключается принцип работы выпрямительных полупроводниковых элементов.

Заметим, что импульсное напряжение, на выходе такого выпрямителя подходить только для питания малошумных нагрузок, примером может служить зарядное устройство для кислотного аккумулятора фонарика. На практике такую схему используют разве что китайские производители, с целью максимального удешевления своей продукции. Собственно, простота конструкции является единственным ее полюсом.

К числу недостатков однодиодного выпрямителя можно отнести:

• Низкий уровень КПД, поскольку отсекаются отрицательные полупериоды, эффективность устройства не превышает 50%.
• Напряжение на выходе примерно вдвое меньше, чем на входе.
• Высокий уровень шума, что проявляется в виде характерного гула с частотой питающей сети. Его причина – несимметричное размагничивание понижающего трансформатора (собственно именно поэтому для таких схем лучше использовать гасящий конденсатор, что также имеет свои отрицательные стороны).

Заметим, что эти недостатки можно несколько уменьшить, для этого достаточно сделать простой фильтр на базе высокоемкостного электролита (1 на рис. 7).

Рис. 7. Даже простой фильтр позволяет существенно снизить пульсации

Принцип работы такого фильтра довольно простой. Электролит заряжается во время положительного полупериода и разряжается, когда наступает черед отрицательного. Емкость при этом должна быть достаточной для поддержания напряжения на нагрузке. В этом случае импульсы несколько сгладятся, примерно так, как продемонстрировано на графике (2).

Приведенное решение несколько улучшит ситуацию, но ненамного, если запитать от такого однополупериодного выпрямителя, например, активные колонки компьютера, в них будет слышаться характерный фон. Для устранения проблемы потребуются более радикальное решение, а именно диодный мост. Рассмотрим принцип работы этой схемы.

Устройство и принцип работы диодного моста

Существенно отличие такой схемы (от однополупериодной) заключается в том, что напряжение на нагрузку подается в каждый полупериод. Схема включения полупроводниковых выпрямительных элементов продемонстрирована ниже.

Принцип работы диодного моста

Как видно из приведенного рисунка в схеме задействовано четыре полупроводниковых выпрямительных элемента, которые соединены таким образом, что при каждом полупериоде работают только двое из них. Распишем подробно, как происходит процесс:

• На схему приходит переменное напряжение Uin (2 на рис. 8). Во время положительного полупериода образуется следующая цепь: VD4 – R – VD2. Соответственно, VD1 и VD3 находятся в запертом положении.
• Когда наступает очередность отрицательного полупериода, за счет того, что меняется полярность, образуется цепь: VD1 – R – VD3. В это время VD4 и VD2 заперты.
• На следующий период цикл повторяется.

Как видно по результату (график 3), в процессе задействовано оба полупериода и как бы не менялось напряжение на входе, через нагрузку оно идет в одном направлении. Такой принцип работы выпрямителя называется двухполупериодным. Его преимущества очевидны, перечислим их:

• Поскольку задействованы в работе оба полупериода, существенно увеличивается КПД (практически вдвое).
• Пульсация на выходе мостовой схемы увеличивает частоту также вдвое (по сравнению с однополупериодным решением).
• Как видно из графика (3), между импульсами уменьшается уровень провалов, соответственно сгладить их фильтру будет значительно проще.
• Величина напряжения на выходе выпрямителя приблизительно такая же, как и на входе.

Помехи от мостовой схемы незначительны, и становятся еще меньше при использовании фильтрующей электролитической емкости. Благодаря этому такое решение можно использовать в блоках питания, практически, для любых радиолюбительских конструкций, в том числе и тех, где используется чувствительная электроника.

Заметим, совсем не обязательно использовать четыре выпрямительных полупроводниковых элемента, достаточно взять готовую сборку в пластиковом корпусе.

Диодный мост в виде сборки

Такой корпус имеет четыре вывода, два на вход и столько же на выход. Ножки, к которым подключается переменное напряжение, помечаются знаком «~» или буквами «AC». На выходе положительная ножка помечается символом «+», соответственно, отрицательная как «-».

На принципиальной схеме такую сборку принято обозначать в виде ромба, с расположенным внутри графическим отображением диода.

На вопрос что лучше использовать сборку или отдельные диоды нельзя ответить однозначно. По функциональности между ними нет никакой разницы. Но сборка более компактна. С другой стороны, при ее выходе из строя поможет только полная замена. Если же в этаком случае используются отдельные элементы, достаточно заменить вышедший из строя выпрямительный диод.

www.asutpp.ru

2.5 Выбор диодов vd1 и vd2

Выбор диода VD1 проводим по среднему значению импульса тока вторичной обмотки трансформатора I2ср = I2mγmax=8∙0,5=4 А с учетом коэффициента запаса по току kз.т=2, Iв.ср = kз.т∙4=2∙4=8 A и максимальному обратному напряжению.

Амплитудное значение обратного напряжения на диоде VD1 определяется напряжением, прикладываемым к нему на интервале паузы:

Uобр m = (Uнг N+ΔUв.пр+ΔURL)/γmin ;

U2m = (8+0,75+0,0384)/ 0,325 = 27,04 В.

С учетом коэффициента запаса по напряжению kз.н=2 необходимо выбирать диод VD1 на номинальное обратное напряжение не менее 55 В.

В качестве диода VD1 выбираем диод Шoттки 8TQ080/IR на ток Iв N =8 А; Uв.обр N =80 В; ΔUв.пр =0,72 В.

Выбор диода VD2 проводим по среднему значению тока, протекающего по обмотке дросселя на интервале паузы tп=T-tи. При γmax=0,5 этот ток равен току, протекающему по обмотке дросселя на интервале импульса tи:

IVD2 ср=Iнг N(1-γmax)=8∙0,5=4 А.

С учетом коэффициента запаса по току kз.т=2

Iв.ср = kз.т ∙4=2∙4=8 A.

Максимальное обратное напряжение на диоде VD2 появляется на интервале импульса и равно амплитуде напряжения вторичной обмотки на интервале импульса:

UVD2 обр=U2m=Uвх max/ kтр=(26,4-0,5)/0,34=76,2 В.

С учетом коэффициента запаса по напряжению kз.н=1,5 необходимо выбирать диод VD2 на номинальное обратное напряжение не менее 112 В.

В качестве диода VD2 выбираем диод Шoттки 10CTQ150 на ток Iв N =10 А; Uв.обр N =150 В; ΔUв.пр =0,73 В.

2.6 Расчет потерь мощности и коэффициента полезного действия ОПП

Определим электрические потери в обмотках трансформатора. Воспользовавшись справочными данными, приведем габаритные размеры выбранного сердечника магнитопровода (рис.2). Размеры указаны в сантиметрах.

Рисунок 2 — Габаритные размеры сердечника трансформатора, см.

Определяем среднюю длину витков первичной и вторичной обмоток, имеющих форму цилиндра.

Размеры окна, в котором размещается обмотка: ширина Н=10,9 мм, высота Е=29,2 мм.

Витки обмотки укладываются слоями по высоте окна. Первичную обмотку укладываем внутрь, а вторичную – поверх первичной обмотки.

Диаметр среднего витка первичной обмотки D1 равен сумме внутреннего диаметра сердечника (А= 15,2 мм) и толщине изоляции обмотки от корпуса (примем равной 0,5 мм). Таким образом, D1=15,7 мм=1,57 см.

Первичная обмотка занимает один слой, так как нетрудно установить, что длина намотки витков первичной обмотки составит

L1 нам=W1d1 экв.из=5∙3,363=16,815 мм,

а высота окна равна 29,2 мм.

Длина среднего витка первичной обмотки lср1 =πD1 = 49,3 мм=4,93 см.

Расчетная длина провода первичной обмотки:

L1=W1 ∙lср1 = 5∙4,93 =24,65 см.

Активное сопротивление первичной обмотки:

R1 = ρ L1 / q1 = 0,0175∙0,2465 / 7,5 = 0,575∙10-3 Ом,

где ρ – удельное электрическое сопротивление меди, ρ=0,0175 Ом∙мм2/м.

Определим число слоев вторичной обмотки.

Длина намотки витков вторичной обмотки:

L2 нам=W2∙d2 экв.из=15∙1,979=29,685 мм.

Разделим L2нам на высоту окна сердечника Е, получим требуемое число слоев: 29,685 /29,2=1,02.

Это означает, что для намотки вторичной обмотки требуется не менее 1,02 слоя.

Диаметр эквивалентного среднего витка вторичной обмотки, которая размещается поверх витков первичной обмотки и занимает (как будет показано ниже) два слоя, равен:

D2. экв = D1+2d1 экв.из + d2 экв.из .=15,7+2∙3,363 +1,979=24,405 мм= 2,45 см.

Длина среднего витка вторичной обмотки:

lср2 =π D2 экв =7,7 см.

Длина провода вторичной обмотки:

L2 =W 2 lср2 = 15∙7,7 = 115,5 см.

Активное сопротивление вторичной обмотки:

R2 =ρL2 / q2 = 0,0175∙1,1155 / 2,55= 7,66∙10-3 Ом.

Оценим необходимость учета влияния поверхностного эффекта на увеличение активных сопротивлений обмоток, R1 и R2.

Диаметр выбранного единичного проводника (без изоляции) для первичной и вторичной обмоток один и тот же: d=0,35 мм.

Глубина проникновения тока под поверхность проводника:

DPEN=75=0,335

Параметр Q=0,8d/DPEN=0,8∙0,35/0,335=0,836.

По графикам (см. рис.3) устанавливаем, что для первичной обмотки величина параметра FR = RAC/RDC=1. Это означает, что при выбранных параметрах первичной обмотки ее активное сопротивление для переменной составляющей тока, частота которой равна 50 000 Гц, равна активному сопротивлению для постоянного тока и эффект вытеснения тока в этой обмотке отсутствует.

Рисунок 3 — Зависимость потерь в проводниках обмотки от глубины проникновения тока под поверхность проводника (величины фактора Q)

Для вторичной обмотки величина параметра FR = RAC/RDC≈1,25. Это означает, что активное сопротивление вторичной обмотки для переменной составляющей тока, частота которой равна 50 000 Гц, в 1,25 раза больше, чем для постоянной составляющей.

Действующее значение переменной составляющей тока вторичной обмотки трансформатора (см. рис. 4).

Рисунок 4 — Форма кривой тока обмотки трансформатора

При γmax=0,5, I2m= 51,31 А и ΔI/2=43,3175 А,

Электрические потери в проводах первичной обмотки

ΔPэл1 = I12R1 = 16,622∙0,575∙10-3= 0,159 Вт.

Электрические потери в проводниках вторичной обмотки имеют две составляющие:

– электрические потери от постоянной составляющей:

ΔP΄эл2 = I22ср R2 = (I2m∙γmax)2 R2 = (5,652∙0,5)2∙0,575∙10-3 = 0,005 Вт.

– электрические потери от переменной составляющей с учетом эффекта вытеснения тока:

ΔP΄΄эл2 = I22ср R2 = 42∙7,66∙10-3 = 0,113 Вт.

Суммарные электрические потери в обмотках трансформаторе:

ΔPэл = ΔPэл1 +ΔP΄эл2+ ΔP˝эл2 =0,159 +0,005 +0,113 =0,277 Вт.

Потери в магнитопроводе трансформатора:

ΔРм= Руд.мVс.

Для выбранного сердечника Vс=20,5 см3. Величину удельных потерь материала магнитопровода определим по формуле:

Руд.м = ΔВ 2,4 (КНfp + КЕfp2).

Для большинства ферритов коэффициент гистерезиса КН = 4∙10-5 , а коэффициент вихревых токов КE = 4∙10-10. Р уд.м = 0,1 2,4 (4 ∙10-5 ∙50 000+ 4∙10-10 ∙50 0002)=0,012 Вт / см3. Потери в магнитопроводе выбранного сердечника: ΔРм = 0,012∙20,5 = 0,306 Вт.

Таким образом, суммарные потери в трансформаторе:

ΔРп.тр = ΔРэл + ΔРм =0,277 + 0,306 =0,583 Вт.

Потери в транзисторе:

ΔРVT= ΔР VT ст + ΔР VT дин,

где ΔРVT ст = I1cр2Rотк — статические потери в транзисторе, здесь Rотк– это сопротивление прямого канала транзистора в открытом состоянии, для выбранного транзистора Rотк = 8,5∙10-3 Ом;

I1cр = 75,46 А:

ΔРVT ст = 75,46 ∙8,5∙10-3 = 0,64 Вт.

Динамические потери в транзисторе:

ΔРVT дин= Рвхfp (tвкл. + tвыкл.)/ 2 = Uвх I1ср fp (tвкл. + tвыкл.) / 2,

ΔРVT дин= 24∙75,46 ∙50000∙0,25∙10-6/2 = 11,469 Вт.

Суммарные потери в транзисторе

ΔРVT = 0,64 + 11,469 = 12,109 Вт.

Потери в диоде VD1

ΔРVD1 =ΔUв.пр I VD1cр = 0,72∙4 = 2,88 Вт.

Потери в диоде VD2

ΔРVD2= ΔUв.пр.I VD 2cр=0,72∙4=2,88 Вт.

Электрические потери в обмотке дросселя

ΔРэл.др =Iнг2Rдр = 82∙0,051 = 3,264 Вт.

Итак, суммарные потери в преобразователе

ΣРп = ΔРп.тр + ΔРэл.др + ΔРVT +ΔРVD1+ΔРVD2 =0,583 + 3,264 +12,109 + 2,88 +2,88 = 21,716 Вт.

Коэффициент полезного действия преобразователя

η = Рнг /(Рнг + ΣΔРп) = 36∙8/(36∙8 + 21,716) = 0,93.

Рассчитанный с учетом параметров выбранных элементов КПД несколько больше принятого в первом приближении значения, равного 0,9. Следовательно, проводить уточняющий расчет не требуется.

studfiles.net