Интегральные микросхемы (ИМС)
Усложнение электронных устройств, в которых количество элементов достигает сотен тысяч, вызвало: 1) снижение надежности; 2) увеличение габаритов и массы; 3) рост потребляемой энергии; 4) повышение стоимости. Создание новых изделий перспективно на основе элементной интеграции, т. е. объединения в одном миниатюрном элементе многих простейших элементов (диодов, транзисторов, резисторов). Полученный в результате объединения сложный элемент называют интегральными микросхемами (ИМС). ИМC − это электронное изделие с высокой плотностью упаковки электрически соединенных элементов, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала (ГОСТ 17021-75). Плотность упаковки (показатель миниатюризации) − количество элементов в единице объема (до 105 эл/см3). Степень интеграции − это количество элементов, входящих в ИМС; до 10 элементов − первая степень; от − 2 до 100 − вторая; до 101 – третья. Современная ИМС − до шестой степени. Основные достоинства ИМС: высокая надежность, малые размеры и масса, экономичность, быстродействие. Недостаток: небольшая выходная мощность. По технологии ИМС делят на: 1) гибридно-пленочные, выполняемые в виде пленок, наносимых на поверхность из диэлектрика (керамика, стекло, пластмасса) и навесных бескорпусных активных элементов (транзисторов, дросселей, конденсаторов), прикрепленных к основанию. С помощью масок и трафаретов на подложке формируются пассивные элементы. Плотность упаковки − 150 эл/см3, степень интеграции − первая, вторая. Обеспечивается высокая точность параметров; 2) полупроводниковые, в которых все элементы формируются в объеме или на поверхности пластинки полупроводника. Изготовление осуществляется в несколько этапов с помощью фотолитографии, диффузии, ионного легирования. Плотность упаковки − 105 эл/см3; степень интеграции – шестая. По назначению ИМС делят на: 1) линейно-импульсные, в которых обеспечивается приблизительная пропорциональность между входными и выходными величинами (пример, усилитель); 2) логические ИМС, в которых выходное напряжение зависит от наличия или отсутствия напряжения на различных входах устройства. Обозначения ИМС состоит из четырех элементов: первый элемент − обозначает конструкторско-технологическое исполнение: 1, 5, 7 − полупроводниковые, 2, 4, 6, 8 − гибридные, 3 − прочие; второй элемент (две или три цифры) − порядковый номер разработки; третий элемент − две буквы − функциональное назначение; четвертый − порядковый номер разработки ИМС по функциональному признаку. Пример, КI40УД14А К − ИМС для широкого применения, I – полупроводниковая 40 − порядковый номер серии; УД − операционный усилитель; 14 − порядковый номер операционного усилителя; А − коэффициент усиления определенного значения. Лекция 14 Выпрямители Общие сведения
Выпрямителем называют устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Подразделяются на: 1) неуправляемые, у которых выпрямленное напряжение неизменно по величине, т.е. нерегулируемо; 2) управляемые − напряжение можно плавно регулировать в широком диапазоне (например, для питания устройств в электроприводе).
Структурная схема неуправляемого выпрямительного устройства приведена на рис. 14.1.
Рис.14.1. Структурная схема неуправляемого выпряимтеля
Назначение элементов структурной схемы: - трансформатор согласует напряжение сети Uceт. с напряжением нагрузкиUн; - диодная (вентильная) группа служит для преобразования переменного напряжения в пульсирующее; - фильтры – для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, - стабилизатор – для поддержания напряжения на заданном уровне. Вентильная группа состоит из полупроводниковых диодов. Управляемый выпрямитель не содержит стабилизатора, т. к. постоянство Uн обеспечивается за счет устройства управления и регулирования, с помощью которого вентиль находится в открытом состоянии. В качестве вентилей используются тиристоры. При расчете выпрямителей считают вентили и трансформаторы идеальными: Rпр = 0, Rобр = ∞ (для вентилей).Ix = 0, Px = 0 (для трансформаторов). При расчете выпрямительных устройств исходными данными являются средние значения Uн.ср и Iн.ср, действующие напряжения сети U1 и U2. 14.2. Однополупериодный однофазный выпрямитель (рис.14.2)
Ток и напряжение нагрузки iн , Uн – пульсирующие (выпрямленные) Среднее значение выпрямленного напряжения: Uн.ср .
,
где U2 − действующее значение вторичного напряжения трансформатора.
Отсюда: максимальное обратное напряжение диода:
Прямой ток вентиля:
Iпр = Iн.ср.
По расчетным значениям Iпр и Uобр.max выбирают вентили, чтобы каталожные Iпр, Uобр.max были больше или равны расчетным. Расчетная мощность трансформатора ST = (S1 + S2)/2 ≈ S2 = U2I2 = 2,22Uн.ср 1,57Iн.ср ≈ 3,5Pн Коэффициент пульсаций − отношение амплитуды 1-ой гармоники выпрямленного напряжения к среднему значению выпрямленного напряжения (постоянная составляющая) р = Uн(1)/Uн.ср = π/2 = 1,57.
Недостатки схемы: 1) низкий коэффициент использования трансформатора KT = ST/Pн = 3,5 из-за намагничивания сердечника постоянной составляющей тока; 2) низкие коэффициенты использования вентилей 3) большой коэффициент пульсаций р. Данную схему применяют для питания цепей малой мощности и в (электроннолучевых трубках).
14.3. Однофазный мостовой выпрямитель (рис.14.3)
При положительном U2 (рис.14.3,а) к анодам VD1, VD3 приложен положительный потенциал − они открыты, значит, протекает ток iв1 = iв3 в цепи Т, VD1, Rн, VD3, T . При изменении полярности − VD1,VD2 закрываются, а открываются VD2, VD4. К закрытым диодам приложено обратное напряжение Uобр.max = U2max. U2 = 1,11Uн.ср Максимальное обратное напряжение:
Ток через диоды протекает 1/2 периода Iпр = Iн.ср/2 Его максимальное значение Iв.max = I2m = 1,57Iн.ср Мощность трансформатара: Sт =S1 = S2 = U2I2 = 1,23Pнагр. Коэффициент пульсации р для выпрямителей ( исключая однополупериодную схему) рассчитывают по эмпирической формуле: где m – число фаз выпрямителя – m = nb (n – число фаз сети; b- число тактов прохождения тока по вторичной обмотке трансформатора в течении периода). Достоинства: 1) лучше используются вентили Ku =1,57; 2) меньше расчетная мощность трансформатора Кт =1,23; 3) меньше пульсации p = 0,67. Используется для установок малой и средней мощности.
14.4. Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой трансформатора (рис.14.4)
Напряжения вторичных обмоток трансформатора U21, U22 сдвинуты по фазе относительно средней точки на 180°. Если потенциал анода VD1 положительный, то он открыт,а VD2 – закрыт. При изменении полярности VD1 – закрывается, VD2 – открывается. В нагрузке ток iн имеет одинаковое направление в оба полупериода.. К закрытому диоду приложено Uобр.max = 2U2m 1,11Uн.ср.; Iвмах = I2m = 1,57 Iн.ср.
Мощность трансформатора: S1 = U1I1 = 1, 23Pн; S2 = 2U2I2 = 1,74Pн; ST = 1,48Pн, Коэффициент пульсации: p=0,67 Недостаток: плохо используется 2-ая обмотка трансформатора (работает лишь одна половина).
Применяется для устройств малой мощности.
14.5. Трехфазный однополупериодный выпрямитель (рис.14.6).
Преимущества перед однофазными: 1) меньше пульсация выпрямленного напряжения; 2) лучше используется мощность трансформатора. 3) более высокое Uн.ср используют для установок большой мощности. Трехфазный выпрямитель с нейтральным выводом
Первичная обмотка трансформатора может быть соединена звездой или треугольником, а вторичная − только Y (звездой). потенциал на аноде: интервал 1-2 − открыт VD1; интервал 2-3 − открыт VD2; интервал 3-4 – VD3 и т.д.
U2 = 0,855Uн.ср, где U2 − действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора. В закрытом состоянии потенциал анода вентиля определяется напряжением своей фазы, а потенциал катода напряжением работающей фазы. Поэтому в непроводящий период между анодом А и катодом К приложено линейное напряжение:
Iн.ср = 0,827I2max; Iб.max = I2max = 1,21Iн.ср; I2 = 0,58Iн.ср. S1 = 3U1I1 = 1,21Pн; S2 = 3U2I2 = 1,48Pн; ST = 0,5(S1 + S2) = 1,35Pн
Коэффициент пульсаций p = 0,25. Недостаток: завышенное сечение трансформатора для уменьшения тока намагничивания. (В работе всегда одна фаза и созданный поток замыкается по кожуху, вызывая нагрев). 14.6. Трехфазный мостовой выпрямитель (Ларионова) – рис.14.6. Различают катодную группу вентилей – VD1, VD3, VD5 и анодная группу вентилей – VD2, VD4,VD6. В работе, в открытом состоянии находятся два диода (один из анодной, другой из катодной групп). Из группы VD1, VD3, VD5 открыт тот, у которого наиболее высокий потенциал на аноде, а из группы VD2, VD4,VD6 у которого наиболее низкий потенциал на катоде: Интервал 1−2 − открыты VD1 и VD4. Интервал 2−3 − открыты VD1 и VD6 и т. д. За период напряжения питания происходит 6 переключений вентилей (6 тактов). Напряжение нагрузки определяется разностью потенциалов точек к и m, т. е. линейным напряжением вторичной обмотки трансформатора: Uн.max = U2max= , Uн.ср= 1,35U2; U2 = 0,74Uн.ср, где U2 – линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора.
Каждый вентиль открыт 1/3 периода, поэтому Iпр = Iн.ср/3;
Обратное напряжение вентиля
Мощность трансформатора: ST = S1 = S2 = =1,045Uн.ср = 1,045Pнагр
Коэффициент пульсации p = 0,057. Схема нашла самое широкое применение для установок большой мощности т. к. K1 = 1,045; Ku =1,045; KT = 1,045 (хорошо используются вентили и трансформатор)
Популярное: Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (895)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |