Лернер М. М.
Выбор конденсаторов для электронных устройств
БИБЛИОТЕКА ПО РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ
Выпуск 24
ЭНЕРГИЯ
МОСКВА
1970
Лернер М. М. Выбор конденсаторов для электронных устройств. Москва, «Энергия», 1970. Библиотека по радиоэлектронике. Выпуск 24.
Цель книги — помочь конструктору электронной аппаратуры не только правильно выбрать тип и номинал конденсатора по режиму его работы, но и наиболее эффективно выбрать режим работы конденсатора. Для этого сравнивается множество различных электронных схем, с помощью которых выполняется одна и та же задача при оптимальном выборе конденсаторов в схемах. Теоретические выводы и формулы доведены до графиков, таблиц и диаграмм. Разработанные методы, с помощью которых удалось получить аналитическое решение задачи оптимального проектирования выпрямителей с емкостной нагрузкой, могут быть полезны при решении аналогичных задач и для других устройств.
Книга предназначена для конструкторов эл» ктронной аппаратуры и студентов высших учебных заведений.
Редактор издательства В. А. Абрамов
Технический редактор Н. В. Сергеев
Корректор 3. Б. Шлайфер
Издательство Энергия
Содержание книги
Выбор конденсаторов для электронных устройств
Предисловие
Введение
Глава первая. Выбор конденсатора по рабочему режиму
1. Емкость конденсатора
2. Схемы замещения конденсатора
3. Индуктивность конденсатора
4. Габариты, вес и стоимость конденсатора
5. Выбор рабочего напряжения по стандартному при синусоидальной пульсации
6. Выбор рабочего напряжения по стандартному при несинусоидальной пульсации
7. Выбор типа и стандартного напряжения конденсатора по рабочему режиму
8. Учет уровня надежности при выборе рабочего и стандартного напряжения
Глава вторая. Нахождение связи между рабочим режимом конденсатора и параметрами электронной схемы
9. Введение
10. Теорема о разложении напряжения на вентиле на переменное и выпрямленное и ее применение для анализа работы выпрямительных схем
11. Пиковый коэффициент пульсации и его применение для расчета пульсации и номинального напряжения конденсатора, шунтирующего нагрузку
12. Теорема о среднем и ее применение для расчета емкости конденсатора, шунтирующего нагрузку
13. Расчет емкости, пиков пульсации и минимального напряжения регулирующего конденсатора
14. Выбор совместимых определяющих параметров схемы
Глава третья. Оптимальный выбор конденсаторов для бестрансформаторных выпрямителей с кремниевыми или германиевыми диодами
15. Введение
16. Граничные режимы работы конденсаторов, используемых в симметричной схеме удвоения напряжения
17. Граничные режимы работы конденсаторов, используемых в несимметричной схеме удвоения напряжения
18. Граничные режимы работы конденсаторов, используемых в мостовой схеме
19. Выбор оптимального режима работы регулирующего конденсатора
20. Порядок оптимального выбора конденсаторов для бестрансформаторных выпрямителей с кремниевыми или германиевыми диодами
21. Оценка эффективности замены трансформаторного выпрямителя бестрансформаторным
Глава четвертая. Бестрансформаторные выпрямители с заданной жесткостью внешней характеристики
22. Введение
23. Расчет емкостей конденсаторов для бестрансформаторной «жесткой» симметричной схемы удвоения напряжения
24. Расчет емкостей конденсаторов для бестрансформаторной «жесткой» несимметричной схемы удвоения напряжения
25. Расчет емкостей конденсаторов для бестрансформаторной «жесткой» мостовой схемы
Глава пятая. Оптимальный выбор конденсаторов для трансформаторных выпрямителей
26. Введение
27. Расчет параметров конденсаторов
28. Нахождение граничного режима и режима, при котором минимальное напряжение равно стандартному
29. Порядок оптимального выбора типа и номинала конденсатора для трансформаторных выпрямителей
Приложение
Литература
Предисловие
Выбор электрических конденсаторов, используемых в электронном устройстве, произведен правильно, если тип и номинальные параметры конденсаторов (номинальная емкость, номинальное напряжение и др.) обеспечивают с заданным уровнем надежности требуемый режим работы электронной схемы. Если наряду с этим электрические конденсаторы будут иметь минимальные стоимость, габариты и вес, то их выбор произведен оптимально.
Поскольку одни и те же характеристики на выходе электронного устройства могут быть обеспечены с заданным уровнем надежности множеством различных схем и режимов их работы, то оптимальный выбор конденсаторов связан с отысканием в этом множестве такой схемы и такого режима ее работы, в которых используемый набор конденсаторов имеет минимальные стоимость, габариты и вес.
До сих пор отсутствовали какие-либо рекомендации по оптимальному выбору конденсаторов для электронных схем. Объем информации об электрических конденсаторах, какой предоставлялся в распоряжение конструкторов электронной аппаратуры, ограничивался стандартами или техническими условиями на конденсаторы, прейскурантом и рекомендациями по повышению надежности конденсатора по сравнению с уровнем, какой обеспечивается стандартом или техническими условиями. В предлагаемой вниманию читателя работе сделана первая попытка пополнить этот объем информации методикой оптимального выбора конденсаторов для электронных схем. Показано, что нахождение схемы и режима электронного устройства, в котором стоимость, габариты и вес используемого набора конденсаторов минимальные, сводится к отысканию минимума номинального заряда и номинальной энергии конденсатора, для чего в свою очередь необходимо определить зависимость емкости и номинального напряжения конденсатора от параметров электронного устройства.
В качестве примера рассмотрен оптимальный выбор конденсаторов для однофазных выпрямителей с емкостной реакцией нагрузки. Решение доведено до конкретных формул, графиков и диаграмм.
Значительное место в книге уделено выбору стандартного напряжения конденсатора по заданному режиму работы и наоборот.
Автор сердечно благодарен своему учителю Б. М. Тарееву, под влиянием и при содействии которого была выполнена эта работа. Автор глубоко признателен X. Ф. Фазылову, В. Т. Ренне, Л. Н. Закгейму, Н. Ф. Вол-лернеру, В. И. Сошникову за ценные советы и замечания по отдельным разделам книги. Улучшению содержания книги способствовали рецензенты Г. В. Шейнин и Л. А. Краус, которым автор выражает глубокую признательность.
Автор
Введение
Обычно выбор типа и номинала конденсаторов при конструировании электронной аппаратуры производится так:
создается электронное устройство, выполняющее поставленную задачу;
измерением или расчетом определяется режим работы используемого конденсатора — емкость, рабочее напряжение, рабочая температура;
по рабочему режиму выбирается тип и номинал конденсатора, руководствуясь одним из критериев эффективности выбора.
Выбор конденсаторов по такой методике имеет два существенных недостатка.
Во-первых, при выборе номинала конденсатора часто не учитывают режим его работы. Во многих случаях, в особенности когда на конденсаторе действует несинусоидальное напряжение, номинальные параметры выбирались, руководствуясь лишь интуицией разработчика. Это часто является причиной отказов аппаратуры. На сегодня половина всех отказов аппаратуры по вине конденсаторов вызвана неправильным выбором или неправильным применением конденсаторов [Л. 15].
Во-вторых, не учитывалось, что сам режим работы конденсатора определяется видом и режимом работы схемы, где он используется, а схем, которые выполняют одну и ту же функцию электронного устройства, множество (рис. 1,6). Поскольку до сих пор не была решена в общем случае первая задача — выбор типа и номинала конденсатора по рабочему режиму, вторая задача — наилучший выбор различных режимов — даже и не ставилась.
Цель настоящей книги заключается в том, чтобы не только решить первую задачу выбора, но и показать, как производить выбор рабочих режимов конденсаторов в общем случае, проиллюстрировав общую методику выбора на примере таких электронных устройств, как однофазные выпрямители.
Обычно решающими критериями эффективности являются габариты, (вес и стоимость используемого набора конденсаторов. Выбор конденсаторов произведен оптимально, если они обеспечивают заданные определяющие параметры электронного устройства и имеют минимальные габариты, вес и стоимость.
Доля конденсаторов в общем числе компонентов электронной аппаратуры велика, а в радиоприемной аппаратуре и в счетно-решающих устройствах она достигает 40—60% [Л. 1]. В случае оптимального выбора используемых в аппаратуре конденсаторов электронное устройство в целом имеет минимальные габариты, вес и стоимость.
Для решения задачи оптимального выбора конденсаторов необходимо найти функцию полезности, т. е. связь критерия, эффективности с параметрами конденсаторов к электронного устройства, а затем исследовать функцию полезности на экстремум. Параметры, при которых габариты, вес и стоимость конденсаторов минимальны, определяют оптимальные выбор конденсаторов и режим работы.
Главной задачей нахождения функции полезности является переход от критерия эффективности, выраженного с помощью конструкторско-экономических категорий (габариты, вес, стоимость), к некоторым обобщенным электротехническим параметрам конденсаторов, которые однозначно связаны с этими категориями. Нахождение таких параметров позволило бы применять математические методы для решения конструкторско-эко-номической задачи. Эта задача решается в § 4, где показано, что габариты, вес и стоимость электролитических, металлобумажных и фторопластовых конденсаторов достаточно однозначно определяются их номинальным зарядом Q, а бумажных и слюдяных — номинальной энергией W.
Второй задачей нахождения функции полезности является установление структуры связи найденных обобщенных параметров Q и W с другими параметрами конденсаторов, чтобы сформулировать программу поиска зависимостей, необходимых и достаточных для построения функции полезности." Эта задача решается в § 7, где показано, как находить минимальное напряжение UMmi конденсатора, которое вместе с емкостью конденсатора определяет его заряд Q и энергию W.
Для нахождения необходимо знать величину положительного Д+ и отрицательного Д~ 'пиков пульсации напряжения на конденсаторе, среднее значение UQ напряжения и амплитуду А гармонического напряжения, которое эквивалентно несинусоидальному напряжению на конденсаторе по выделяемой активной мощности.
Если известны зависимости емкости и напряжений на конденсаторе от параметров схемы, нетрудно найти зависимость от этих параметров номинальных заряда Q и энергии W конденсатора. Значения параметров схемы, при которых Q и W наименьшие, определяют режим, который назрвем граничным.
Граничный режим — это еще в общем случае не оптимальный режим, поскольку в граничном режиме может быть значительно меньше ближайшего к нему стандартного напряжения Us, и конденсатор будет недогруженным, что приведет к увеличению его габаритов, веса и стоимости. Оптимальный режим ищется вблизи граничного и отличается тем, что разность наименьшая.
Таким образом, общая методика оптимального выбора конденсаторов для электронного устройства сводится к следующему:
устанавливаются зависимости емкости С и напряжений Д+, Д-, A, UQ на конденсаторе от параметров электронного устройства;
по найденным функциям строятся зависимости номинальных зарядов Q и энергии W конденсатора от параметров электронного устройства;
ищутся значения параметров, при которых Q и W наименьшие. Эти значения параметров определяют граничный режим;
по граничному режиму ищется оптимальный режим, в котором стандартные заряд и энергия находятся возможно ближе к минимальным.
Всегда предпочтительно с точки зрения затрат на проектирование получить аналитическое решение задачи оптимального выбора конденсаторов для электронных устройств. Для этого зависимости, связывающие емкость и напряжения Д+, Д-, Д с параметрами схемы, должны быть хорошо согласующимися с опытом в диапазоне возможных режимов работы схемы и явными.
Приведенная общая методика оптимального выбора в каждом конкретном случае должна служить инструментом для выработки рекомендаций, которые связывают выбор конденсаторов с многообразием их типов и возможностей их применения в различных схемах, выполняющих одну и ту же функцию.
В этой работе общая методика оптимального выбора конденсаторов проиллюстрирована на примере однофазных выпрямителей с емкостной нагрузкой, которые питаются от э. д. с, меняющейся по гармоническому закону.
Скачать книгу "Выбор конденсаторов для электронных устройств". Москва, Издательство "Энергия", 1970
|
