2080

Расчет схем на диодах

Книга

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Расчет схем на полупроводниковых диодах. Пример расчета диодного ограничителя. Стабилизаторы напряжения на диодах. Расчет параметрического стабилизатора.

Русский

2013-01-06

1.29 MB

356 чел.

 
ФЕДЕРАЛЬНОЕ  АГЕНТСТВО  ПО  ОБРАЗОВАНИЮ 
 
ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ 
 
 
ВЯТСКИЙ 
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ 
 
Факультет автоматики и вычислительной техники 
 
Кафедра автоматики и телемеханики 
 
 
 
А.М. ЛАНСКИХ 
 
 
 
РАСЧЕТ СХЕМ НА ДИОДАХ 
 
Методические указания и задания 
по самостоятельной работе 
 
 
 
Дисциплины 
«Общая электротехника и электроника» 
«Электротехника и электроника» 
 
 
 
Специальность 210100,  
II курс, дневное отделение,  
III курс, заочное отделение, 
Специальность 071900, 
II курс, дневное отделение 
 
 
 
 
Киров  2005 

Печатается  по  решению  редакционно-издательского  совета  Вятского  госу-
дарственного университета 
 
 
УДК 621.385.2 (07) 
Л 228 
 
 
 
 
Рецензент:   
 
кандидат технических наук, доцент кафедры  
электротехники и электроники Л.М.Агалакова 
 
 
 
 
Ланских А.М. Расчет схем на диодах: Методические указания и задания по 
самостоятельной работе. – Киров: Изд-во ВятГУ, 2005. – 44 с.:ил. 
 
 
 
 
 
 
Редактор Е.Г. Козвонина 
 
 
 
 
Подписано в печать 
 
 
 
 
Усл. печ. л.  
Бумага офсетная   
 
 
 
 
Печать копир Aficio 1022 
Заказ №  
 
 
Тираж  
 
 
Бесплатно 
Текст напечатан с оригинал - макета, представленного автором 
  
610 000 , г. Киров, ул. Московская, 36 
Оформление обложки, изготовление – ПРИП ВятГУ 
 
 
 А.М. Ланских, 2005 
 Вятский государственный университет, 2005 

 
4
ВВЕДЕНИЕ 
Современное  развитие  автоматических  устройств  и  автоматизированных 
систем  во  всех  сферах  человеческой  деятельности  было  бы  невозможно  без 
электронной техники, которая позволяет создавать наиболее надежные, миниа-
тюрные,  дешевые,  быстродействующие  элементы  и  устройства.  Разработка, 
внедрение  и  использование  электронных  устройств  невозможны  без  знания 
принципов построения, особенностей функционирования и технических харак-
теристик  электронных  элементов,  схем  и  систем.  Полупроводниковые  диоды 
являются простейшими электронными элементами, широко применяемыми как 
в  системах  электропитания,  так  и  в  системах  преобразования  амплитуды,  час-
тоты и формы электрических сигналов. 
Настоящие методические указания предназначены для проведения практи-
ческих  занятий  и  организации  самостоятельной  работы  студентов  в  процессе 
изучения  принципов  действия,  моделей  и  эквивалентных  схем  полупроводни-
ковых диодов двух типов: выпрямительных  диодов и стабилитронов. Методи-
ческие указания состоят из двух частей. В первой части излагаются теоретиче-
ские  сведения  о  полупроводниковых  диодах,  рассматриваются  принципы  по-
строения и методы анализа схем диодных ограничителей, выпрямителей и па-
раметрических стабилизаторов напряжения, приводятся примеры расчета каж-
дого из трех названных типов диодных схем. Вторая часть содержит варианты 
контрольных заданий по каждой из трех указанных тем и методические указа-
ния по их решению. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
5
1. РАСЧЕТ СХЕМ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДАХ 
1.1. Диоды и их параметры  
Полупроводниковый  диод - полупроводниковый  прибор,  который  содер-
жит  выпрямляющий  электрический  переход  (р-n  переход,  переход  металл-
полупроводник и т.п.) и имеет два вывода, которые называются анодом и като-
дом.  Диод  представляет  собой  пассивный  нелинейный  элемент,  на  условном 
графическом обозначении которого направление стрелки диода совпадает с на-
правлением  прямого  тока.  На  рис.1  представлена  статическая  вольт-амперная 
характеристика (ВАХ) и условное обозначение идеального диода. Такая харак-
теристика  позволяет  рассматривать  идеальный  диод  как  идеальный  ключевой 
элемент, обладающий идеальными статическими и динамическими параметра-
ми:  нулевыми  значениями  остаточного  напряжения  U
= 0   и  сопротивления 
0
R
= 0
зам
  во  включенном  (замкнутом)  состоянии;  бесконечно  большим  сопро-
тивлением  R
→ ∞
= 0  в выключенном (разомк-
раз
 и нулевым током утечки  0
нутом) состоянии; нулевой длительностью процессов переключения из замкну-
того  состояния  в  разомкнутое  или  из  разомкнутого  состояния  в  замкнутое 
t
= 0
t
t
= 0
пер
 и отсутствием задержки при переключениях  зд вкл
зд выкл

Реальная  статическая  ВAX  полупроводникового  диода  имеет  довольно 
сложный  вид  (рис.2а).  В  области  положительных  напряжений  на  диоде  ток 
диода экспоненциально зависит от приложенного напряжения (участок 1), диод 
представляет  собой  низкоомное  сопротивление,  что  позволяет  считать  диод 
замкнутым ключом. В области отрицательных напряжений на диоде ток через 
него очень мал, что позволяет считать диод разомкнутым ключом (участок 2). 
Лишь в области больших отрицательных напряжений диод переходит в режим 
электрического  пробоя,  для  которого  дифференциальное  сопротивление  мало 
(участок 3). Для большинства выпрямительных и импульсных диодов рабочими 
являются участки 1 и 2 ВАХ, а работа в области пробоя (участок 3) запрещена 
техническими  условиями.  Стабилитрон,  для  которого  область  электрического 
пробоя участка 3 является рабочей, может совмещать функции ключевого эле-
мента  с  последовательно  включенным  источником  постоянной  ЭДС  до  зоны 
теплового пробоя, обозначенной на рис.2а пунктирной линией. В зависимости 
от требуемой точности описания статических свойств диода используют моде-
ли  различной  сложности,  применяя  при  этом  как  нелинейную  модель,  пред-
ставляющую  собой  аналитическое  описание  ВАХ,  так  и  аппроксимацию  ВАХ 
реального диода ломаной линией. Для инженерных расчетов чаще всего приме-
няется  кусочно-линейная  аппроксимация  ВАХ.  Для  каждого  участка  ВАХ  в 
этом случае строится своя эквивалентная схема (рис.2б): 

 
6
 
IVD 
VD 
A 
K 
а 
UVD
0 
б
Рис. 1
IVD 
R 
U 0 
А 
зам
1 
К 
_
+
1 
R 
U 
раз
0 
2
А
 
 
К 
_
U
+
ст 
UVD
I0  U
I 
0 
0 
2 
r 
U ст 
А
дин
 
3 
3 
К 
_
+
а 
б
Рис. 2
U вх 
C 
Е
VD

 
t 0 
t 2
t 

VD 
2 
IVD 
I 2 
I 1 
t 
UВХ 
R H 
I 0 
C H
I3
U пр max 
1,2U пр 
U пр 
б 
t 
t
t
0 
t 1 
t 2
 
3 
t 4 
 
U обр 
а 
Рис. 3
 
 
 

 
7
- для первого участка ВАХ - источник ЭДС  0  с внутренним сопротивле-
нием  R
= ( 5
,
0 ÷ 7
,
0 )
=
15
,
0
(
÷
)
35
,
0
зам ,  где 
0
 В для кремниевых диодов и  0
 В для 
германиевых  диодов, 
dU
ϕ T
R
R
r


  и    составляет  1
( ÷ )
5  
зам
пр
пр
dI
I
пр
пр
Ом для германиевых диодов и  10
( ÷
)
100  Ом для кремниевых диодов; 
- для второго участка ВАХ - источник тока  0  с внутренним сопротивле-
нием  R
I
1
,
0
(
÷ )
1  мкА, а для герма-
раз , где 
0  для кремниевых диодов составляет 
ниевых диодов  1
( ÷ )
10  мкА,  R
R
 и составляет  1
( ÷
)
50  МОм для кремние-
раз
обр
вых диодов и  (0 1
, ÷ 5)  МОм для германиевых диодов; 
- для третьего участка ВАХ - источник ЭДС  U ст  с внутренним сопротив-
лением  rдин , где U ст  определяется типом электрического пробоя (лавинный или 
dU
туннельный)  и  составляет  от  единиц  до  десятков  и  сотен  вольт, 
ст
r
=
  и 
дин
dI ст
составляет  1
( ÷
)
100  Ом. 
Ключевые  свойства  полупроводниковых  диодов  позволяют  использовать 
их для построения нелинейных схем ограничителей, выпрямителей, модулято-
ров  и  демодуляторов,  логических  элементов  и  других  специальных  электрон-
ных  схем,  осуществляющих  разнообразные  преобразования  поступающих  на 
вход  схемы  электрических  сигналов.  С  точки  зрения  применения  подобных 
электронных  схем  в  системах  автоматики  всегда  желательно  иметь  зависи-
мость,  позволяющую  определить  выходной  сигнал  диодной  схемы  в  функции 
от  входного,  т.е.  характеристику  «вход-выход».  Искомая  зависимость  «вход-
выход» появляется на основе анализа эквивалентной схемы устройства, для по-
строения  которой  применяются  представленные  на  рис.2б  линейные  модели 
диода. 
Реальные  диодные  ключи  обладают  инерционностью  и  их  работа  в  дина-
мике,  при  быстрых  изменениях  сигналов  в  ключевой  схеме,  характеризуется 
конечным  временем  переключения  из  проводящего  открытого  состояния  в  за-
крытое и обратно. Это связано с накоплением и рассасыванием неравновесного 
заряда в диоде, что соответствует наличию эквивалентной емкости перехода, и 
для  р-n  перехода  C
C
C
С
,  где  C бар -  барьерная  емкость,  отра-
VD
пер
бар
диф
жающая перераспределение зарядов на р-n переходе;  Cдиф - диффузионная ем-
кость, отражающая перераспределение заряда в базе диода. Барьерная емкость 
учитывается  при  переключении  диода  из  закрытого  состояния  в  открытое,  а 
диффузионная - при запирании диода. 
На  рис.3  представлена  схема  для  исследования  процесса  переключения 
диода и соответствующая ей временная диаграмма [2, 4]. На отрезке  − t
0
1  про-
исходит  процесс  накопления  заряда  неосновных  носителей  в  базе  диода  с  по-
стоянной времени  τ . При этом в момент появления скачка отпирающего на-
Б
пряжения до значения  + E1 , когда базовый кристалл еще не насыщен избыточ-
ными  неосновными  носителями,  сопротивление  кристалла  велико  и  напряже-

 
8
ние  на  диоде  U
I R
U
пр max
1
VD max превышает  установившийся  уровень 
пр .  По 
мере  насыщения  базового  кристалла  неосновными  носителями  заряда  сопро-
тивление  диода  уменьшается  и  соответственно  уменьшается  напряжение  на 
диоде.  Через  интервал  времени  t
− = 2,3 ⋅τ   устанавливается  прямое 
уст
1
0
Б
сопротивление  и  прямое  напряжение  диода,  а  ток  через  диод  становится  рав-
ным прямому току  = () /() , где  Rвн - внутреннее сопротивление 
2
1
пр
вн
н
генератора входного сигнала. 
Если в схеме на рис.3б входное напряжение скачком изменяет полярность 
и  становится  равным  − ,  то  диод  запирается  не  мгновенно.  Это  связано  с 
2
тем, что в базе накоплен избыточный заряд носителей, и сначала сопротивление 
диода  мало,  существует  обратный  ток  /(R
),   где 
3
2
вн
н
VD ср
R
≈ 0,5 (R
U
) . Под действием этого тока в течение короткого ин-
VD ср
VD max
пр
2
тервала времени  − - времени рассасывания, избыточный заряд неоснов-
3
2
р
ных носителей рассасывается, сопротивление диода начинает возрастать, а ток - 
уменьшаться. После установления обратного сопротивления в течение времени 
среза  импульса  тока,  определяемого  соотношением  − ≈ τ ⋅ 1
ln( + ) , 
c
4
3
Б
2
3
запирание диода завершается. Таким образом, время переключения из открыто-
го  состояния  диода  в  закрытое,  время  восстановления  исходного  состояния 
диода, определяется как  t

восст
p
c
Для высокочастотных диодов и диодов Шоттки  = 0    и  t
≈ t
восст
, кроме 
p
c
того, у современных быстродействующих диодов  t
 и  tвосст  не превышают де-
уст
сятков  наносекунд,  и  влияние  указанных  параметров  сказывается  только  при 
малых  паразитных  емкостях  и  емкостях  нагрузки.  При  значительной  емкости 
нагрузки основную роль играют переходные процессы, определяемые зарядом 
и разрядом емкости нагрузки. 
Для  стабилитронов,  рабочим  участком  ВАХ  которых  является  участок 
электрического  пробоя,  в  импульсном  режиме  работы  также  учитывают  нали-
чие  общей  емкости  стабилитрона  С ,  которая  может  достигать  у  отдельных 

типов приборов нескольких тысяч пикофарад. 
В динамическом режиме диод может быть представлен в виде эквивалент-
ной  схемы  (рис.4),  где  элементы  принимают  значения,  соответствующие  тому 
или  иному  режиму  работы  диода.  Для  замкнутого  диодного  ключа 
R
,C
C
=
,
=
VD
зам
VD
; для разомкнутого диодного ключа  r
R
C
; для 
диф
C
VD
раз
VD
бар
участка стабилизации напряжения  C

VD
дин
VD
ст
 
 

 
9
 
r VD
C VD
Рис. 4
3 
U вых
U вых
U огр2 

1 
U
пор1 
вх
t 
t 

3 
t 4 
t 

0
t 
1
пор2 
2
2 

в
огр1
а
 
U

вх
U

вх
вых
t 1 
t 2 
г
t 3 
U

вх
вых
t 4 
б
д
t 
Рис. 5
VD 
U вх

R 
вх 
H
Uвых
+ 
t 
а 


- 
вых 
вых
1 
+ 
45° 
2 
t 
1 
0 
Uвх
б 
2 
в 
Рис. 6
 
 
 
 


 
10
1.2. Диодные ограничители [2, 4] 
Ограничителем  называется  четырехполюсник,  напряжение  на  выходе  ко-
торого остается практически на постоянном уровне, называемом уровнем огра-
ничения, при достижении входным напряжением определенного заданного зна-
чения порога ограничения. 
Ограничители  предназначены  для  изменения  формы  входного  сигнала  и 
строятся  с  использованием  активных  транзисторных  или  пассивных  диодных 
ключей. Последние проще в настройке и эксплуатации. В зависимости от под-
ключения диодов по отношению к нагрузке различают последовательные и па-
раллельные диодные ограничители. И те, и другие могут быть с ограничением 
выходного  напряжения  сверху  и  снизу,  с  одним  порогом  ограничения  (одно-
сторонние) и двумя порогами ограничения (двусторонние), с ограничением на 
нулевом  уровне  и  ненулевом  уровне.  Для  обеспечения  ненулевого  уровня  в 
схему вводятся источники ЭДС. 
Основной  характеристикой  ограничителя  является  передаточная  характе-
ристика «вход-выход» U
(U
) , в соответствии с формой которой огра-
вых
вх
ничителям  присваиваются  обозначения  на  структурных  и  функциональных 
электрических  схемах.  Используя  характеристику  «вход-выход»  при  заданной 
форме  входного  сигнала  U
() ,  можно  получить  и  зависимость 
вх
U
) ,  форма  которой  также  может  быть  введена  в  условное  графиче-
вых
ское  обозначение  ограничителей  на  электрических  схемах.  Примеры  переда-
точной характеристики U
() , её применения для получения зависимо-
вых
вх
сти U
()  и условных графических обозначений на структурных и функ-
вых
циональных электрических схемах для идеального двустороннего ограничителя 
с  ненулевыми  уровнями  ограничения  U
 и  U
  и  порогами  ограничения 
огр 1
огр 2
U
U
 представлены на рис.5. 
пор 1
пор 2
Аналитическое  описание  зависимости  U
(U
) ,  представленной  на 
вых
вх
рис.5а: 
K U U
U
U
;
 U вх
пор 1
вх
пор 2
U
U
U
U
 
вых

,

;
огр 1
вх
пор 1

U
U
≥ U
,
огр 2
вх
пор 2
где  -  коэффициент  передачи  схемы.  На  участке 1 графика  рис.5а 
U
K
= ∆ U
/ ∆ U
  (для  диодных  ограничителей  < 1 ,  для  транзисторных 
U
вых
вх
U
K
> 1 ).  На  участках  ограничения  (насыщения),  т.е.  участках 2 и 3 графика 
U
рис.5а  K
= 0 . 
U
Схемы  двусторонних  ограничителей  на  выпрямительных  и  импульсных 
диодах  строятся  чаще  всего  путем  последовательного  соединения  схем  одно-
сторонних ограничителей. 
Простейшей  схемой  последовательного  диодного  ограничителя  (рис.6а) 
является ограничитель снизу на нулевом уровне. Если входной сигнал синусои-
дальный,  то  для  идеального  диодного ключа  с  R
= и
 
0  R
→ ∞   при  положи-
зам
раз

 
11
тельной  полуволне  входного  сигнала  диод  открыт  и  U
,  т.е.  передача 
вых
вх
входного  сигнала  осуществляется  с  K
= 1 .  При  отрицательной  полуволне 
U ИД
входного  напряжения  U
= 0
0
вых
  и  коэффициент  передачи  K
= .  Соответст-
U ИД
вующие  этому  алгоритму  работы  схемы  временные  зависимости  и  характери-
стика «вход-выход» приведены на рис.6б и рис.6в (график 1). 
Поскольку реальный диод имеет конечные значения сопротивлений в пря-
мом  и  обратном  направлении  R
≠ 0 и
   R
≠ ∞ ,  то  создается  делитель  напря-
зам
раз
жения по сопротивлениям, и выходное напряжение определяется в каждый по-
лупериод входного напряжения в соответствии с выражением 
U
⋅ /( R
) ,  
 
 
 
 
 
 
(1) 
вых
вх
н
VD
н
т.е. передача входного сигнала на выход схемы ограничителя рис.6а осуществ-
ляется с коэффициентом передачи (график 2 на рис.6в) 
K
= 1 /(1 + R
) . 
 
 
 
 
 
 
 
(2) 
U
VD
н
При замкнутом диодном ключе для максимального приближения коэффи-
циента передачи к идеальному значению  K
= 1  должно выполняться усло-
U ИД
вие 
R
R
<< .   
 
 
 
 
 
 
(3) 
VD
зам
пр
н
При  разомкнутом  диодном  ключе  для  получения  близкого  к  идеальному 
коэффициента  передачи  K
= 0   нужно  выбирать  сопротивление  нагрузки  в 
U ИД
соответствии с выражением 
R
R
>> .   
 
 
 
 
 
 
 
(4) 
раз
обр
н
Для  выпрямительных  и  импульсных  диодов  качество  работы  диодного 
ключа существенно зависит от величины коэффициента выпрямления диода 
I
R
пр
обр
K
=
=

 
 
 
 
 
(5) 
B
I
R
обр
пр
U
= ± 1 B
U
= ±
VD
VD
B
Поэтому  для  выполнения  условий (3) и (4) необходимо  выбирать  сопро-
тивление  нагрузки  ограничителя,  пользуясь  соотношением  << << R
н
обр 
пр
которое с учетом выражения (5) приобретает вид 
R

K
.   
 
 
 
 
 
 
 
(6) 
н
пр
B
Ограничение сверху с нулевым порогом ограничения можно получить, из-
менив полярность включения диода на противоположную. 
Для  получения  ограничения  на  заданном  уровне  в  схему  вводится  источ-
ник ЭДС. На рис.7 показана схема (рис.7а) и временная диаграмма (рис.7б) по-
следовательного ограничителя снизу с уровнем ограничения  − . Для получе-
1
ния  ограничения  сверху  на  уровне    необходимо  изменить  полярность  под-
2
ключения источника и диода (на рис.7а показано пунктиром). 
Двустороннее  ограничение  возможно  при  последовательном  включении 
ограничителей  сверху  и  снизу.  При  этом  возможно  ограничение  сигналов  по 
максимуму и минимуму (рис.8а, б). Напряжения источников   1
  и  2
  выбира-
ются так, чтобы в отсутствие входного сигнала диод VD 2  был открыт  () . 
1
2
Верхний  уровень  ограничения  определяется  напряжением  ,  а  нижний - по-
2

 
12
тенциалом катода диода, соответствующим границе отпирания VD 1 . Диод VD 1  
отпирается, когда напряжение на входе превышает значение 
0
1
1
Существенное влияние на работу последовательных диодных ограничите-
лей  оказывают  паразитные  емкости:  междуэлектродная  емкость  диода    и 
VD
емкость  C н , включающая в себя входную емкость следующего устройства (на-
грузочного) и емкость монтажа (рис.9а). 
Наличие емкостей обуславливает существование в схеме ограничителя не 
только делителя напряжения по сопротивлениям с коэффициентом  K
, опре-
UR
деляемым выражением (2), но и делителя по емкостям с коэффициентом деле-
ния напряжения 
K
C
/(C
) . 
 
 
 
 
 
 
 
(7) 
UC
VD
VD
н
Поэтому даже при закрытом диоде на выходе схемы входной сигнал будет 
отображаться в виде помех (рис.9б) с амплитудами 
U
U
⋅ K

пом max
вх m
UC
Поскольку для закрытого диода  R
R
>> , то длительность помехи, 
VD
обр
н
определенная на уровне  0,05U пом max , составляет  
t
= 3τ ,   
 
 
 
 
 
 
 
 
(8) 
пом
1
где τ = (С
) ⋅ R
≈ (C
) ⋅ 
1
VD
н
экв
VD
н
н
При  передаче  положительного  входного  импульса  форма  выходного  сиг-
нала определяется соотношением между   и  K UC . Каждый скачок напряже-
UR
ния на входе  U
 делится между емкостями   
C
вх m
VD   и 
н   и  обуславливает  ска-
чок напряжения на выходе 
U
⋅ K

 
 
 
 
 
 
 
 
(9) 
вх m
UC
После отпирания диода под воздействием положительного перепада вход-
ного  напряжения  начинается  экспоненциальное  изменение  U
()   с  постоян-
вых
ной времени 
τ = (С
) ⋅ 
 
 
 
 
 
 
 
(10) 
2
VD
н
пр
а после запирания диода под воздействием отрицательного перепада входного 
напряжения изменение U
)  осуществляется с постоянной времени 
вых
τ = (C
) ⋅ .   
 
 
 
 
 
 
(11) 
1
VD
н
н
Экспоненциальный  спад  или  нарастание  напряжения  U
()   осуществля-
вых
ется в течение времени  = 2,3 ⋅τ  до значения 
фр
2
U
U
⋅ K
,   
 
 
 
 
 
 
 
(12) 
вых m
вх m
UR
а  изменение  заднего  фронта  выходного  сигнала  (срез  импульса)  происходит  в 
течение времени  = 2,3 ⋅ τ . 
ср
1
Для лучшего ограничения выбирают  R н  как можно больше  , но увели-
пр
чение  Rн  ограничивается допустимым временем среза. Поэтому при заданном 
t
R
ср  выбирают 
н  из соотношения 
≤ t
/ [2,3 ⋅ (C
)] .  
 
 
 
 
 
 
(13) 
н
ср
VD
н

 
13
 
 
VD 
Uвх
t 
t 
1 
t 2 
Е 1
Uвых

Uвых
вх 
- 
t 
Е 1 
Е 2
+ 
Е1
а 
б
Рис. 7
VD1
U
 
VD2 
вых
Е 2 
R 
R
1
 
2
t 
U вх 
Uвых
Е +
1 U R1
+ 
+ 
Е 
Е 
1 
2
- 
- 
б
а 
Рис. 8
С
U
 VD
вх
t 
Uвых1 Uвых m
K <K 
VD
UC
UR
 

R 

H
С H U
вх 
вых
U
t 
Uвых2
K >
UC  K UR
а 

U
Uвых m
вх 
t 
t 
Uвых3 Uвых m
K =
UC  K UR
U вых 
t 
t 

б 
в 
пом max 
Рис. 9
 
 

 
14
Простейшей схемой параллельного диодного ограничителя является огра-
ничитель  на  нулевом  уровне  (рис.10а).  Если  входной  сигнал  синусоидальный, 
то  для  идеального  диодного  ключа  с  R
=  
0
зам
  и  R
→ ∞
раз
  при  положительной 
полуволне входного сигнала диод открыт и U
= 0 , т.е. коэффициент передачи 
вых
входного напряжения на выход схемы  = 0 , а для отрицательной полуволны 
U
входного напряжения диодный ключ разомкнут и 
U
⋅ /( R
) , 
вых
вх
н
н
огр
т.е. коэффициент передачи напряжения данной схемы 
K
/( R
)  
 
 
 
 
 
 
 
(14) 
U
н
н
огр
и при  >> R
K
≤ 1 . 
н
огр
U
Соответствующая  описанному  принципу  работы  схема  приведена  на 
рис.10а,  временная  диаграмма  приведена  на  рис.10б,  передаточная  характери-
стика «вход-выход» - на рис.10в (график 1). 
Учитывая  наличие  конечных  значений  сопротивлений  диода  в  прямом  и 
обратном включении  R
≠ 0 
, коэффициент передачи по напряже-
зам
 и  R
≠ ∞
раз
нию схемы на рис.10а становится равным 
= (R
|| ) /( R
R
|| ) ,  
 
 
 
 
 
(15) 
U
VD
н
огр
VD
н
где  || ⋅ /( ) .  Реальная  зависимость  U
() представле-
VD
н
VD
н
VD
н
вых
вх
на на рис.10в (график 2). В этом случае для максимального приближения к иде-
альному ограничению должно выполняться условие 
<< << << 
 
 
 
 
 
 
 
(16) 
пр
огр
н
обр
Для  получения  ограничения  снизу  необходимо  изменить  полярность 
включения диода (на рис.10а показано пунктиром). Для обеспечения ограниче-
ния на ненулевом уровне в схему, как и в случае последовательного ограничи-
теля, должен быть введен источник ЭДС, который включается последовательно 
с диодом (рис.11а). Соответствующая такой схеме временная диаграмма приве-
дена на рис.11б. 
Сочетание  схем  параллельных  диодных  ограничителей  с  ограничением 
снизу и сверху на ненулевых уровнях   1
 и  2
 позволяет получить схему дву-
стороннего ограничения входного напряжения (рис.11в). 
Существенное влияние на работу параллельных ограничителей оказывают 
паразитные емкости (рис.12а):  C
C
VD - емкость диода и 
н - емкость монтажа и на-
грузки. Поскольку емкости включены параллельно нагрузке, то эквивалентная 
емкость  С
С С
общ
VD
н   не  создает  делителя  напряжения  по  емкостям,  и  при  на-
личии  импульсного  входного  напряжения  для  замкнутого  диодного  ключа  на-
пряжение импульсной помехи не создается, а для разомкнутого диодного клю-
ча присутствуют искажения фронта и среза импульса (рис.12б). 
Под действием переднего фронта входного импульса емкость  Собщ  заряжа-
ется, формируя передний фронт выходного напряжения с длительностью 
t
≈ ,
2 2С
⋅ .   
 
 
 
 
 
 
 
(17) 
фр
общ
огр
 

 
15
 
R огр 
Uвх
VD 
U вх 
t 
R 
Uвых
H
Uвых
а
U вых 
t 
2 
Uвх
2 
1 
б 
1 
в 
Рис.10
R огр 
Uвх
Е1
VD1
t
 
 

U
вх 
вых
R 
U
H
вых
Е
+ 
1
Е 
t 
1 
- 
а 
б 
R огр 
VD1 
VD2 
Uвх
U вых
R
 
 H
+ 
+ 
Е1
Е2
- 
- 
в
Рис.11 
 
 
Под  действием  заднего  фронта  емкость  С
  разряжается,  формируя  срез 
общ
выходного импульса напряжения с длительностью ≠ ≈ ,
2 2С
⋅ 
ср
фр
ср
общ
пр

 
16
Для получения лучшего ограничения желательно   увеличивать, но это 
огр
приводит  к  затягиванию  фронтов,  поэтому  при  заданном  значении  tфр  сопро-
тивление   выбирается из условия 
огр
R
≤ /[ ,
2 2(C
)] .   
 
 
 
 
 
 
(18) 
огр
фр
VD
н
Построение импульсных схем с использованием интегральных микросхем, 
полезные сигналы которых составляют десятые доли вольта, приводит к необ-
ходимости в ограничителях и других диодных схемах учитывать обратный ток 
диода и напряжение отпирания диода, составляющее для германиевых диодов 
0,2÷0,3 В, для кремниевых – 0,4÷0,6 В. 
В интегральной микросхемотехнике в качестве диодов используются тран-
зисторы  в  диодном  включении.  При  этом  параметры  диода-транзистора  меня-
ются в зависимости от схемы включения. Возможны пять схем диодного вклю-
чения транзистора (рис.13а-д). 
В  схемах  рис.13а,  г  в  качестве  диода  используется  эмиттерный  переход 
(напряжение пробоя  U
I
проб   и  обратные  токи 
обр max   малы,  так  как  у  эмиттерного 
перехода  малые  площадь  и  ширина),  такой  «диод»  применяется  для  работы  с 
малыми напряжениями до 3÷5 В.  
В схемах рис.13б, д используется коллекторный переход, и для них харак-
терны относительно большие значения  U
 и  I
. В схеме рис.13в эмиттер-
проб
обр max
ный  и  коллекторный  переходы  соединены  параллельно,  вследствие  чего   
обр
мало, а обратный ток равен сумме обратных токов обоих переходов, значение 
тока через диод возрастает. 
Наибольшее  прямое  падение  напряжения  имеет  место  в  схеме  рис.13а,  а 
наименьшее − в схеме рис.13г. Емкость транзистора в диодном включении оп-
ределяется емкостью соответствующего перехода и имеет минимальное значе-
ние в схеме рис.13г. 
Наличие  источников    и    в  эквивалентных  представлениях  диода 
0
0
(рис.2б)  позволяет  уточнить  характеристику  «вход-выход»  любой  ключевой 
схемы после соответствующего анализа электрических эквивалентных схем для 
каждого  состояния  диода.  Поскольку  анализ  линейной  схемы  при  наличии  в 
ней нескольких источников токов и напряжений осуществляют с использовани-
ем принципа суперпозиции, то выходной сигнал для каждого из состояний ди-
одного ключа находят в виде алгебраической суммы 
U
U
U

вых
вых ~
вых =
где  U
  определяется  входным  переменным  сигналом,  а  Uвых=  - источником 
вых ~
постоянного  тока  I0   или  постоянного  напряжения  при  разных  состояниях  ди-
одного ключа. 
 

 
17
 
R огр 
Uвх
t 
С 
R 
С
VD 
H
VD
H
 
Uвх m
U

вых
t 
t 
вх 
Uвых
фр 
t ср
0,1Uвых m
0,9Uвых m
Uвых m

*U
а 
вых m =K U
вх m
б
Рис. 12
а 
б 
в
г
д
Рис. 13
VD 
U
U
вых
вых
R H 
U вх 
U вых 
2 
+ 
Е 
1 
1 
U
- 
огр
t 
а 
U
Uвх
t
пор
t 
 
1
2 
t 3
Uвх
t 1
t 2
б 
t 3 t 
Рис. 14
 
 

 
18
Пример расчета диодного ограничителя 
 
Пусть  необходимо  рассчитать  схему  и  характеристику  «вход-выход»  по-
следовательного  ограничителя  снизу  с  уровнем  ограничения  U
= 2
B
огр
,  рабо-
тающего на нагрузочное сопротивление  = 1кОм , на вход которого поступает 
н
гармонический сигнал с амплитудой U
= 10  и частотой  = 1 кГц
вх
. Парамет-
вх m
ры диода: = ,
0 2 B I = 1 мкА R = 100 Ом ,  R
= 400 кОм ,  = 20 пФ
VD
. Рассмат-
0
,  0
,  пр
обр
риваемая схема ограничителя приведена на рис.14а. Заданный уровень ограни-
чения обеспечивается источником ЭДС  
Идеализированная  характеристика  «вход-выход»  и  соответствующие  ей 
зависимости  (t)  и  U
(t)   построены  на  рис. 14б.  На  характеристике «вход-
вх
вых
выход» существует два участка: для первого участка диод закрыт, для второго 
участка диод открыт. Поэтому для построения характеристики с учетом задан-
ных параметров реального диода используются эквивалентные схемы (рис.15а - 
для  первого  участка,  рис.15б - для  второго  участка  характеристики  «вход-
выход»). 
Тогда для схемы рис.15а 
U
K U K E − K I 
вых 1
11
вх
21
31 0
где  /() = 0025
,
0
11
н
обр
н
-  коэффициент  передачи  входного  переменного 
напряжения на выход схемы;  /() = 998
,
0
- коэффициент передачи 
21
обр
обр
н
напряжения 
от 
источника 
ЭДС 
 
на 
выход 
схемы; 
⋅ R
/(R
) = 998
,
0
Ом -  коэффициент  передачи  от  источника  тока  I0  
31
н
обр
обр
н
на выход схемы. Тогда  
U
= ,
0 0025 + 995
,
1

вых 1
вх
где U
= 995
,
1
B
= 2 ), а коэффициент 
огр
- уровень ограничения (при заданном Uогр
передачи  входного  напряжения  на  выход  схемы  = ,
0 0025   (при  идеальном 
U
значении  K
= 0
U ИД
). 
Для  схемы  рис.15б  выходное  напряжение  также  содержит  постоянную  и 
переменную составляющие, поскольку 
U
K U K E − K U 
вых 2
12
вх
22
32
0
где  /() = 91
,
0
;  /() = ,
0 001 ;  = 91
,
0
. Тогда  
12
н
пр
н
22
пр
пр
н
32
12
U
= 91
,
0
− 18
,
0

вых 2
вх
Для  U
U
  может  быть  определено  входное  пороговое  напряжение 
вых 1
вых 2
U
= 397
,
2
 и соответствующее значение выходного напряжения U
= 2
пор
вых
Уточненная характеристика «вход-выход» приведена на рис.16а, а зависи-
мость U
(t)  - на рис.16б. 
вых
При  передаче  прямоугольных  импульсов  или  гармонических  сигналов  с 
большими амплитудами и высокими частотами следования схема будет вносить 
изменения в форму сигнала, связанные с наличием постоянных времени схемы 
(10) и (11), составляющих: 

 
19
τ = ⋅ R
−12
−9
= 20 ⋅10
⋅100 = 2 ⋅10 с  - для открытого диода; 
2
VD
пр
τ = ⋅ R
12

3
9
= 20 ⋅10 ⋅1⋅10 = 20 ⋅10− с  - для закрытого диода. 
1
VD
н
Для  рассматриваемого  входного  сигнала,  период  следования  которого 
= 1/ f
3
10−
=
с
вх
вх
, инерционность схемы можно не учитывать, поскольку посто-
янная времени схемы по сравнению с длительностью периода входного сигнала 
мала.  
 
 
1.3. Выпрямительные устройства [2, 3, 4, 5, 10, 20] 
 
Выпрямительные  устройства  используются  для  преобразования  перемен-
ного напряжения питающей сети в постоянное напряжение требуемой величи-
ны.  Выпрямительное  устройство  (рис.17)  в  большинстве  случаев  состоит  из 
трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра. Трансформатор пре-
образует напряжение переменного тока на его первичной обмотке в более вы-
сокое или низкое напряжение на вторичной обмотке, необходимое для получе-
ния заданного напряжения на выходе выпрямителя. 
Выпрямитель преобразует напряжение переменного тока в пульсирующее, 
имеющее в своем составе постоянную составляющую и значительное количест-
во  гармонических  составляющих.  Наибольшей  из  них  является  первая  гармо-
ника,  частота  и  амплитуда  которой  определяются  схемой  выпрямителя.  В  ис-
точниках  питания  радиоэлектронной  аппаратуры,  работающих  от  сети  пере-
менного  тока,  чаще  всего  используются  схемы:  однополупериодная  (рис.18а), 
двухполупериодная  со  средним  выводом  вторичной  обмотки  трансформатора 
(рис.18б),  однофазная  мостовая  схема - схема  Греца  (рис.18в),  двухполупери-
одная с удвоением напряжения - схема Латура (рис.18г) . 
Однополупериодную схему или схему одностороннего ограничения обыч-
но применяют при выпрямленных токах до нескольких десятков миллиампер и 
в тех случаях, когда не требуется высокой степени сглаживания выпрямленного 
напряжения. Эта схема характеризуется низким коэффициентом использования 
мощности трансформатора. 
Двойную  схему  одностороннего  ограничения  или  двухполупериодную 
схему  со  средним  выводом  вторичной  обмотки  применяют  в  низковольтных 
выпрямителях.  По  сравнению  с  однофазной  мостовой  схемой  она  позволяет 
вдвое уменьшить число диодов и тем самым снизить потери. 
Однофазная  мостовая  схема  также  является  двойной  схемой  односторон-
него  ограничения  и  характеризуется  высоким  коэффициентом  использования 
мощности трансформатора. Эта схема может быть рекомендована для исполь-
зования  в  устройствах  повышенной  мощности  при  выходных  напряжениях  от 
десятков до сотен вольт. 
Схема  Латура  представляет  собой  последовательное  соединение  двух  од-
нополупериодных схем и применяется при повышенных выпрямленных напря-
жениях (до 1÷2 кВ) в устройствах различной мощности при небольших токах. 
 

 
20
 
R обр 
U0
R пр 
I 0 
R 
R H 

H
U
вх 
Uвых
вых
Uвх
+ 
+ 
Е
Е 
- 
- 
а 
б 
Рис. 15

U , В 8,8 
вых , В 
вых
2,0
2,0 
 
1,97
U , В
t
вх
 
 
2,397 
t 
t 
t 
1
2
3 
а
б
Рис. 16 
I 0 
~
~
 
 
~
U ~ , f 
 
R Н  U
~
~
0
 
 
- 
Рис. 17 
 
На  выходе  выпрямителя  для  уменьшения  пульсаций  выпрямленного  на-
пряжения ставится сглаживающий фильтр, поскольку характер нагрузки суще-
ственно  влияет  на  работу  выпрямительных  диодов.  Например,  для  схемы 
рис.18б при питании от сети переменного напряжения синусоидальной формы 
на рис.19 показаны формы напряжения (а) и токов в каждой фазе двухполупе-
риодной  схемы  выпрямителя  со  средним  выводом  вторичной  обмотки:  форма 

 
21
тока  при  работе  на  фильтр,  начинающийся  с  емкости  (рис.19б),  представляет 
собой  верхнюю  часть  синусоиды  с  продолжительностью  менее  полупериода; 
форма  тока  при  работе  на  фильтр,  начинающийся  с  индуктивности  (рис.19в), 
представляет собой прямоугольную форму с продолжительностью, равной по-
лупериоду; форма тока при работе на активную нагрузку без фильтра (рис.19г) 
представляет  собой  полусинусоиду.  Разные  формы  токов  в  фазе  и  их  продол-
жительность  приводят  к  тому,  что  методы  расчета  и  расчетные  соотношения 
выпрямителей с различным характером нагрузки существенно различаются. 
Необходимые расчетные соотношения для схем выпрямителей рис.18, ра-
ботающих на тот или иной тип нагрузки, приведены в табл.1, где  
kтр - коэффициент использования трансформатора;  
- количество фаз первичной обмотки трансформатора;  
1
- количество фаз вторичной обмотки трансформатора;  
2
- частота питающего напряжения; 
c
-  напряжение  фазы  вторичной  обмотки  трансформатора  (действующее 
2
значение); 
- ток вторичной обмотки трансформатора (действующее значение); 
2
 и - габаритные мощности первичной и вторичной обмоток трансфор-
1
2
матора соответственно; 
S
- габаритная мощность трансформатора; 
тр
- ток первичной обмотки трансформатора (действующее значение); 
1
ω2 - количество витков вторичной обмотки трансформатора;  
ω1 - количество витков первичной обмотки трансформатора;  
rф - активное сопротивление фазы с учетом активного сопротивления об-
моток трансформатора  r
r
тр  и сопротивления вентиля  VD ; 
- количество фаз выпрямления; 
- напряжение на нагрузке выпрямителя (постоянная составляющая) ; 
0
- ток нагрузки (постоянная составляющая);  
0
- мощность, потребляемая нагрузкой;  
0
kп1 - коэффициент пульсаций по первой гармонике на входе фильтра после 
выпрямителя;  
- частота основной гармоники на выходе выпрямителя; 
п1
U
- максимальное обратное напряжение на вентиле (диоде);  
обр max
- среднее значение тока через диод;  
ср
- действующее значение тока через диод;  
Д
I
- максимальный постоянный прямой ток через диод;  
Д max
- емкость фильтра; 
BFD-  расчетные  коэффициенты,  определяемые  по  графикам  рис.20  в 
зависимости от параметра   и угла ϕ . 

 
22
 
TV 
VD 
+ 
~ 
- 
а
TV 
VD1 
+ 
~ 
VD2 
- 
б
- 
VD1 
VD3 
TV 
VD2 
VD4 
~ 
+ 
в
TV 
VD1 
+ 
~ 
С 1 
г
С 2 
VD2 
- 
Рис. 18
 
 
Параметр   определяется из выражения  
= π ⋅ r I mU  
ф 0
0

 
23
а параметр ϕ  находится по формуле 
ϕ = arctg() , 
s
ф
где  xs - сопротивление индуктивности рассеяния трансформатора. 
 
 
U 2 
ω t 
0 
π 
2π 
а 
I 2 
I

2
0 
ω t 
R Н
0
С
U
 
π 
2π 
ф
0
б
I 2 
I2
L

ф 
0 
ω t 
R Н
0 
π 
2π 
С
U
ф
0
в
I 2 
I =I
2   0 
ω
R
 
t
 
 
Н U
0
0
 
π 
2π 
г
Рис. 19
 
 

 
24
Таблица 1
Двухполупериодная со средней 
Схема 
Однополупериодная 
точкой трансформатора 
Нагрузка 
 
RC  
 
RC  
 
 
,
0 45 ⋅ 
 
9
,
0 ⋅ 
 
9
,
0 ⋅ 
0
2
2
2
2
2
k
r
 
67
,
0
 
r С  
67
,
0
 
п1  
57
,
1
 
С
ф
ф
 
 
 
 
 
 
п1
c
c
c
c
c
U
 
14
,
3
 
82
,
2
⋅  
14
,
3
 
82
,
2
⋅  
14
,
3
U
обр max
0
0
0
0
0
 
 
 
5
,
0 ⋅  
5
,
0 ⋅  
5
,
0 ⋅  
ср
0
0
0
0
0
707
,
0
⋅ I
 
57
,
1
⋅  
⋅  
785
,
0
⋅  
5
,
0 ⋅ ⋅  
0
Д
0
0
0
0
 
I
 
14
,
3
⋅  
⋅  
57
,
1
⋅  
5
,
0 ⋅ ⋅  
 
Д max
0
0
0
0
0
 
,
2 22 ⋅ 
 
11
,
1
 
 
11
,
1
 
2
0
0
0
0
0
707
,
0
⋅ I
 
57
,
1
⋅  
⋅  
785
,
0
⋅  
5
,
0 ⋅ ⋅  
0
2
0
0
0
0
 
 
,
3 49 ⋅  
⋅ ⋅  
74
,
1
⋅  
⋅ ⋅  
57
,
1
⋅  
2
0
0
0
0
0
w
w
w
w
2
,
0 707 ⋅ 
I
w
 
2
,
1 21⋅
 
2
2
−1 ⋅
 
2
11
,
1

 
0
2
w
 
1
0
w
0
w
0
w
1
0
w
1
1
1
 
1
707
,
0
⋅ ⋅ ⋅ P
 
69
,
2
⋅  
2
,
1 23⋅  
0
11
,
1
⋅  
1
0
−1 ⋅ ⋅  
0
0
 
0
S
 
09
,
3
⋅  
2
,
1 48 ⋅  
85
,
0
⋅ ⋅ ⋅  
34
,
1
⋅  
тр
0
(
5
,
−1) ⋅ ⋅ P0
0
0
0
kтр  
0,324 0,47 0,676 
0,545 
0,748 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
25
Окончание таблицы 1
Схема 
Мостовая (схема Греца) 
Удвоения (схема Латура) 
Нагрузка 
 
RC  
 
RC  
 
9
,
0 ⋅ 
 
9
,
0 ⋅ 
2 ⋅ 
0
2
2
2
2
k
r
 
67
,
0
 
r С  
п1  
67
,
0
 
С
ф
ф
 
 
 
 
 
п1
c
c
c
c
U
 
57
,
1
 
,
1 41⋅  
57
,
1
 
,
1 41⋅  
обр max
0
0
0
0
 
5
,
0 ⋅  
5
,
0 ⋅  
5
,
0 ⋅  
 
ср
0
0
0
0
 
785
,
0
⋅  
5
,
0 ⋅ ⋅  
707
,
0
⋅  
⋅  
Д
0
0
0
0
I
 
14
,
3
⋅  
5
,
0 ⋅ ⋅  
 
⋅  
Д max
0
0
0
0
 
11
,
1
 
 
11
,
1
 
5
,
0 ⋅  
2
0
0
0
0
 
11
,
1
⋅  
707
,
0
⋅ ⋅  
 
,
1 41⋅ ⋅  
2
0
0
0
0
 
,
1 23⋅  
707
,
0
⋅ ⋅ ⋅ P
11
,
1
⋅  
707
,
0
⋅ ⋅ ⋅  
2
0
0
0
0
w
w
w
w
 
2
11
,
1

I
2
,
0 707 ⋅ 
I
 
2
,
1 41⋅ 
 
1
0
w
0
w
0
w
0
w
1
1
1
1
 
,
1 23⋅  
707
,
0
⋅ ⋅ ⋅ P
11
,
1
⋅  
707
,
0
⋅ ⋅ ⋅  
1
0
0
0
0
S
 
,
1 23⋅  
707
,
0
⋅ ⋅ ⋅ P
11
,
1
⋅  
707
,
0
⋅ ⋅ ⋅  
тр
0
0
0
0
kтр  
0,773 0,66 
0,9 
0,63 
 
 
Пример расчета выпрямителя 
 
Исходные данные для расчета: 
- напряжение на нагрузке выпрямителя = 6 
0
- ток нагрузки  = 200 мА
0

- коэффициент пульсаций на выходе  = 1
,
0 ; 
п
-  напряжение  сети  = 220   может  изменяться  в  пределах 
C
1
±10 % (=
)
1
,
0 ; 
- частота сети  = 50 Гц
c

1. Определяем потребляемую нагрузкой мощность 
⋅ = 6 ⋅ ,
0 2 = ,
1 2 Вт 
0
0
0
2. Определяем сопротивление нагрузки 
= 6 / ,
0 2 = 30Ом 
н
0
0
3. Коэффициент пульсаций сравнительно низок, поэтому можно попытать-
ся  в  качестве  фильтра  использовать  только  один  конденсатор,  взяв  схему  вы-
прямления  с  низким  коэффициентом  пульсаций.  Выбираем  двухполупериод-
ную схему выпрямления с конденсатором, включенным параллельно нагрузке, 
так как выпрямленное напряжение сравнительно мало и на вентилях мостовой 

 
26
схемы получится относительно большое падение напряжения, снижающее КПД 
выпрямителя. Для выбранной схемы m =2
4. Определяем максимальное выпрямленное напряжение  
U
1
( + a) = 6 ⋅ 1
( +
)
1
,
0
= 6
,
В 
В max
0
5. Выберем коэффициенты   
 
и ≈ ;
≈ 2
,
2 . 
6. Пользуясь табл. 2.1 и выбранными коэффициентами  B  D
 
и , определяем 
ориентировочно  постоянную  составляющую  тока  и  амплитуду  обратного  на-
пряжения вентиля 
= 5
,
= 5
,
0 ⋅ ,
0 2 = 1
,
0
,
A
ср
0
 
U
= 82
,
2
⋅ U
= 82
,
2
⋅1⋅ ,
6 6 =
,
18 6 .
B
обр m
0 max
7.  Вентиль  должен  иметь  допустимые  значения  U
 
и
  I
обр m
ср ,  превышающие 
вычисленные. По справочнику [8] выбираем полупроводниковый диод Д226Д, 
у которого U
= 100 B
= 5
,
A
обр m
, допустимый выпрямленный ток  Iпр ср max
 и прямое 
падение напряжения  = 1 B
пр
. Параметры выбранного диода с запасом удовле-
творяют требованиям. 
8. Определяем дифференциальное сопротивление вентиля 
= ,
1 2 ⋅I
= ,
1 2 ⋅1/ ,
0 4 = 3 Ом 
VD
пр
доп
Коэффициент 1,2 учитывает, что значение Uпр  измерено на переменном то-
ке и меньше падения напряжения на вентиле при постоянном токе. 
9. Для ориентировочного определения сопротивления трансформатора  rтр  
и индуктивности рассеяния  Ls  необходимо знать тип трансформатора. Выбира-
ем броневой трансформатор. У него обмотки расположены на одном централь-
ном стержне, поэтому коэффициент  = 1. Считаем, что максимальная индукция 
в  сердечнике  трансформатора  = ,
1 2 Tл .  По  табл.2  выбираем  коэффициенты 
m
= ,
4 ;
= 3
,
4
r
L
  
 
Таблица 2
Схема  
Емкостная реакция 
Индуктивная реакция 
выпрямления 
 
 
 
 
r
L
r
L
Однополупериодная 2,3 
4,1 


Двухполупериодная
4,7 4,3  6,5  4,5 
Мостовая 3,5 5,0 5,1 6,4 
Удвоения 0,9 1,25 -  - 
 
и вычисляем 
U
⋅ ⋅ B


0
c
m
6
1 50 ,
1 2
k
⋅ 4
= 7
,
4
⋅ 4
= ,
6 24
,
Ом
тр
r I f B
⋅ I
,
0 2 ⋅ 50 ⋅ ,
1 2
6 ⋅ ,
0 2
c
m
0
0
 
⋅10−3
3
⋅ I
⋅ −
⋅ ⋅
0
0
0
6 10 3
1 6 ,
0 2
k
⋅ 4
= 3
,
4
⋅ 4
= 81
,
0
.
мГн
S
L I f B
⋅ B
,
0 2 ⋅ 50 ⋅ ,
1 2
50 ⋅ ,
1 2
c
m
c
m
Реактивное сопротивление индуктивности рассеяния 
= 2π ⋅ f L = 2 ⋅ 14
,
3
⋅ 50 ⋅ 00081
,
0
= ,
0 254 Ом 
S
c
S

 
27
Сопротивление фазы выпрямления  
= ,
6 24 + 3 = ,
9 24
.
Ом  
ф
тр
VD
10. Определяем расчетные параметры 
xS
,
0 254
ϕ = arctg
arctg
≈ 5
,
1 ,
°
r
,
9 24
ф
 
π ⋅ ⋅ I
ф
0
14
,
3
⋅ ,
9 24 ⋅ ,
0 2
=
=
= ,
0 483.
U
2 ⋅ 6
0
11.  Пользуясь  найденным  величинам   
ϕ  
и A,  определяем  по  графикам 
рис.20 коэффициенты для расчета параметров трансформатора и вентиля 
≈ ,
1
;
22 
;
0
,
2
≈ ;
≈ 700 . 
12.  Определяем  параметры  трансформатора  и  вентиля.  Действующее  зна-
чение напряжения вторичной обмотки  
= ,
1 22 ⋅ 6 = 34
,
7
.
 
2
0
Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора и вентиля 
⋅ / 2 = 0
,
2 ⋅ ,
0 2 / 2 = ,
0 2 
B
0
2
Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора 
= 707
,
0
⋅ ⋅ /= 707
,
0
⋅ 2 ⋅ ,
0 2 ⋅ 7 34
,
/ 220 = 00943
,
0

1
0
2
1
Габаритные мощности вторичных, первичных обмоток и трансформатора 
= 2 ⋅ = 2 ⋅ ,
0 2 ⋅ 34
,
7
= 94
,
2
⋅ ;
A
2
2
2
= 00943
,
0
⋅ 220 = 07
,
2
;
Bm
 
1
1
1
= () / 2 = ( 07
,
2
+
)
94
,
2
/ 2 = 5
,
2
.
Bm
тр
1
2
Наибольшее приложенное к вентилю обратное напряжение  
U
= 82
,
2
⋅ U
= 82
,
2
⋅ ,
1 22 ⋅ 6
,
6 =
7
,
22 
обр max
0 max
Среднее значение тока вентиля 
= 5
,
0 ⋅ = 5
,
0 ⋅ ,
0 2 = 1
,

ср
0
Амплитуда тока через вентиль или максимальное значение тока 
I
= 5
,
0 ⋅ ⋅ = 5
,
0 ⋅ 5 ⋅ ,
0 2 = 5
,

max
0
Предварительно выбранный диод Д226Д пригоден для работы в проекти-
руемом выпрямителе, так как все его параметры выше требуемых. 
13. Определяем емкость конденсатора, исходя из коэффициента пульсаций 
на выходе схемы  = 1
,
0 : 
п
/(⋅ ) = 700 /( 1
,
0 ⋅ ,
9
)
24 ≈ 756 мкФ 
0
п
ф
При выборе рабочего напряжения конденсатора обязательно нужно учиты-
вать  значение  выпрямленного  напряжения  на  холостом  ходу.  В  режиме  холо-
стого хода выпрямителя конденсатор зарядится до амплитудного значения на-
пряжения  на  вторичной  обмотке,  а  оно  с  учетом  возможного  повышения  на-
пряжения питающей сети на 10 %  составляет 
U
= 2 ⋅1
( + a) = ,
1 41⋅ 34
,
7
⋅ 1
( +
)
1
,
0
=
38
,
11

xx m
2
Выбираем конденсатор на ближайшее напряжение U
= 16 B
раб
. По справоч-
нику[16, 18] выбираем конденсатор типа К50-6 на напряжение  U
= 16 B
раб
 с ем-
костью  1000 мкФ .  Допустимый  коэффициент  пульсаций  для  выбранного  кон-

 
28
денсатора  при  частоте  пульсаций  = 100 Гц   составляет  k
= 10 %
п доп
,  что  совпа-
п
дает с расчетным. При емкости конденсатора выпрямителя 1000 мкФ  коэффици-
ент пульсаций схемы 
H
k
= 700 1000
/(
⋅ ,
9 24) = 065
,
0
,  
п
⋅ 
что меньше допустимого для конденсатора и требуемого для схемы. 
 
В 
F
0
60  0 
φ=75  0 
30 
60
1,4 
10
 0 
φ=75 0 
300
0

φ=0  0
00
1,2 
0
30 
60  0 
75  0 
1,0 
5
А
0,7 
3
А
0 
0,2 
0,4 
0,6
0
0,2
0,4 
0,6
а 
б
D 
H (400 Гц)
H (50 Гц)
100
3,2 
800
 0 
φ=0  0 
2,8 
30  0 
30 0 
60  0 
2,4 
50
400
60  0 
75  0 
2,0 
φ=75  0 
A
A
1,6 0 
0,2 
0,4 
0,6
0
0,2
0,4 
0,6 
в 
г
Рис. 20 
 

 
29
1.4. Стабилизаторы напряжения на диодах [2, 4, 14, 19, 20] 
При проектировании источников питания для радиоэлектронной аппарату-
ры предъявляются высокие требования к стабильности выходного напряжения. 
Простейшими  стабилизаторами  напряжения  являются  схемы,  использую-
щие  нелинейные  элементы,  вольтамперная  характеристика  которых  содержит 
участок, где напряжение почти не зависит от тока. 
Такую  вольтамперную  характеристику  имеет  стабилитрон,  работающий 
при обратном напряжении в области пробоя (рис. 21б). 
Схема простейшего стабилизатора напряжения, называемого параметриче-
ским, приведена на рис.21а. В этой схеме стабильность выходного напряжения 
определяется  в  основном  параметрами  стабилитрона.  Колебания  входного  на-
пряжения  или  тока  нагрузки  приводят  к  изменению  тока  через  стабилитрон, 
однако напряжение на стабилитроне, подключенном параллельно нагрузке, из-
меняется незначительно. 
Действительно,  входное  напряжение  распределяется  между  балластным 
резистором  Rб  и стабилитроном (рис.21): 
U
+
 
 
 
 
 
 
 
 
(19) 
вх
R б
ст
где  U
= () ⋅ -
т п
R б
ст
н
б   падение  напряжения  на  балластном  резисторе    о
ро-
б
текания токов стабилитрона   и нагрузки  
ст
н
Так как напряжение на стабилитроне Uст  в соответствии с вольт-амперной 
характеристикой почти не зависит от тока стабилитрона в пределах участка от 
I
I
  равно  приращению 
ст min   до 
,  то  приращение  входного  напряжения 
ст max
вх
напряжения  ∆U
R
R б  на резисторе 
б 
Так как ток нагрузки   остается при этом неизменным, то 
н
н
н
ст
н
= ∆U
= ∆ ⋅ 
 
 
 
 
 
 
 
(20) 
вх
R б
ст
б
т.е.  при  изменении  входного  напряжения  на  значение  ∆  ток  стабилитрона 
вх
изменяется на значение  ∆
вх
б
Предположим,  что  нагрузка  изменилась,  например,  уменьшилось  сопро-
тивление  резистора  Rн , что привело к увеличению тока нагрузки. Так как при 
неизменном  входном  напряжении  должно  сохраняться  постоянство  входного 
тока  const
I
вх
ст
н
,  то  увеличение  тока  н  влечет  за  собой уменьшение на 
такое же значение тока стабилитрона. 
Основными параметрами стабилизаторов напряжения являются: 
-  коэффициент  полезного  действия,  равный  отношению  мощности,  выде-
ляемой в нагрузке, к входной мощности, т.е. 
P

η =
I
н ⋅100% =
н
н ⋅100% ; 
 
 
 
 
 
 
(21) 
Р
⋅ I
вх
вх
вх
- коэффициент стабилизации, определяемый как отношение относительно-
го приращения напряжения на входе стабилизатора  ∆/ к относительному 
вх
вх
приращению напряжения на выходе  ∆/ при постоянной нагрузке 
н
н

 
30
U
U
вх
н
K
=
:

 
 
 
 
 
 
 
(22) 
ст
U
U
вх
н
=const
н
- выходное сопротивление, равное отношению приращения напряжения на 
выходе стабилизатора  ∆U
∆  
н  к приращению тока нагрузки 
н
U н
R
=
.   
 
 
 
 
 
 
 
(23) 
вых
∆ Iн U =const
вх
При  питании  усилителей  выходное  сопротивление  стабилизатора  создает 
паразитные обратные связи через источник, приводящие к изменению парамет-
ров усилителей и даже к самовозбуждению усилителей. Поэтому выходное со-
противление стабилизатора желательно снижать. 
Выходное сопротивление параметрического стабилизатора (рис.21а) опре-
деляется  дифференциальным  сопротивлением  стабилитрона  rдин   на  рабочем 
участке  вольт-амперной  характеристики,  поскольку  rдин   всегда  существенно 
меньше  Rб  
U
U
U
ст
ст max
ст min
R
≈ =
=

 
 
 
 
 
(24) 
вых
дин
∆ I
I
− I
ст
ст max
ст min
так как выходным напряжением стабилизатора является напряжение на стаби-
литроне U
н
ст , а изменение тока в нагрузке равно изменению тока через ста-
билитрон  ∆ = ∆ I
U
= ∆ ⋅   и  учитывая  выражение (20), най-
н
ст .  Записав 
ст
ст
дин
дем  в  соответствии  с  формулой (22) коэффициент  стабилизации  параметриче-
ского стабилизатора: 
∆ ⋅ R
∆ ⋅ r
U
R
ст
б
ст
дин
н
б
K
=
:
=


 
 
 
 
 
(25) 
ст
U
U
U
r
вх
н
вх
дин
Из  формулы (25) следует,  что  с  ростом  сопротивления  Rб   увеличивается 
коэффициент стабилизации. Однако при заданных параметрах  U
U
I
I
вх 
н 
ст ном
н  
сопротивление  Rб  однозначно определяется из выражения 
U
вх
н
=

 
 
 
 
 
 
 
 
(26) 
б
I
н
ст ном
где  I
= 5
,
0 (I
I
)
ст ном
cn min
cn max
- номинальный ток стабилитрона (рис. 21б). 
Увеличить сопротивление  Rб  можно, лишь повысив напряжение Uвх , а это, 
в свою очередь, приводит к уменьшению величины  Kст . Поэтому коэффициент 
стабилизации  параметрических  стабилизаторов  напряжения  не  превышает 50. 
Для  повышения  величины  Kст   можно  применять  каскадное  включение  стаби-
лизаторов. 
Параметрические  стабилизаторы  напряжения  просты  и  надежны,  однако 
обладают  существенными  недостатками,  главными  из  которых  являются  не-
возможность регулировки выходного напряжения и малое значение коэффици-
ента стабилизации, особенно при больших токах нагрузки  (I
)
н
ст ном

Одной  из  основных  характеристик  параметрического  стабилизатора  на  полу-
проводниковом диоде является, как и для ключевых схем ограничителей и вы-

 
31
прямителей,  зависимость  «вход-выход»  U
()   (рис. 22а).  Передаточная 
вых
вх
характеристика U
()  содержит начальную область, которая близка к ли-
вых
вх
нейной  и  аппроксимируется  прямой I. Прямая I может  быть  получена  путем 
анализа эквивалентной схемы стабилизатора, в которой диод заменяется экви-
валентом (рис.2б) для участка 2 графика рис.2а. Рабочим участком характери-
стики «вход-выход» стабилизатора является участок от  U
U
вх min   до 
вх max ,  на  ко-
тором U
≈ U
вых
ст , аппроксимирующийся прямой II. Этот участок характеристики 
строится  в  результате  анализа  эквивалентной  схемы  стабилизатора,  в  которой 
диод заменяется эквивалентом (рис.2б) для участка 3 графика рис.2а. Для обоих 
участков 
характеристики 
«вход-выход» 
в 
большинстве 
схем 
= (∆U
/ ∆) < 1
U
вых
вх

Приведенная  на  рис.22б  нагрузочная  характеристика  стабилизатора 
U
()
= 0   до  I
н
н max ,  на  котором 
вых
н
  также  имеет  рабочий  участок  от  н
R
= ∆U
/ ∆ ≈ r
R
вых
вых
н
дин  
и  для  которого 
>> R
н
,  а  для  участка,  где 
вых
I
≤ R
н
н max
н
вых , схема теряет свои стабилизирующие свойства. 
Изменение  окружающей  температуры  приводит  к  изменению  выходного 
напряжения стабилизатора, которое зависит от α - температурного коэффици-
ст
ента напряжения стабилизации стабилитрона, применяемого в схеме. 
Средний  температурный  коэффициент  напряжения  стабилизации  опреде-
ляется  отношением  изменения  напряжения  стабилизации  в  процентах  к  абсо-
лютному изменению температуры 
Uст 1
α =

[% / C
° ] .   
 
 
 
 
 
 
(27) 
ст
U
T
ст
Стабилитроны  с  напряжением  стабилизации  меньше  5В  имеют  отрица-
тельный температурный коэффициент, а стабилитроны с напряжением стабили-
зации больше 5В - положительный. 
Параметрический стабилизатор со стабилитроном, работающим на участке 
пробоя  обратной  ветви  вольт-амперной  характеристики,  имеет  эквивалентную 
схему рис.21в. Поскольку во время работы стабилизатора могут меняться вход-
ное напряжение U
I
вх , напряжение стабилизации  U ст  и ток нагрузки  н , то полное 
изменение выходного напряжения определяется как  
U

U

U

вых
вых
вых
U
=
⋅ ∆+
⋅ ∆+
⋅ ∆ 
 
 
 
(28) 
вых
вх
ст
н
U

U

I

вх
ст
н
Тогда  относительное  изменение  выходного  напряжения  оценивается  ко-
эффициентом нестабильности 

K
Uвых ⋅100 % , 
нсU
Uвыхн
где Uвыхн - номинальное выходное напряжение. 
 

 
32
 
R б 
- 
URб
U CT 
Uвх
U

R 
CT max
CT min 
0 
н 
U

VD1 
U
вх 
н=UCT
I CT min
+ 
а 
I вх  R 
I CT ном
- 
б 

r 
СТ 
I н
дин
U вх 
Uвых
R н

 
CT 
I CT max
+ 
в 
Рис. 21
б
U вых 
Uвых
U ст 
II 
Uвых min
I 
Uвх

0 


вх min 
Uвх max
I н max 
а 
б
Рис. 22
U
R
вых
 
б 
R б

-
-
 
 
вых огр 
R н 
r 
12
II 
дин

R 
вх 
обр 
U вых 
Uвх
Uвых
R
6
+
 
 

н
UCT
U вх пор 
U
+
вх
 

12 
18 
24 
а 
б
в 
Рис. 23 
 
 
 

 
33
С  учетом  эквивалентной  схемы  рис.21в  и  соотношения  << R
вых
н   частные 
производные в уравнении (28) могут быть найдены через элементы схемы, что 
приводит выражение (28) к виду 
U
= [/()]⋅ ∆+ [/()]⋅ ∆− ⋅ ∆ .   (29) 
вых
дин
б
дин
вх
б
б
дин
ст
вых
н
Если  ∆ = 0
н
, тогда 
U
= [/()]⋅ ∆+ [/()]⋅ ∆,   
 
 
(30) 
вых
дин
б
дин
вх
б
б
дин
ст
где  в  ∆U
U
вх   и 
ст   могут  быть  учтены  температурные  и  временные  изменения 
входного напряжения и напряжения стабилизации. 
Так, для  учета температурной нестабильности  вольт-амперной характери-
стики стабилитрона при изменении температуры на  ∆T°  
U
(∆Т )
° = [/()]⋅ ∆U
(∆Т )
° , 
 
 
 
 
(31) 
вых н
б
б
дин
ст н
где  ∆U
(∆Т °) = α ⋅U
⋅ ∆Т° . 
ст н
ст
ст н
 
 
Пример расчета стабилизатора 
 
Исходные данные: 
- кремниевый стабилитрон типа Д813 включен в схему стабилизатора от-
рицательного напряжения (рис.21а) параллельно с  = ,
2 2 кОм 
н
-  входное  напряжение  меняется  от  U
= 16

  до  U
= −24   (далее  в 
вх min
вх max
расчетах знак «-» опускается); 
- рабочий диапазон температур от  + 20 C
°  до  + 40 C
° ; 
- параметры стабилитрона: 
U
= 13 ВI
= 20
,
мА I
= 1
,
мА r
= 6
,
Ом α
= 095
,
0
% / С
° . 
ст
cт max
cт min
дин
ст
 
Задание 
1. Определить величину резистора  Rб  для обеспечения нормальной работы 
стабилитрона. 
2.  Оценить  возможность  стабилизации  выходного  напряжения  во  всем 
диапазоне изменения входного напряжения. 
3. Рассчитать основные параметры схемы стабилизатора. 
4. Построить характеристику «вход-выход» схемы. 
 
Решение 
1.  Для  обеспечения  нормальной  работы  стабилитрона  выбираем  резистор 
Rб , пользуясь соотношением 
U
U
U
R б
вх ном
ст
=
=

б
I
I
вх ном
н
ст ном
где 

 
34
= 13/( ,
2 2 ⋅10 3
− ) = 9
,
5 ⋅10 3

;
А
н
ст
н
I
=
(
5
,
I
I
) = 5
,
0 ⋅ 1
( + 20) ⋅10−3 =
5
,
10 ⋅10−3 ;
 
ст ном
ст min
ст max
U
=
(
5
,
U
+U
) = 5
,
0 ⋅ 16
( + 24) ⋅10−3 = 20 .
В
вх ном
вх min
вх max
Тогда 
20 −13
=
= 427
.
Ом  
б
5
,
10
(
+
)
9
,
5
⋅10−3
Выбираем ближайшее стандартное значение  430
.
Ом 
2.  Проверка  возможности  нормальной  работы  схемы  во  всем  заданном 
диапазоне  изменения  входного  напряжения  производится  определением  рас-
четного диапазона Uвх  
U
+ (I
) ⋅ = 13 + 1
( +
)
9
,
5
⋅10 3− ⋅ 430 =
967
,
15
;
В
вх min p
ст
ст min
н
б
 
U
+ (I
) ⋅ = 13 + (20 +
)
9
,
5
⋅10−3 ⋅ 430 =
137
,
24
.
В
вх max p
ст
ст max
н
б
Поскольку  полученный  диапазон  входного  напряжения  превышает  задан-
ный U
U
вх max p
вх max ,  то  схема  обеспечивает  режим  стабилизации  напряжения  во 
всем диапазоне входного сигнала. 
3. В соответствии с соотношениями (21), (24) и (25): 
- коэффициент стабилизации 
U
R
ст
б
13 430
K
=

=

=
58
,
46

ст
U
r
20
6
вх ном
дин
- выходное сопротивление схемы 
R
|| = 6 Ом 
вых
б
дин
дин
- коэффициент полезного действия 
⋅ I
ст
н
13⋅ 9
,
5 ⋅10 3

η =
⋅100% =
⋅100 % ≈ ,
23 4 % . 
U
⋅ I
20 ⋅ ,
16 4 ⋅10−3
вх ном
вх ном
4.  Для  построения  характеристики  «вход-выход» (рис.23в)  используются 
эквивалентные  схемы  рис.23а - для  первого  участка  и  рис.23б - для  второго 
участка. В соответствии со справочными данными стабилитрона ток утечки ра-
зомкнутого  диодного  ключа  = 0 ,  а  для  обратного  напряжения  U
= 1 В
обр
  об-
0
ратный ток  I
= 1
,
мкА , тогда  R
U
I
6
= 10 ⋅10 Ом . Наклон характеристи-
обр
обр
обр
обр
ки «вход-выход» на первом участке определяется коэффициентом передачи 
U
R
|| R
вых
обр
н
,
2 2 ⋅103
K
=
=
=
≈ 836
,
0

U1
U
R
|| R
430 + ,
2 2 ⋅103
вх
б
обр
н
выходное напряжение 
U
= 836
,
0
.  
 
 
 
 
 
 
(32) 
вых1
U1
вх
вх
Для второго участка характеристики  
U
K

вых2
2
вх
U ст
ст
где  = (|| ) /(|| ) = 98
,
5
/(430 +
)
98
,
5
=
,
014
,
0
  
2
н
дин
б
н
дин
K
= (|| ) /(|| ) =
.
984
,
0
 
U ст
б
н
б
н
дин
Тогда стабилизатор напряжения выполняет функции ограничителя, у кото-
рого на участке ограничения напряжение 
U
= 014
,
0
+
792
,
12
,   
 
 
 
 
 
 
(33) 
вых 2
вх

 
35
т.е.  имеется  уровень  ограничения  U
U
=
792
,
12
,  который  достигается 
огр
ст min
при входном пороговом напряжении, определяемом из уравнения (32) 
U
U
K
= ,
12 792 / 836
,
0
=
3
,
15 В 
вх пор
огр
1
В  соответствии  с  выражением (33) при  U
= 16   U
= ,
13 016 ,  при 
вх min
вых min
U
= 24   U
=
128
,
13
,  а  при  U
= 20 В   U
= ,
13 072 В ,  тогда  уточнен-
вх max
вых max
вх ном
вых ном
ное значение коэффициента стабилизации 
U
U
8
112
,
0
K
=
вх :
вых =
:
=
69
,
46
 
ст
U
U
20
072
,
13
вх ном
вых ном
несколько превышает определенное ранее значение, найденное по приближен-
ному соотношению (25). 
Абсолютная нестабильность выходного напряжения с учетом величины  Rн  
и выражений (30) и (31) определяется в соответствии с выражением 
(∆Т )
° = [(|| ) /(|| )]⋅ ∆+
вых
дин
н
б
дин
н
вх
 
+ [(|| ) /(|| )]⋅[∆+ α ⋅U
⋅ ∆Т ],
°
б
н
дин
б
н
ст
ст н

где  ∆⋅ ∆ = 6 ⋅19 ⋅10 3 = 114
.
0
B
ст
дин
cn
, тогда 
(∆Т )
° = 014
,
0
⋅8 + 984
,
0
⋅ 95
(
⋅10−5 ⋅13⋅ 20 + 114
,
0
) = ,
0 467 . 
вых
Поскольку для стабилитрона Д813  α > 0 , то при  ∆T° = °
40 −
°
20 =
°
20  
ст
(°
) = (20 )
° + ∆(∆)
° = (20 )
° + α T° =
ст
max
ст
ст
ст
ст
ст
 
= 13 + 95 ⋅10−5 ⋅13⋅ 20 = ,
13 247 .
В
Поэтому  коэффициент  стабилизации  с  учетом  температурной  нестабиль-
ности напряжения стабилизации становится равным 
U
(∆)
°
8
,
0 467
K
=
вх :
вых
=
:

3
,
11 , 
ст
U
U
(°
)
20
315
,
13
вх ном
вых ном
max
где  
U
T
( °
) = U
⋅ K
U
T
( °
) = 20 ⋅ 014
,
0
+ 984
,
0
⋅ ,
13 247 =
315
,
13
В 
вых ном
max
вх ном
2
U ст
ст
max
Таким образом, при изменении температуры внешней среды коэффициент 
стабилизации  уменьшается,  отклонение  выходного  номинального  напряжения 
составляет 
U
(∆)
° = U
T
( °
) −U
(20 )
° =
315
,
13

072
,
13
= ,
0 243 В 
вых ном
вых ном
max
вых ном
нестабильность выходного напряжения 
U
(∆Т )
°
вых ном
,
0 243
K
=
=
⋅100% ≈ 86
,
1
% . 
нс U вых ном
U
(20 )
°
072
,
13
вых ном
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
36
2. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ 
В соответствии со списочным номером (с) и номером группы (г) выбирают 
тему расчета (т) и номер варианта (в) по табл. 3. 
Таблица 3
с.г  1.1 1.2 2.1 2.2 3.1 3.2 4.1 4.2 5.1 5.2 
т-в 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 1-3 1-4 2-3 2-4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
с.г  6.1 6.2 7.1 7.2 8.1 8.2 9.1 9.2 10.1 10.2 
т-в 3-3 3-4 3-5 3-6 2-5 2-6 1-5 1-6 1-7 1-8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
с.г  11.1 11.2 12.1 12.2 13.1 13.2 14.1 14.2 15.1 15.2 
т-в 2-7 2-8 3-7 3-8 1-9 1-10 2-9 2-10 3-9 3-10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
с.г  16.1 16.2 17.1 17.2 18.1 18.2 19.1 19.2 20.1 20.2 
т-в  1-11 1-12 2-11 2-12 3-11 3-12 1-13 1-14 2-13 2-14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
с.г  21.1 21.2 22.1 22.2 23.1 23.2 24.1 24.2 25.1 25.2 
т-в  3-13 3-14 1-15 1-16 2-15 2-16 3-15 3-16 1-17 2-17 
 
Тема 1. Расчет ограничителя 
Задание: рассчитать элементы схемы двустороннего диодного ограничите-
ля, который формирует из синусоидального напряжения периодическую после-
довательность импульсов заданной полярности с амплитудой Uвыхm , длительно-
стью  t
t
= 5
,
мкс . Исходные данные при-
и  и длительностью фронтов не более  ф доп
ведены в табл. 4. В табл.4 указаны полярность и амплитуда выходного сигнала, 
в соответствии с которыми для однополярного сигнала имеется два уровня ог-
раничения - нулевой и уровень ограничения, равный максимальному значению 
U
,  а  для  двухполярного  выходного  сигнала  уровни  ограничения: 
вых m
огр
U
U
+
U


огр1
вых m  и U огр2
вых m
 
Методические указания по решению 
1.  В  соответствии  с  заданным  типом  схемы  ограничителя  составляют 
принципиальную схему без указания типа и номиналов элементов. 
2. Исходя из заданного значения амплитуды выходного напряжения выби-
рают источники постоянного напряжения. Используя значение  tи  из табл. 4, оп-
ределяют частоту следования импульсов  = 1/ 2  и амплитуду входного сигна-
и
ла U
U
/ π
f t
 с учетом того, что t
t

вх m
вых m
ф вх
ф вх
ф доп
 
 
 
 
 

 
37
Таблица 4
№ вар.  мкс   U
 
кОм  
пФ   Полярность U
Тип схемы
вых  
и
вых m
н
н
1 80  4  3,6  24 

посл. 
2 75  6  2,2  30 

посл. 
3 110 10  4,3  22 

парал. 
4 85  9  2,7  24 

посл. 
5 115 10  2,0  30 

посл. 
6 120  6  1,8  20 

посл. 
7 80  4  3,6  24 

парал. 
8 100  5  3,0  27 

парал. 
9 90  7  3,9  26 

посл. 
10 85  9  2,7  24 

парал. 
11 115  10  2,0  30 

парал. 
12 120  6 
1,8  20 

парал. 
13 105  8 
2,4  27 
± 
посл. 
14 130  9 
2,7  24 
± 
посл. 
15 135  10  4,3  22 
± 
парал. 
16 140  4 
3,6  24 
± 
парал. 
17 145  6 
2,2  30 
± 
парал. 
 
3. На основании анализа работы схемы выбирают тип диода, который дол-
жен  работать  в  более  широком  частотном  диапазоне,  чем  частота  следования 
импульсов,  и  иметь  допустимое  обратное  напряжение,  превышающее  уровень 
ограничения, а часто и  Uвхm . Определив тип диодов, следует выбрать дополни-
тельные  резисторы  и  проверить  правильность  выбора  элементов.  Необходимо 
соблюдать  соотношения (6) и (13) для  последовательных  ограничителей  и  со-
отношения (16) и (18) для параллельных ограничителей. 
4. Так как наличие конечных сопротивлений диодов  R
R
пр   и 
обр   приводит  к 
неидеальности работы схемы ограничителя, то следует далее рассчитать коэф-
фициенты  передачи  от  источника  входного  сигнала  (переменную  составляю-
щую) и от источников постоянного напряжения на выход схемы. Зная остаточ-
ный ток закрытого диода  I0  (обратный ток) и остаточное напряжение на откры-
том диоде U0  (прямое напряжение), необходимо оценить их влияние на выход-
ной  сигнал.  Результатом  расчета  на  данном  этапе  является  характеристика 
U
()
вых
вх

5.  На  основании  полученных  данных  и  характеристики  «вход-выход»  да-
лее приводят временную диаграмму схемы, включающую  ( )
U
(t)
вх
 и  вых . При 
построении временной диаграммы предварительно следует оценить, каково бу-
дет  удлинение  фронта  импульса  ()
ф сх
  за  счет  инерционности  диодов  схемы  и 
емкости нагрузки. Если полученное значение  tфсх  сопоставимо с длительностью 
фронта входного сигнала  tфвх , то фронт выходного сигнала может быть найден 
из выражения  
2
2
t
t
t

ф вых
ф вх
ф сх

 
38
6. При оформлении задачи следует делать ссылки на используемую лите-
ратуру и соблюдать ГОСТы ЕСКД на принципиальные электрические схемы и 
условные обозначения элементов на схемах [9]. 
 
Тема 2. Расчет выпрямителя 
Задание:  рассчитать  элементы  схемы  однофазного  выпрямителя  с  фильт-
ром, работающего от питающей сети с напряжением  U
f
  и  частотой 
,  обеспе-
чивающего выпрямленное напряжение U
I
0 , выпрямленный ток 
0 , коэффициент 
пульсаций на выходе схемы  kп0 . Исходные данные приведены в табл. 5 
 
Таблица 5
№ вар.  В 
Гц 
В 
А 

Тип схемы 
c
c
0
0
п0
1 220  50  12 
5  0,5 
однополупериодная
двухполупериодная 
2 110 400  12 
5  0,8 
со сред. выводом 
3 220  50  12 
5  1,0 
схема Греца 
4 220 400  12 
5  0,1 
схема Латура 
5 110  50  15 
4  2,0 
однополупериодная
двухполупериодная 
6 127  50  15 
4  2,5 
со сред. выводом 
7 127 400  6 
1  1,5 
схема Греца 
8 220  50 

1  3,0 
схема Латура 
двухполупериодная 
9 220  50 

1  0,6 
со сред. выводом 
10 110  400 


0,7 
однополупериодная
11 110  400  4,5  2,5  1,4 
схема Греца 
12 110  400  10  1,3  1,6 
схема Латура 
13 127  50 
10  1,3  2,4 
однополупериодная
14 127  50 


2,8 
схема Греца 
15 127  50 
10  1,3  0,9 
схема Латура 
16 220  400 


2,3 
схема Греца 
двухполупериодная 
17 220  400 

2,5  0,9 
со сред. выводом 
 
Методические указания по решению 
1. В соответствии с заданием составляют схему рассматриваемого выпря-
мителя, определяют тип фильтра на выходе выпрямителя. 
2. Используя формулы табл. 1, определяют основные параметры для выбо-
ра диодов и выбирают диоды выпрямителя. При необходимости можно каждый 
диодный вентиль выполнять не на одном диоде, а на двух и более, если для од-
ного  диода  расчетный  прямой  ток  превышает  максимально  допустимый  спра-
вочный  ток  или  расчетное  обратное  напряжение  превышает  соответствующее 
справочное значение напряжения. 

 
39
3.  С  учетом  расчетных  соотношений  табл. 1 и  указаний,  содержащихся  в 
рекомендуемой  литературе,  производят  расчет  схемы  с  целью  определения  её 
основных элементов (фильтра, трансформатора) и их параметров. При опреде-
лении параметров элементов фильтра и трансформатора следует учесть, что все 
элементы  схемы  должны  быть  стандартными,  т.е.  номиналы  индуктивностей, 
емкостей и сопротивлений выбирают из стандартных рядов [18, 20], соответст-
венно выбирают и типы элементов [16, 17, 18, 20]. 
4. Для построенной схемы выпрямителя составляют эквивалентную схему 
с учетом реальных параметров диодных ключей, рассчитывают и строят харак-
теристику  «вход-выход» (емкостной  и  индуктивный  характер  нагрузки  при 
этом не учитывают). 
5. На основании полученной зависимости «вход-выход» и с учетом прин-
ципа  работы  схемы  выпрямительного  устройства  строят  полную  временную 
диаграмму работы схемы. 
6.  Все  схемы  и  рисунки  выполняют  в  соответствии  с  рекомендациями 
ГОСТов [9]. В  работе  следует  привести  список  используемой  литературы,  а  в 
тексте указать источники для применяемых в расчетах формул. 
 
Тема 3. Расчет параметрического стабилизатора 
Задание: рассчитать элементы схемы параметрического стабилизатора, ра-
ботающего на нагрузку  R
U
н , который при подаче на вход схемы напряжения 
вх  
обеспечивает  на  выходе  схемы  постоянное  напряжение  Uн  с нестабильностью 
KнсU . Исходные данные приведены в табл. 6, причем для всех вариантов рабо-
чий диапазон температур схемы от -20°С до +40°С. 
 
Методические указания по решению 
1.  Для  рассматриваемой  схемы  следует  выбрать  тип  стабилитрона,  при 
этом  необходимое  напряжение  стабилизации  может  быть  получено  путем  по-
следовательного соединения нескольких стабилитронов. В последнем случае во 
всех последующих расчетах должны быть учтены все включенные в схему дио-
ды. 
 
Таблица 6
№ вар. 
U , В 
В 
K

Ом 
вх
н
нсU
н
1 +25 +12 10 400 
2 -30 -15 5 500 
3 -25 -15 10 
1000 
4 +40 +16 8 300 
5 +50 +27 10 500 
6 -30 -16 8 800 
7 -30 -27 10 300 
8 +25 
+6,3 5 1000 
9 -20 -5  5 2000 

 
40
Окончание таблицы 6
№ вар. 
U , В 
В 
K

Ом 
вх
н
нсU
н
10 -40 -12  8  700 
11 +20 +4,5  5  800 
12 -15 -4,5  5  200 
13 -30 -12,6 10 1000 
14 +25 +5  5  800 
15 +40 
+12,6 10 900 
16 +25 +10 20 600 
17 -35 -10 15 900 
 
2. Исходя из параметров стабилитрона (или стабилитронов) подбирают ог-
раничивающий резистор  Rб . Следует выбрать стандартное значение и тип рези-
стора  Rб  [16, 18]. 
3. С учетом реальных параметров диода (или диодов) составляют эквива-
лентные схемы для всех участков характеристики «вход-выход» и рассчитыва-
ют зависимость U
() . 
вых
вх
4. Определяют основные параметры схемы стабилизатора и оценивают не-
стабильность  выходного  напряжения  схемы  с  учетом  температурных  измене-
ний напряжения стабилизации диода и изменений входного напряжения. Полу-
ченный  коэффициент  нестабильности  сравнивают  с  заданным  значением  K
 
нсU
(табл. 6) и при необходимости в схему вводят термокомпенсацию. 
5.  Приводимые  в  работе  схемы  и  рисунки  выполняют  в  соответствии  с 
требованиями ГОСТов [9]. В тексте работы должны быть ссылки на источники 
информации, а в конце работы - библиографический список. 
 
 
 

 
41
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 
1. Пасынков, В. В. Полупроводниковые приборы: учеб. / В. В. Пасынков, 
Л. К. Чиркин. - СПб.: Лань, 2001. - 480c.: ил. 
2. Прянишников, В. А. Электроника: полный курс лекций / В. А. Пряниш-
ников. - СПб.:  КОРОНА  принт, 2004. - 416c.: ил. - (Учебник  для  высших  и 
средних учебных заведений). 
3. Ровдо, А. А. Полупроводниковые диоды и схемы с диодами / А. А. Ров-
до. - М.: Лайт ЛТД, 2000. - 288c. 
4. Завадский, В. А. Компьютерная электроника / В.  А. Завадский. - Киев: 
ТОО "ВЕК", 1996. - 362c.: ил. - (Компьютер. инженерия). 
5. Электропитание устройств связи: учеб. для вузов / под ред. Ю. Д. Коз-
ляева. - М.: Радио и связь, 1998. - 328c.: ил. 
6.  Справочное  пособие  по  основам  электротехники  и  электроники / П.  В. 
Ермуратский, А. А. Косякин, В. С. Листвин и др. - М.: Энергоатомиздат, 1995. - 
344c.: ил. 
7. Миловзоров, О. В. Электроника: учеб. / О. В. Миловзоров, И. Г. Панков. 
- М.: Высш. шк., 2004. - 288c.: ил. 
8.  Полупроводниковые  приборы:  Диоды,  тиристоры,  оптоэлектронные 
приборы:  справочник./  Под  ред.  Н.Н.Горюнова.-М.:Энергоатомиздат, 1982. -
743с.: ил. 
9. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: справ. / 
Э. Т. Романычева, А. К. Иванова, А. С. Куликов и др.; Под ред. Э. Т. Романыче-
вой. - М.: Радио и связь, 1989. - 448c.: ил. 
10. Костиков, В. Г. Источники электропитания электронных средств. Схе-
мотехника и конструирование: учеб. для вузов / В. Г. Костиков, Е. М.  Парфе-
нов, В. А, Шахнов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2001. - 344c.: ил. 
11. Электронные приборы и устройства на их основе: справ. книга / Ю. А. 
Быстров, С. А. Гамкрелидзе, Е. Б. Иссерлин, В. П. Черепанов,; под ред. Ю. А. 
Быстрова. - М.: РадиоСофт, 2002. - 656c.: ил. 
12. Гейтс, Э. Д. Введение в электронику: практич. подход / Э. Д. Гейтс. - 
Ростов н/Д: Феникс, 1998. - 640c.: ил. 
13.  Опадчий,  Ю.  Ф.  Аналоговая  и  цифровая  электроника:  учеб.  для  студ. 
вузов / Ю. П. Опадчий, О. П. Глудкин, А. И. Гуров; под ред. О. П. Глудкина. - 
М.: Горячая Линия-Телеком, 2000. - 768c.: ил. 
14.  Источники вторичного электропитания / под ред. Ю. И. Конева. - М.: 
Радио и связь, 1990. - 277c. 
15.  Браммер,  Ю.  А.  Импульсные  и  цифровые  устройства:  учеб.  для  сред. 
спец. заведений / Ю. А. Браммер, И. Н. Пащук. - М.: Высш. шк., 1999. - 351c.: 
ил. 
16. Аксенов, А. И. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Конденсато-
ры. Резисторы: справ. / А. И.  Аксенов, А. В. Нефедов. - М.: Радио и связь, 1995. 
- 271c.: ил. - (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1203). 
17. Сидоров, И. Н. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппарату-
ры: справ. / И. Н. Сидоров, С. В. Скорняков. - М.: Радио и связь, 1999. - 332c.: 

 
42
ил. - (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1233). 
18. Партала, О. Н. Радиокомпоненты и материалы: справ. / Партала, О. Н. - 
М.: КУбК-а, 1998. - 720c.: ил. 
19 Лачин, В. И. Электроника: учеб. пособ. / В. И. Лачин, Н. С. Савелов. - 
Ростов н/Д: Феникс, 2004. - 576c.: ил. 
20.  Николаенко,  М.Н.  Настольная  книга  радиолюбителя – конструктора/ 
М.Н.Николаенко. – М.: Изд-во ДМК, 2004. – 280 с.: ил. – (В помощь радиолю-
бителю). 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78804. Сценарій виховного заходу «Солдатські будні» 36.5 KB
  6 грудня у календарі позначено як День Збройних сил України. І вже стало традицією вітати у цей день усіх чоловіків, хлопців. Напевне, цим жінки, дівчата хочуть зайвий раз підкреслити у чоловіках такі риси, як мужність, сміливість, щиросердя, шляхетність.
78805. Година спілкування. Знайомство з собою 91.5 KB
  Мета: познайомитись з учнями надати їм можливість поринути у власний внутрішній світ вчити бачити в оточуючих людях позитив формувати соціальну компетентність засобами ігрового спілкування. З чим ви згодні а з чим ні Чи цікаво вам побачити себе з іншого боку Що сподобалось вам сьогодні на нашій годині...
78806. Фізичні наслідки раннього статевого життя 74.5 KB
  Вступне слово вихователя. Про це говорити вголос начебто неприйнято… хоча в усіх на вустах… Перш за все тому, що багато хто з нас ніколи не чув, щоб дані аспекти статевих зв’язків коли-небудь обговорювалися. Наші батьки не бесідували з нами про це.
78807. Поспішай творити добро 71 KB
  Обладнання: записи висловів видатних людей про добро приказок та приповідок учнівські твори та вірші картки із запитаннями для підсумкової розповіді. Тренінг Риси хорошої людини; технологія Мікрофон Народний золотослів про добро вислови видатних людей про добро і доброту...
78808. Копійка податку – мільйони достатку. Задекларуй свої доходи 273.5 KB
  Ліцеїсти нашого закладу мають змогу зрозуміти переконатись і відчути вагомість податків у особистому житті та житті суспільства. Тут вони мають змогу закріпити отримані на уроках з економіки знання ознайомитися на практиці з роботою податківців пізнати особливості різних...
78809. Взаєморозуміння. На чому воно засноване? 49.5 KB
  Підготовчий етап: Запропонувати учням наступні завдання: поміркувати над питаннями: Як виникає порозуміння між людьми Чи відчуваєте ви порозуміння та підтримку з боку однокласників вчителів батьків У чому причина відсутності порозуміння Що необхідне для того щоб досягти повного...
78810. Спорт і фізичне виховання - утвердження здорового способу життя та зміцнення миру 335 KB
  Мета: формування зацікавленості учнів до занять фізичними вправами та стійкого інтересу до олімпійського руху - провідника миру, духовності, єдності. Завдання: Сприяти гармонійному розвитку особистості дитини та розповсюдженню гуманістичних ідеалів олімпізму.
78811. ЗДОРОВИЙ СПОСІБ ЖИТТЯ 58 KB
  Кожного ранку кішка після сну потягується. Вона витягує передні, а потім задні лапки. Так вона робить зарядку. Із зарядки починають свій день і спортсмени, солдати. Фізична зарядка-це заряд бадьорості на весь день. А з щоденної бадьорості складається наше здоров’я.
78812. У ДИТИНСТВА КРАЙ ІДЕ СВЯТИЙ МИКОЛАЙ 1.9 MB
  Ангел виходить. Святий Миколай сидить, поправляє плащ, мішок. Ззаду надходить, крадучись, Лінь; махає руками за Миколаєм, той починає позівати, дрімає і засинає. Лінь киває рукою, кличучи когось; дріботить Антипко.