Методы анализа и расчета электронных схем
Министерство образования и науки Российской Федерации
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Н. С. Легостаев, К. В. Четвергов
МЕТОДЫ АНАЛИЗА И РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ
Учебное пособие
Томск «Эль Контент»
2012
УДК 621.38.061.001.24(075.8) ББК 32.85я73
Л387
Рецензенты:
Чепков В. В., канд. техн. наук, зав. лабораторией систем электропитания ФЛ ООО «Технологическая компания Шлюмберже» в г. Томске; Чернышев А. Ю., канд. техн. наук, доцент кафедры электропривода
и элетрооборудования Национального исследовательского Томского политехнического университета.
Легостаев Н. С.
Л387 Методы анализа и расчета электронных схем : учебное пособие / Н. С. Легостаев, К. В. Четвергов. — Томск : Эль Контент, 2012. — 160 с.
ISBN 978-5-4332-0076-0
Рассмотрены общие положения моделирования, анализа и расчета электронных схем, вопросы формирования математических моделей аналоговых схем с активными электронными компонентами в операторной и временной формах, матричные и топологические методы анализа электронных схем. Приведены модели основных типов активных электронных компонентов.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 210100 «Электроника и наноэлектроника».
УДК 621.38.061.001.24(075.8) ББК 32.85я73
ISBN 978-5-4332-0076-0 | © Легостаев Н. С., |
| Четвергов К. В., 2012 |
| © Оформление. |
| ООО «Эль Контент», 2012 |
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение | 5 |
1 Общие положения моделирования, анализа и расчета электронных |
|
схем | 7 |
1.1 Задачи проектирования электронных схем . . . . . . . . . . . . . . . . . | 7 |
1.2Общие вопросы математического моделирования . . . . . . . . . . . . 9
1.3Классификация математических моделей . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.4Этапы математического моделирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.5 Методы реализации математических моделей . . . . . . . . . . . . . . | 14 |
2 Математическое описание электронных схем | 16 |
2.1Задачи проектирования электронных схем . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2Топологические модели электронных схем . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3 Математические модели компонентов электронных схем . . . . . . . 35
2.4Полные уравнения электронных схем и их преобразования . . . . . . 45
3 Схемные функции и их анализ | 66 |
3.1Понятие и виды схемных функций электронных схем . . . . . . . . . 66
3.2Формы представления схемных функций . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.3 Частотные и временные характеристики и их параметры . . . . . . . | 72 |
4 Анализ линейных электронных схем операторными методами | 78 |
4.1Определение схемных функций по матрично-векторным параметрам электронных схем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.2Определение схемных функций электронных схем методом
сигнальных графов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5 Анализ электронных схем во временной области | 115 |
5.1Математическое описание электронных схем в базисе переменных состояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
5.2Реализация математических моделей в базисе переменных состояния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Литература | 142 |
Приложение А Ответы на контрольные вопросы | 143 |
Список условных обозначений и сокращений | 149 |
Глоссарий | 151 |
ВВЕДЕНИЕ
Анализ и расчет схемотехнических решений относятся к числу важнейших задач, решаемых при проектировании электронных устройств различного функционального назначения, включая устройства промышленной электроники. Постоянное усложнение функций, возлагаемых на электронные устройства, и повышение предъявляемых к ним требований диктует необходимость автоматизации проектно-расчетных работ. В настоящее время разработано большое количество универсальных и специализированных программных комплексов, существенно расширяющих возможности моделирования, анализа и расчета электронных цепей, эффективное применение которых в значительной мере зависит от степени подготовки в области автоматизации схемотехнического проектирования и не сводится лишь к привитию навыков пользования этими программными комплексами. Наряду с задачами, при решении которых можно использовать универсальные программы, постоянно появляются задачи, на которые возможности существующих универсальных и специализированных программ не распространяются. В этих случаях приходится выполнять весь комплекс исследовательских работ от формирования математических моделей до разработки алгоритмов и программ их реализации, опираясь на знание математического аппарата теории электронных схем.
Методология моделирования, анализа и расчета электронных схем развивается по двум основным направлениям. Первое направление основано на использовании линейных математических моделей и операторных методов их реализации. Поскольку математический аппарат анализа и расчета линейных электронных схем обеспечивает решение широкого класса задач исследования электронных схем, данное направление остается актуальным до настоящего времени. Второе направление методологии исследования электронных схем связано с развитием и использованием наиболее универсальных методов анализа и расчета, направленных на реализацию нелинейных математических моделей.
Материал учебного пособия отражает оба направления методологии анализа электронных схем, связанных с применением и операторных, и временных математических моделей. При этом основное внимание уделяется матричным методам формирования и реализации математических моделей, наиболее пригодных к автоматизации.
Соглашения, принятые в книге
Для улучшения восприятия материала в данной книге используются пиктограммы и специальное выделение важной информации.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает определение или новое понятие.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает внимание. Здесь выделена важная информация, требующая акцента на ней. Автор здесь может поделиться с читателем опытом, чтобы помочь избежать некоторых ошибок.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает выводы. Здесь автор подводит итоги, обобщает изложенный материал или проводит анализ.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы по главе
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Глава 1
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ, АНАЛИЗА И РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ
1.1 Задачи проектирования электронных схем
Основу проектно-конструкторской деятельности бакалавра по направлению подготовки 210100.62 «Электроника и наноэлектроника» составляет расчет и проектирование электронных приборов, схем и устройств различного функционального назначения в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования [4].
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Проектирование — это создание описания, необходимого для построения в заданных условиях еще не существующего технического объекта, на основе первичного описания этого объекта (технического задания).
.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Втехнике проектирования все величины, характеризующие технический объект, называют параметрами. Различают внутренние, внешние и выходные параметры.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Внутренние параметры W характеризуют отдельные компоненты проектируемого устройства.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Их разделяют на первичные внутренние (физико-технические) параметры, которые отражают конструктивно-технологические и электрофизические свойства
| Глава 1. | Общие положения |
8 | моделирования, анализа и расчета | электронных схем |
|
|
|
компонентов, и вторичные внутренние (электрические) параметры, которые характеризуют соотношения между токами и напряжениями на полюсах компонентов схемы. К первичным относятся геометрические размеры отдельных полупроводниковых областей, электрические характеристики полупроводниковых материалов и т. д. К вторичным внутренним параметрам — сопротивления резисторов, емкости конденсаторов и т. п.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Внешние параметры Q характеризуют условия, в которых работает устройство (температура и влажность окружающей среды, начальное состояние устройства, параметры входного воздействия, конкретные значения времени или частоты, параметры нагрузки, уровень помех, радиации и т. п.)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Выходные параметры характеризуют количественные значения технико-экономических показателей, определяемых функциональным назначением технического объекта как целостной системы.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Выходные параметры разделяют на первичные и вторичные.
Первичные выходные параметры (фазовые переменные) X характеризуют состояние электронного устройства: токи и напряжения на полюсах компонентов схемы, узловые напряжения, контурные токи, выходные напряжения и токи.
Вторичные выходные (схемные параметры, схемные функции) определяются отношениями фазовых переменных друг к другу. Вторичные выходные параметры зависят от структуры электронной схемы и внутренних параметров. Вторичные выходные параметры позволяют определить реакцию электронной схемы на внешние воздействия различных видов. Во временной области схемные параметры представляются в виде переходной и импульсной переходной характеристик, а в частотной — в виде частотных характеристик (АФЧХ, АЧХ, ФЧХ и др.). К выходным схемным параметрам относят также параметры названных характеристик: длительности задержек и фронтов выходных сигналов; входное и выходное сопротивления схемы в диапазоне частот или на фиксированной частоте; граничные частоты полосы пропускания; максимально допустимая величина помехи по входному воздействию; мощность рассеяния в элементах; амплитуда выходного сигнала или его среднее значение и др.
Все задачи, решаемые при проектировании, могут быть сведены к следующим основным видам: синтез структуры и параметров электронной схемы, расчет, анализ, параметрическая и структурная оптимизация.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Синтез — создание описания еще не существующего технического объекта на основе требований к выходным параметрам при заданных внешних параметрах.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Общие вопросы математического моделирования | 9 |
При этом определение состава элементов электронной схемы и порядка их связей между собой носит название структурного синтеза, а определение значений внутренних параметров электронной схемы — параметрического синтеза.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Расчет электронной схемы представляет собой определение выходных параметров при известных постоянной структуре и значениях внутренних и внешних параметров.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Основными видами расчета электронных схем являются расчет статического режима (режима покоя), расчет частотных характеристик и расчет переходных процессов.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Анализ — определение изменений выходных параметров в зависимости от изменения внутренних или внешних параметров при известной постоянной структуре.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Анализ электронной схемы сводится к многократному решению задач расчета. К типовым видам анализа относится анализ чувствительности выходных параметров к изменениям внутренних или внешних параметров, а также статистический анализ, направленный на получение вероятностных оценок надежности схемы.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Оптимизация — поиск структуры и значений внутренних параметров электронной схемы, обеспечивающих наилучшие в заданном смысле значения выходных параметров при заданных внешних параметрах.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Выбор оптимальной структуры представляет собой структурную оптимизацию, а поиск оптимальных значений внутренних параметров при известной постоянной структуре — параметрическую оптимизацию.
1.2 Общие вопросы математического моделирования
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Моделирование — это способ исследования, основанный на замене реального объекта физическим или абстрактным объектоманалогом (моделью), изучении свойств этого аналога и переносе полученных результатов на исходный объект.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
| Глава 1. | Общие положения |
10 | моделирования, анализа и расчета | электронных схем |
|
|
|
В зависимости от характера модели различают физическое (материальное) моделирование и математическое моделирование [2].
Физическое моделирование предполагает, что в качестве модели используется материальный объект, поведение которого с достаточной точностью соответствует поведению исследуемого объекта.
При математическом моделировании модель представляет собой абстрактный образ реального объекта, выраженный в виде математических соотношений и условий.
В общем случае под математической моделью обычно понимается любое математическое описание, отражающее с требуемой точностью поведение реального объекта в заданных условиях и позволяющее определить все интересующие свойства этого объекта.
Основными требованиями, предъявляемыми к математическим моделям, являются требования адекватности, универсальности (полноты), достаточной простоты (экономичности), продуктивности, робастности и наглядности.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Адекватность — способность модели отражать заданные свойства моделируемого объекта с требуемой точностью.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Универсальность модели определяется числом и составом учитываемых в модели внешних и выходных параметров реального объекта.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Требование достаточной простоты (экономичности) означает возможность экономной реализации модели с приемлемой точностью современными средствами исследования.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Количественно экономичность математических моделей характеризуется затратами вычислительных ресурсов на их реализацию.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Требование продуктивности математической модели состоит в возможности определить в реальных условиях численные значения всех исходные данных, необходимых для реализации модели.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Робастность математической модели означает ее устойчивость относительно погрешностей в исходных данных.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Расчет выпрямительных схем
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Костромской государственный технологический университет
Кафедра электротехники и электромеханики
В.Н. Попов
Расчет электронных устройств
Методические указания по выполнению расчетов типовых электронных схем
Кострома
КГТУ
2009
УДК 621.396.6(035.5)
Попов В.Н. Расчет электронных устройств: учебно-метод. пособие / В.Н. Попов. – Кострома: Изд-во Костром. гос. технол. ун-та, 2009. — 18 с.
Учебно–методическое пособие подготовлено для студентов не электротехнических специальностей КГТУ при выполнении ими расчетно-графических работ и для самостоятельного освоения учебного материала при изучении курса электроники. Пособие содержит типовые методики расчета электронных устройств и рекомендации по оформлению расчетных работ.
Приведены примеры расчета и справочные данные на элементы электроники.
Рецензент: канд. техн. наук, доцент кафедры автоматики и микропроцессорной техники В.Н. Ломагин
Рассмотрено и рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом КГТУ
Костромской государственный технологический университет, 2009
ОГЛАВЛЕНИЕ
стр.
Оглавление ……………………………… ……………….. …………………..…… 3
Предисловие………….………………………………………………………….. 4
1. Расчет выпрямительных схем………………………………………… …4
2. Расчет схем сглаживающих пассивных фильтров………………………7
3. Расчет параметрических стабилизаторов напряжения…………………10
Список литературы ………………………..………………………. ………..……. 14
Приложения…………………………………………………………….………15
ПРЕДИСЛОВИЕ
При выполнении расчетно-графических работ по электронике студенты сталкиваются с необходимостью использования типовых методик расчета различных электронных устройств, начиная с простейших выпрямителей. В учебной литературе этот вопрос освещается недостаточно полно, часто без подробных разъяснений и без справочных данных на элементы электроники. В предлагаемом учебно-методическом материале рассмотрены те варианты устройств, которые вошли в состав заданий на выполнение расчетно-графических работ по электронике для студентов специальностей механического факультета КГТУ.
Приведенные в приложениях справочные материалы составлены на основе данных, указанных в Государственных стандартах и технических условиях на изделия электроники.
Выпрямительная схема входит в состав электронного устройства, предназначенного для получения постоянного по направлению тока их переменного, например из синусоидального промышленной частоты 50 Гц.
Такие устройства упрощенно называют выпрямителями. В последнее время они получили более правильное название с технической точки зрения – источники вторичного электропитания (ИВЭП).
Структурная схема ИВЭП классического варианта с сетевым трансформатором приведена на рис. 1
Рис. 1. Структурная схема неуправляемого выпрямителя
Где
Т – трансформатор, В – выпрямительная схема, Ф – сглаживающий фильтр
СН – стабилизатор напряжения, Н – нагрузка
Конечной целью расчета выпрямителя обычно является определение параметров элементов, входящих в состав этого выпрямителя и выбор типов элементов со стандартными электрическими параметрами. Исходными данными для расчета как правило являются параметры нагрузки, которая подключена к выпрямителю.
В случае полного набора функциональных узлов в схеме рис. 1 расчет производится от нагрузки, то есть сначала рассчитывают стабилизатор, затем фильтр и только после этого выпрямительную схему. Так как в состав выпрямителя могут не входить фильтр и стабилизатор напряжения, то анализ расчета начнем с выпрямительной схемы.
В зависимости от количества фаз переменного тока различают однофазные и многофазные (чаще трехфазные) выпрямительные схемы. В зависимости от принципа работы различают однополупериодные и двухполупериодные выпрямительные схемы.
Рассмотрим порядок расчета трех вариантов однофазных выпрямительных схем.
1. Однофазная однополупериодная схема выпрямления
Схема представлена на рис 2
Рис. 2 Принципиальная электрическая схема однофазного
однополупериодного выпрямления
Основными электрическими параметрами выпрямительных диодов являются
I пр.ср. – прямой средний за период повторения максимально допустимый ток
U обр.макс. — максимально допустимое обратное напряжение
Ток нагрузки Iн равен току диода для рассматриваемой схемы поэтому
I пр.ср. = Iн ; где Iн = Uн / Rн
Uн — среднее напряжение на нагрузке (постоянное, выпрямленное)
Rн — сопротивление нагрузки
Максимальное напряжение на выпрямительном диоде в обратном направлении возникает в середине отрицательного полупериода напряжения U2 со вторичной обмотки трансформатора, которое является амплитудным его значением U2m
Таким образом U обр.макс = U2m = 1,41 U2
Связь между Uн и U2 в расчетах принимают следующей Uн = 0,45 U2
Пример расчета:
Дано: Rн = 500 Ом; Uн = 150 В
Рассчитать параметры диода и выбрать его тип по справочнику.
Рассчитаем ток нагрузки
Iн = Uн / Rн = 150 / 500 = 0,3 А
I пр.ср. = Iн = 0,3 А
Обратное напряжение на диоде
U обр.макс = U2m = 1,41 U2 = 1,41 (Uн/ 0,45) = 1,41 (150 / 0,45) = 471 В
По справочнику выбираем диод типа КД205Е с параметрами U обр.макс = 500В
I пр.ср. = 0,3 А
2. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления со средним выводом вторичной обмотки трансформатора.
Схема выпрямителя представлена на рис. 3
Рис. 3. Принципиальная электрическая схема однофазного двухполупериодного выпрямления со средним выводом вторичной обмотки трансформатора
Ток нагрузки Iн равен половине тока диода для рассматриваемой схемы поэтому
I пр.ср. = Iн / 2 где Iн = Uн / Rн
U обр.макс = 2U2m = 2(1,41 U2 )
Связь между Uн и U2 в расчетах принимают следующей
Uн = 0,9 U2
3. Однофазная мостовая схема выпрямления
Рис. 4. Принципиальная электрическая схема однофазного
мостового выпрямителя
Ток нагрузки Iн для мостовой схемы также равен половине тока диода поэтому
I пр.ср. = Iн / 2 где Iн = Uн / Rн
U обр.макс = U2m = 1,41 U2
Uн = 0,9 U2
6.4. Расчёт электронных схем с диодами.
Практический анализ электронных схем, содержащих диоды, в настоящее время чаще всего проводят на ЭВМ с помощью специальных моделирующих программ. В простейших же случаях для определения режима работы диодов можно воспользоваться графическим или аналитическим методами.
Рассмотрим вариант графического расчета с использованием так называемой линии нагрузки.
Пусть, например, для схемы, изображенной на рис.6.13 необходимо определить величину тока, протекающего через диод и напряжение на диоде и резисторе.
Рис.6.13. Расчетная схема с диодом
Для указанной на рисунке ориентации контура в соответствии со вторым законом Кирхгофа имеем
.
откуда 
,
где 
.
Последняя
зависимость тока 
от напряжения
определяет
уравнение прямой линии, называемой
линией нагрузки. В этом уравнении 2
неизвестных
и
,
и поэтому для получения однозначных
решений необходимо второе уравнение,
в качестве которого используют нелинейное
уравнение вольт-амперной характеристики
конкретного рассматриваемого диода.
Пусть, например, требуется провести
анализ схемы с диодом Д229А при температуре
250С
при Uп=3В
и R=10 Oм. На графике вольт-амперной
характеристики диода строят линию
нагрузки так, как это показано на
рис.6.14.
На
этом рисунке для построения линии
нагрузки используем две опорные точки
на осях координат. При 
=
0 (точка на оси
)
получаем
=
=3В.
При
=0
(точка на оси
)
получаем
=
=300
мА.
Рис.6.14. Графический анализ схемы с диодом.
В точке пересечения
линии нагрузки с вольт-амперной
характеристикой получаем искомые
значения 
=230mА
и 
=0.7
В. Отрезок (a, b) определяет падение
напряжения на сопротивленииR.
UR=Uп—
=2.3
В.
В простейших аналитических расчетах часто используют кусочно-линейную аппроксимацию вольт-амперной характеристики диода так, как это показано на рис.6.15.
Рис. 6.15. Кусочно-линейная аппроксимация вольт-амперной характеристики диода
Эквивалентные схемы диода, включенного в прямом и обратном направлении для такого вида аппроксимации, приведены на рис.6.16а и 6.16б соответственно.
Рис.6.16. Эквивалентные схемы включенного и выключенного диода
Для схемы рис.6.13 с учетом эквивалентной схемы открытого диода получаем эквивалентную линейную схему цепи постоянного тока, изображенную на рис.6.17.
Рис.6.17. Эквивалентная схема цепи с открытым диодом
Для этой схемы справедливы соотношения:
UП=UR+U;
UП=I(R+rдиф)+U0; откуда
, 
,
.
Иногда в практических расчетах для открытого диода величинами rдиф пр и Uo пренебрегают и тогда вместо открытого диода используют замкнутый ключ, величину rдиф обр считают равной бесконечности и тогда закрытый диод эквивалентен разомкнутому ключу.
При машинном моделировании используют несколько более сложные схемы. Например, в пакете анализа электронных схем Micro-Cap-2 диод представляют эквивалентной схемой, изображенной на рис.6.18.
Рис.6.18. Эквивалентная схема диода для машинного моделирования
На этой схеме R моделирует наличие тока утечки, емкость С моделирует барьерную диффузную емкость диода, а Iy моделирует статическую вольт-амперную характеристику диода.
мир электроники — Расчеты по электронике и электротехнике
категория
Этот раздел посвящен в основном теории электроники: расчеты, формулы и т.п….
Например: как рассчитать нужное сечение провода при удаленном подключении с учетом падения напряжения, как самостоятельно рассчитать трансформатор, мощность трехфазного тока и так далее.
Если что-то не получается- заходите на наш ФОРУМ- подумаем вместе!!
Радиотехнические расчеты начинающим
Радиотехнические расчеты начинающим: Закон Ома
Радиотехнические расчеты начинающим: Сложные цепи
Радиотехнические расчеты начинающим: цепи переменного тока
Радиотехнические расчеты начинающим: Нелинейные цепи
Радиотехнические расчеты начинающим: RC-фильтры
Радиотехнические расчеты начинающим: что такое децибелы
Рекомендуем так-же скачать книгу Типовые расчеты по электрооборудованию
Прочие расчеты по радио и электротехнике
Расчеты по электронике
Последовательное включение диодов
Как рассчитать сечение провода
Расчет гасящего конденсатора
Упрощенный расчет трансформатора
Расчет резонансной частоты колебательного контура
Упрощенный расчет колебательного контура
Расчет триггера Шмитта
Расчет дифференциального усилителя
Расчет фильтров напряжения
Расчет радиаторов охлаждения
Расчет выпрямителей напряжения
Расчет числа витков катушки индуктивности
Расчет волнового сопротивления линии
Как определить параметры коаксиального кабеля
Расчёт светодиодного драйвера NCP3066
Как рассчитать индуктивность катушки без сердечника
Расчет частоты генератора на основе микросхемы К176ИЕ12
Формулы расчета частоты мультивибратора на КМОП микросхеме
Расчет усилительных ступеней на полевом транзисторе
Расчет частоты среза многозвенных RC фильтров
Формулы расчета частоты мультивибратора на логическом элементе
Упрощенные формулы для расчета фильтров акустических систем
Расчеты по электротехнике
подключение электродвигателей по схеме звезда и треугольник
Удельное сопротивление проводников
Включение 3-х фазного двигателя в однофазную сеть
Применение электролитических конденсаторов для включения трехфазного двигателя в однофазную сеть
Расчет мощности трехфазного тока
Как пересчитать обмотку реле
Как увеличить КПД трансформатора
Трехфазный электродвигатель в двухфазную сеть без потери мощности
Программы для самостоятельных расчетов
Программа для расчета трансформатора
Программа для расчета диодного моста
Программа для расчета предохранителя
Программа для расчета катушки индуктивности