Избор на кондензатори за електронни устройства
БИБЛИОТЕКА ЗА ЕЛЕКТРОНИКА Брой 24
ЕНЕРГИЯ МОСКВА 1970
Lerner M. M.Избор на кондензатори за електронни устройства. Москва, "Енергия", 1970 г. Библиотека по радиоелектроника. Брой 24.
Целта на книгата е да помогне на проектанта на електронно оборудване не само да избере правилния тип и мощност на кондензатора според режима му на работа, но и да избере режима на работа на кондензатора по най-ефективния начин. За това се сравняват много различни електронни схеми, с помощта на които се изпълнява една и съща задача с оптимален избор на кондензатори във веригите. Теоретичните заключения и формули са приведени в графики, таблици и диаграми. Разработените методи, с помощта на които беше възможно да се получи аналитично решение на проблема с оптималното проектиране на токоизправители с капацитивен товар, могат да бъдат полезни при решаването на подобни проблеми за други устройства.
Книгата е предназначена за конструктори на електронно оборудване и студенти от висши учебни заведения.
Съдържание на книгата Избор на кондензатори за електронни устройства
Глава първа. Избор на кондензатор по режим на работа1. Капацитет на кондензатора 2. Кондензаторни еквивалентни схеми 3. Индуктивност на кондензатора 4. Размери, тегло и цена на кондензатора 5. Избор на работното напрежение по стандарт със синусоидална пулсация 6. Избор на работното напрежение по стандарта за несинусоидална пулсация 7. Избор на тип и стандартно напрежение на кондензатора според режима на работа 8. Отчитане на нивото на надеждност при избор на работно и стандартно напрежение
Глава втора. Намиране на връзката между режима на работа на кондензатора и параметрите на електронната схема9. Въведение 10. Теорема заразлагане на напрежението върху вентила на AC и изправено и приложението му за анализ на работата на токоизправителни вериги 11. Коефициент на пикова пулсация и приложението му за изчисляване на пулсацията и номиналното напрежение на кондензатора, шунтиращ товара 12. Теоремата за средната стойност и нейното приложение за изчисляване на капацитета на кондензатор, шунтиращ товара 13. Изчисляване на капацитет, пикове на пулсации и минимално напрежение на регулиращия кондензатор 14. Избор на параметри за дефиниране на съвместима схема
Глава трета. Оптимален избор на кондензатори за безтрансформаторни токоизправители със силициеви или германиеви диоди15. Въведение 16. Гранични режими на работа на кондензатори, използвани в схема за симетрично удвояване на напрежението 17. Гранични режими на работа на кондензатори, използвани в схемата за асиметрично удвояване на напрежението 18. Гранични режими на работа на кондензатори, използвани в мостовата схема 19. Избор на оптимален режим на работа на регулиращия кондензатор 20. Ред за оптимален избор на кондензатори за безтрансформаторни токоизправители със силициеви или германиеви диоди 21. Оценка на ефективността на замяна на трансформаторен токоизправител с безтрансформаторен
Четвърта глава. Безтрансформаторни токоизправители със зададена твърдост на външни характеристики22. Въведение 23. Изчисляване на капацитета на кондензатора за безтрансформаторна "твърда" симетрична схема за удвояване на напрежението 24. Изчисляване на капацитети на кондензатори за безтрансформаторна "твърда" асиметрична схема за удвояване на напрежението 25. Изчисляване на капацитета на кондензатора за безтрансформаторна "твърда" мостова верига
Глава пета. Оптимален избор на кондензатори за трансформаторни токоизправители26. Въведение 27. Изчисляване на параметрите на кондензатори 28.Намиране на граничния режим и режима, при който минималното напрежение е равно на стандартното 29. Процедурата за оптимален избор на типа и стойността на кондензатора за трансформаторни токоизправители
Изборът на електрически кондензатори, използвани в електронно устройство, е направен правилно, ако типът и номиналните параметри на кондензаторите (номинален капацитет, номинално напрежение и др.) Осигуряват необходимия режим на работа на електронната верига с дадено ниво на надеждност. Ако заедно с това електрическите кондензатори ще имат минимална цена, размери и тегло, тогава техният избор е направен оптимално.
Тъй като едни и същи характеристики на изхода на електронно устройство могат да бъдат осигурени с дадено ниво на надеждност чрез множество различни схеми и режими на тяхната работа, оптималният избор на кондензатори е свързан с намирането в този комплект на такава верига и такъв режим на нейната работа, при който наборът от използвани кондензатори има минимална цена, размери и тегло.
Досега не е имало препоръки за оптимален избор на кондензатори за електронни схеми. Количеството информация за електрическите кондензатори, което беше предоставено на дизайнерите на електронно оборудване, беше ограничено от стандарти или спецификации за кондензатори, ценова листа и препоръки за подобряване на надеждността на кондензатора в сравнение с нивото, предоставено от стандарта или спецификациите. В работата, представена на вниманието на читателя, беше направен първият опит да се попълни това количество информация с метод за оптимален избор на кондензатори за електронни схеми. Показано е, че намирането на схема и режим на електронно устройство, при които цената, размерите и теглото на използвания комплект кондензатори са минимални, се свежда до намиране на минималнияноминален заряд и номинална енергия на кондензатора, за което от своя страна е необходимо да се определи зависимостта на капацитета и номиналното напрежение на кондензатора от параметрите на електронното устройство.
Като пример се разглежда оптималният избор на кондензатори за еднофазни токоизправители с капацитивен товар. Решението се довежда до конкретни формули, графики и диаграми.
Значително място в книгата е отделено на избора на стандартното напрежение на кондензатора за даден режим на работа и обратно.
Обикновено изборът на типа и стойността на кондензаторите при проектирането на електронно оборудване се извършва по следния начин: създава се електронно устройство, което изпълнява задачата; измерване или изчисление определя режима на работа на използвания кондензатор - капацитет, работно напрежение, работна температура; Според режима на работа се избира типът и мощността на кондензатора, като се ръководи от един от критериите за ефективност на избора.
Изборът на кондензатори по този метод има два съществени недостатъка.
Първо, при избора на стойността на кондензатора често не се взема предвид неговият режим на работа. В много случаи, особено когато върху кондензатора действа несинусоидално напрежение, номиналните параметри са избрани, ръководени само от интуицията на разработчика. Това често е причина за хардуерни повреди. Днес половината от всички повреди на оборудването поради повреда на кондензатори са причинени от грешен избор или неправилна употреба на кондензатори [L. 15].
Второ, не беше взето предвид, че режимът на работа на самия кондензатор се определя от вида и режима на работа на веригата, където се използва, и има много вериги, които изпълняват същата функция на електронно устройство (фиг. 1.6). Тъй като първият проблем все още не е решен в общия случай - изборът на вид и номиналкондензатор според режима на работа, втората задача - най-добрият избор на различни режими - дори не беше зададена.
Целта на тази книга е не само да реши първия проблем с избора, но и да покаже как да изберете работните условия на кондензаторите в общия случай, илюстрирайки общата процедура за избор на примера на електронни устройства като еднофазни токоизправители.
Обикновено решаващите критерии за ефективност са размерите (тегло и цена на използвания комплект кондензатори. Изборът на кондензатори е направен оптимално, ако осигуряват зададените определящи параметри на електронното устройство и имат минимални размери, тегло и цена.
Делът на кондензаторите в общия брой компоненти на електронното оборудване е голям, а в радиоприемателната техника и в изчислителните устройства достига 40-60% [L. 1]. В случай на оптимален избор на кондензатори, използвани в оборудването, електронното устройство като цяло има минимални размери, тегло и цена.
За да се реши проблемът с оптималния избор на кондензатори, е необходимо да се намери функцията на полезност, т.е. връзката на критерия ефективност с параметрите на кондензаторите към електронното устройство и след това да се изследва функцията на полезност за екстремум. Параметрите, при които размерите, теглото и цената на кондензаторите са минимални, определят оптималния избор на кондензатори и режим на работа.
Втората задача за намиране на функцията на полезност е да се установи структурата на връзката на намерените обобщени параметри Q и W с други параметри на кондензатори, за да се формулира програма за търсене на зависимости, необходими и достатъчни за изграждане на функция на полезност.нейния заряд Q и енергия W.
За да се намери е необходимо да се знае стойността на положителното D+ и отрицателното D
„пикове на пулсации на напрежението на кондензатора, средното напрежение UQ и амплитудата A на хармоничното напрежение, което е еквивалентно на несинусоидалното напрежение в кондензатора по отношение на разсейването на активната мощност.
Ако са известни зависимостите на капацитета и напреженията на кондензатора от параметрите на веригата, не е трудно да се намери зависимостта от тези параметри на номиналния заряд Q и енергията W на кондензатора. Стойностите на параметрите на веригата, за които Q и W са най-малки, определят режима, който наричаме граница.
Граничният режим все още като цяло не е оптималният режим, тъй като в граничния режим той може да бъде много по-малък от стандартното напрежение Us, най-близко до него, и кондензаторът ще бъде недостатъчно натоварен, което ще доведе до увеличаване на неговите размери, тегло и цена. Оптималният режим се търси близо до граничния режим и се различава по това, че разликата е най-малка.
Така общият метод за оптимален избор на кондензатори за електронно устройство е следният: установяват се зависимостите на капацитета C и напреженията D+, D-, A, UQ върху кондензатора от параметрите на електронното устройство; въз основа на намерените функции са построени зависимостите на номиналните заряди Q и енергията W на кондензатора от параметрите на електронното устройство; търсят се стойностите на параметрите, при които Q и W са най-малки. Тези стойности на параметрите определят граничния режим; Чрез граничния режим се търси оптималният режим, при който стандартните заряд и енергия са максимално близки до минималните.
От гледна точка на разходите за проектиране винаги е за предпочитане да се получи аналитично решение на проблема с оптималния избор на кондензатори за електронни устройства. За тази зависимост,свързващ капацитет и напрежения D+, D-, D с параметрите на веригата, трябва да са в добро съответствие с опита в обхвата на възможните режими на работа на веригата и изрично.
Дадената обща методика за оптимален избор във всеки конкретен случай трябва да служи като инструмент за разработване на препоръки, които свързват избора на кондензатори с разнообразието от видовете им и възможностите за тяхното приложение в различни вериги, изпълняващи една и съща функция.
В тази статия обща техника за оптимален избор на кондензатори е илюстрирана чрез примера на еднофазни токоизправители с капацитивен товар, които се захранват от e. d.s., променяйки се по хармоничния закон.