Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Стабілізоване Джерело Живлення
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
ІКТА
Факультет:
Захисту інформації
Кафедра:
Захист інформації
Інформація про роботу
Рік:
2013
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Схемотехніка комп’ютерів
Варіант:
3
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
кафедра “Захисту інформації”
КУРСОВА РОБОТА
з курсу “ Електроніка та мікросхемотехніка ”
на тему:
“Стабілізоване джерело живлення”
Варіант 3
Львів 2013
Зміст.
Технічне завдання…………………………………………………………………………………………3
Вступ………………………………………………………………………………………………………………4
1. Аналітичний огляд…………………………………………………………………………………….5
1.1 Лінійні джерела живлення……………………………………………………………………..6
1.2. Стабілізатори лінійних джерел живлення……………………………………………..8
1.2.1. Параметричні стабілізатори………………………………………………………………..8
1.2.2. Компенсаційні стабілізатори……………………………………………………………….9
1.3. Імпульсні джерела живлення……………………………………………………………….10
1.4. Вибір схеми джерела живлення…………………………………………………………..11
2.Розробка структурної схеми..…………………………………………………………………..11
3.Структурна схема..……………………………………………………………………………………16
4.Розрахунок принципової схеми ..…………………………………………………………...16
Розрахунок стабілізатора. ..………………………………………………………………….16
4.2.Розрахунок фільтра……………………………………………………………………………….21
4.3. Розрахунок випрямляча. …………………………………………………………………….22
4.4. Розрахунок трансформатора……………………………………………………………….23
5. Моделювання………………………………………………………………………………………….26
6. Перелік розрахованих елементів……………………………………………………………28
7. Висновки………………………………………………………………………………………………..…29
Технічне завдання.
Спроектувати стабілізоване джерело живлення, яке задовольняє наступні вимоги:
Вихідна напруга Uвих = 6,3 В
Струм навантаження(номінальний) Iн.ном = 10 А
Струм навантаження(мінімальний) Iн.min = 2А
Напруга мережі живлення Uмерж = 110 В
Частота мережі живлення f = 400 Гц
Коефіцієнт стабілізації Кст. = 100
Напруга пульсацій Uп.т. = 50 мВ
Відхилення напруги мережі живлення δм = 15%
Температура експлуатації в °С Тос. -10…+40
Вступ.
Невід'ємною частиною будь-якого радіотехнічного пристрою є джерело електроживлення.
Для живлення постійним струмом електронних керуючих, вимірювальних і обчислювальних пристроїв застосовують джерела живлення малої потужності, які звичайно одержують енергію від однофазного джерела змінного струму. Такі джерела живлення в цей час будуються як за традиційною схемою з випрямлячем, підключеним до мережі через трансформатор, так і за схемою з безтрансформаторним входом, робота якої заснована на багаторазовому перетворенні електричної енергії.
Апаратура, що випускається зараз, стає все складніше, до неї висуваються більш строгі вимоги й при цьому зростає кількість елементів. Отже, на перший план виходять питання, пов'язані з якістю живлення цієї апаратури. Крім того, кожний прилад має свої вимоги до джерела живлення.
1. Аналітичний огляд.
Перша проблема, з якої зіштовхуються при конструюванні будь-яких пристроїв - це проблема електроживлення.
При виборі й розробці джерела живлення (далі ДЖ) необхідно враховувати ряд факторів, обумовлених умовами експлуатації, властивостями навантаження, вимогами до безпеки і т.д.
У першу чергу, звичайно, варто звернути увагу на відповідність електричних параметрів ДЖ вимогам пристрою, що живиться, а саме:
• напруга живлення;
• споживаний струм;
• необхідний рівень стабілізації напруги живлення;
• припустимий рівень пульсації напруги живлення.
Не менш важливі характеристики ДЖ, які впливають на його експлуатаційні якості:
• наявність систем захисту;
• масо-габаритні розміри.
Будучи невід'ємною частиною радіоелектронної апаратури, засобу вторинного електроживлення повинні жорстко відповідати певним вимогам, які визначаються як вимогами до самої апаратури в цілому, так і умовами пропонованими до джерел живлення і їхній роботі в складі даної апаратури. Кожен з параметрів ДЖ, що виходить за межі припустимих вимог, вносить дисонанс у роботу пристрою. Тому, перш ніж починати складання ДЖ до передбачуваної конструкції, уважно проаналізуйте всі наявні варіанти й виберіть таке ДЖ, що буде максимально відповідати всім вимогам і вашим можливостям.
Існує чотири основних типи мережевих джерел живлення:
• безтрансформаторні, з резистором, що гасить, або конденсатором.
• лінійні, виконані за класичною схемою:
понижувальний трансформатор - випрямляч - фільтр - стабілізатор.
• вторинні імпульсні: понижувальний трансформатор -фільтр - високочастотний перетворювач 20-400 кГц.
• імпульсний високовольтний високочастотний:
фільтр - випрямляч ~220 В - імпульсний високочастотний перетворювач 20-400кГц.
. Лінійні джерела живлення
Відрізняються простотою й надійністю, відсутністю високочастотних перешкод. Високий ступінь доступності комплектуючих і простота виготовлення робить їх найбільш привабливими для повторення радіо конструкторами-початківцями. Крім того, у деяких випадках не менш важливий і чисто економічний розрахунок - застосування лінійних ДЖ однозначно виправдане в пристроях, що споживають до 500 мА, які вимагають досить малогабаритних ДЖ. До таких пристроїв можна віднести:
• зарядні пристрої для акумуляторів;
• блоки живлення радіоприймачів, систем сигналізації і т.д.
Деякі конструкції, що не вимагають гальванічної розв'язки із промисловою мережею, можна живити через конденсатор, що гасить, або резистор, при цьому споживаний струм може досягати сотень мА.
Ефективність і раціональність застосування лінійних ДЖ значно знижується при струмах споживання більше 1 А. Причинами цього є наступні явища:
• коливання мережевої напруги впливають на коефіцієнті стабілізації;
• на вході стабілізатора доводиться встановлювати напругу, що буде свідомо вище мінімально припустимого при будь-яких коливаннях напруги в мережі, а це значить, що коли ці коливання високі, необхідно встановлювати завищену напругу, що у свою чергу впливає на прохідний транзистор (невиправдано велике спадання напруги на переході, і як наслідок - високе тепловиділення);
• великий споживаний струм вимагає застосування габаритних радіаторів на діодах, що випрямляють, і регулюючому транзисторі, погіршує тепловий режим і габаритні розміри пристрою в цілому.
У цей час традиційні лінійні джерела живлення все більше витісняються імпульсними. Однак, незважаючи на це, вони продовжують залишатися досить зручним і практичним рішенням у більшості випадків радіоаматорського конструювання (іноді й у промислових пристроях). Причин тому декілька: по-перше, лінійні джерела живлення конструктивно досить прості й легко настроюються, по-друге, вони не вимагають застосування дорогих високовольтних компонентів і, нарешті, вони значно надійніше імпульсних ДЖ.
Типовий лінійний ДЖ містить у своєму складі:
мережевий понижувальний трансформатор
діодний міст із фільтром
стабілізатор, що перетворить нестабілізовану напругу, одержувана із вторинної обмотки трансформатора через діодний міст і фільтр, у вихідну стабілізовану напругу, причому, ця вихідна напруга завжди нижче нестабілізованої вхідної напруги стабілізатора.
Основним недоліком такої схеми є низький ККД і необхідність резервування потужності практично у всіх елементах пристрою (тобто потрібна установка компонентів більші навантаження, що допускають, чим передбачувані для ДЖ у цілому, наприклад, для ДЖ потужністю 10 Вт потрібен трансформатор потужністю не менш 15 Вт і т.п.). Причиною цього є принцип по якому функціонують стабілізатори лінійних ДЖ. Він полягає в розсіюванні на регулюючому елементі деякої потужності
Ppоз = Iнагр * (Uвх - Uвих)
З формули видно, що чим більше різниця між вхідною й вихідною напругою стабілізатора, тим більшу потужність необхідно розсіювати на регулюючому елементі. З іншого боку, чим більш нестабільна вхідна напруга стабілізатора, і чим більше вона залежить від зміни струму навантаження, тим більше високим воно повинне бути стосовно вихідної напруги. У такий спосіб видно, що стабілізатори лінійних ДЖ функціонують у досить вузьких рамках припустимих вхідних напруг, причому ці рамки ще звужуються при висуненні твердих вимог до ККД пристрою. Проте показники, що досягаються в лінійних ДЖ ступінь стабілізації й придушення імпульсних перешкод набагато перевершують інші схеми.
1.2. Стабілізатори лінійних джерел живлення.
1.2.1. Параметричні стабілізатори
Засновані на використанні особливостей ВАХ деяких напівпровідникових приладів - в основному, стабілітронів. Їх відрізняє високий вихідний опір, невисокий рівень стабілізації й низький ККД. Такі стабілізатори застосовуються тільки при малих навантаженнях, звичайно - як елементи схем (наприклад, як джерела опорної напруги).
Основа найпростішого параметричного стабілізатора (мал.1.1.) - ланцюжок з резистора R1 і стабілітрона VD1.
Рис. 1.1.
Стабілітрон - це спеціальний діод, включений у зворотній полярності й працюючий у режимі лавинного оборотного пробою. Якщо підвищувати зворотну напругу на стабілітроні, то спочатку струм буде невеликим, а по досягненні напруги стабілізації (про це вказується в довідкових даних) різко зросте. Щоб обмежити зростання струму через стабілітрон, його включають через резистор R1 (це так званий баластовий резистор). Розраховують струм через стабілітрон по формулі I = (Uвх - Uст)/R. Таким чином, вхідна напруга повинна бути завжди більше вихідного, стабілізованого.
При живленні малопотужних пристроїв часто обходяться таким найпростішим стабілізатором, знімаючи вихідну напругу зі стабілітрона. При розрахунку по даній формулі струм I повинен містити в собі як струм стабілітрона (звичайно 5...20 мА), так і струм навантаження (такого ж порядку).
При більшому струмі навантаження використовують додатковий транзистор VT1, включений як емітерний повторювач (мал. 1.2.).
Рис. 1.2.
Він "повторює" на навантаженні стабілізовану напругу бази. Вихідна напруга Uст приблизно на 0,7 В (спадання напруги на переході база-емітер) менше паспортної напруги стабілізації стабілітрона. При більших струмах навантаження використовують складений транзистор.
Головні недоліки даного стабілізатора - низький коефіцієнт стабілізації 20-50 і низький ККД 20-30%
1.2.2. Компенсаційні стабілізатори.
Стабілізатори компенсаційного типу характеризуються тим, що напруга на виході залишається практично незмінною при зміні вхідної напруги або струму навантаження в результаті впливу ланки негативного зворотного зв'язку на регулюючий елемент схеми. Таким чином, принциповою відмінністю компенсаційного стабілізатора від параметричного є наявність у схемі негативного зворотного зв'язку (мал. 1.3.).
Рис. 1.3
На малюнку наведена блок-схема компенсаційного стабілізатора, що складає із трьох елементів:
регулюючого 1,
вимірювального 2
підсилювального 3.
Елемент 1 являє собою регульоване активне (для стабілізаторів постійного струму) і реактивне нелінійне (для стабілізаторів змінного струму) опір, включений послідовно з навантаженням. Елемент 2 фіксує відхилення напруги на виході стабілізатора від деякої еталонної напруги. Елемент 3 підсилює зміну вихідної напруги й впливає на регулюючий елемент, змінюючи його опір і підтримуючи цим сталість вихідної напруги з високим ступенем точності.
1.3. Імпульсні джерела живлення.
На відміну від традиційних лінійних ДЖ, що припускають гасіння зайвого нестабілізованої напруги на прохідному лінійному елементі, імпульсні ДЖ використовують інші методи й фізичні явища для генерації стабілізованої напруги, а саме: ефект нагромадження енергії в котушках індуктивності, а також можливість високочастотної трансформації й перетворення накопиченої енергії в постійну напругу. Існує три типових схеми побудови імпульсних ДЖ:
підвищувальна (вихідна напруга вище вхідної),
понижувальна (вихідна напруга нижче вхідної),
що інвертує (вихідна напруга має протилежну відносно вхідної полярність).
Відрізняються вони лише способом підключення індуктивності, в іншому, принцип роботи залишається незмінним, а саме.
Ключовий елемент (звичайно застосовують біполярні або МДН транзистори), що працює із частотою порядку 20-100 кГц, періодично на короткий час (не більше 50% часу) прикладає до котушки індуктивності повну вхідну не стабілізовану напругу. Імпульсний струм, який тече при цьому через котушку, забезпечує нагромадження запасу енергії в її магнітному полі 1/2LI2 на кожному імпульсі. Запасена в такий спосіб енергія з котушки передасться в навантаження (або прямо, з використанням діода, що випрямляє, або через вторинну обмотку з наступним випрямленням), конденсатор вихідного фільтра, що згладжує, забезпечує сталість вихідної напруги й струму. Стабілізація вихідної напруги забезпечується автоматичним регулюванням ширини або частоти проходження імпульсів на ключовому елементі (для спостереження за вихідною напругою призначена ланка зворотного зв'язку).
Така, хоча й досить складна, схема дозволяє істотно підвищити ККД усього пристрою. Справа в тому, що, у цьому випадку, крім самого навантаження в схемі відсутні силові елементи, що розсіюють значну потужність. Ключові транзистори працюють у режимі насиченого ключа (тобто спадання напруги на них мало) і розсіюють потужність тільки в досить короткі тимчасові інтервали (час подачі імпульсу). Крім цього, за рахунок підвищення частоти перетворення можна істотно збільшити потужність і поліпшити масо-габаритні характеристики.
Важливою технологічною перевагою імпульсних ДЖ є можливість побудови на їхній основі малогабаритних мережевих ДЖ з гальванічною розв'язкою від мережі для живлення найрізноманітнішої апаратури. Такі ДЖ будуються без застосування громіздкого низькочастотного силового трансформатора за схемою високочастотного перетворювача. Це, властива, типова схема імпульсного ДЖ зі зниженням напруги, де як вхідна напруга використовується випрямлена мережева напруга, а як накопичувальний елемент - високочастотний трансформатор (малогабаритний і з високим ККД), із вторинної обмотки якого й знімається вихідна стабілізована напруга (цей трансформатор забезпечує також гальванічну розв'язку з мережею).
До недоліків імпульсних ДЖ можна віднести: наявність високого рівня імпульсних шумів на виході, високу, складність і низьку надійність (особливо при кустарному виготовленні), необхідність застосування дорогих високовольтних високочастотних компонентів, які у випадку найменшої несправності легко виходять з ладу "всім скопом" (при цьому як правило, можна спостерігати вражаючі піротехнічні ефекти). Аматорам покопатися в нутрощах пристроїв з викруткою й паяльником при конструюванні мережевих імпульсних ДЖ треба бути вкрай обережними, тому що багато елементів таких схем перебувають під високою напругою.
1.4. Вибір схеми джерела живлення.
У нашому випадку струм споживання лежить у межах 2-10 А
Цей діапазон виходить за межі ефективності застосування лінійних джерел живлення, але простота виконання й налагодження лінійних джерел живлення стосовно імпульсних ДЖ промовляє на користь використання лінійного ДЖ.
Розробка структурної схеми.
Виходячи із заданих вимог до розроблювального джерела живлення, цілком виправданим є використання типового лінійного ДЖ. Розробимо структурну схему й дамо роз'яснення блокам структурної схеми.
Структурна схема лінійного ДЖ зображена на мал. 2.1 містить у своєму складі:
мережевий понижувальний трансформатор (Тр),
випрямляч (В)
фільтр (Ф)
стабілізатор (Ст), що перетворить нестабілізовану напругу, одержувану із вторинної обмотки трансформатора через діодний міст і фільтр, у вихідну стабілізовану напругу, причому, ця вихідна напруга завжди нижче нестабілізованої вхідної напруги стабілізатора.
Рис.2.1
Трансформатором називається статичний електромагнітний апарат, що перетворить електричну енергію змінного струму однієї системи в електричну енергію змінного струму іншої системи з іншими параметрами.
Принцип дії трансформатора заснований на електромагнітній взаємодії двох або декількох електрично незв'язаних і нерухомі відносно одне одного обмоток. Якщо одну з обмоток приєднати до мережі змінного струму, то під дією змінного магнітного поля в іншій обмотці, магнітно пов'язаної з першою, індукується ЕРС. Для поліпшення магнітного зв'язку між обмотками служить сталевий магнітопровід, зібраний із пластин спеціальної електротехнічної сталі.
По своїй конструкції малопотужні трансформатори досить різноманітні. Їх можна розрізняти по виду осердя, обмотки, особливості конструкції.
Матеріалом осердя силових трансформаторів звичайно є листова електротехнічна сталь різних марок і товщини. Зменшення товщини листа приводить до зменшення втрат від вихрових струмів. При збільшенні змісту кремнію в сталі також знижуються втрати потужності на вихрові струми й гістерезис в осерді трансформатора.
Рис. 2.2.
На мал. 2.2 наведені осердя трансформаторів броньового - (а, б) і стрижневого - (в) типів. Ділянки 1 осердя, на яких розміщені обмотки трансформаторів, називаються стрижнями, а ділянки 2, вільні від обмоток і з'єднуючі стрижні в єдину конструкцію, називаються ярмами.
Найпоширенішим осердям у трансформаторах малої потужності є броньовою. Це осердя звичайно набирається з окремих Ш-подібних пластин, отриманих штампуванням. Для зменшення вихрових струмів пластини ізолюються одне від одного шаром лаку або оксидною плівкою.
У броньових осердях обмотка розміщується на середньому стрижні. Магнітний потік при цьому розгалужується на праву й ліву частини, і, таким чином, у крайніх стрижнях його величина буде в 2 рази менше, ніж у середньому. Тому перетин крайніх стрижнів удвічі менше перетину середнього.
Випрямлячами називають пристрої, призначені для перетворення змінного струму в постійний (випрямлення змінного струму), які служать джерелами живлення електронних схем автоматики, регульованого приводу й автоматичних систем керування технологічними процесами. Залежно від використовуваних елементів розрізняють напівпровідникові (діодні або тиристорні) і кенотронні, газотронні й тиратронні випрямлячі. Залежно від числа фаз, а також характеру навантаження випрямляча й вимог до пульсації випрямленого струму схеми випрямлення бувають однофазні, трифазні й багатофазні й відрізняються кількістю плечей. Під плечем розуміють сукупність обмотки трансформатора й включених послідовно з нею приладів, що випрямляють. На мал. 2.3. зображені найпоширеніші схеми випрямлячів.
Рис. 2.3.
В однофазної однопівперіодній схемі (а) використовується тільки частина потужності трансформатора, випрямлена напруга має більшу змінну складову, до діода прикладена висока зворотна напруга й, отже, випрямляч володіє низьким ККД.
Основною перевагою однопівперіодної схеми є простота. До недоліків можна віднести: більші габарити й маса трансформатора, великий коефіцієнт пульсацій.
Однофазна двопівперіодна схема випрямлення (б), має наступні переваги в порівнянні з однопівперіодною: менші габарити трансформатора, у два рази менший струм через вентиль, частота пульсацій випрямленої напруги вдвічі менше, що приводить до зменшення габаритів фільтра, що згладжує. Недоліки - необхідність середнього виводу обмотки трансформатора, використання 2 вентилів замість одного.
Однофазна мостова схема випрямлення (в). До переваг цієї схеми можна віднести: мала потужність трансформатора, його малі габарити й маса, мала зворотна напруга на вентилі. До недоліків даної схеми можна віднести: використання 4 вентилів замість одного або 2, великий внутрішній опір випрямляча.
Пульсації випрямленої напруги погіршують або роблять зовсім неможливу роботу радіоелектронних пристроїв. Так, наприклад, пульсації вихідної напруги випрямлячів, що живлять каскади передавачів, приймачів, підсилювачів, є причиною тла - звукових коливань із частотою пульсацій. В електронно-променевих трубках пульсації можуть викликати періодичну зміну яскравості світіння, поява на екрані трубки сітки, смуг і т.д. Наявність пульсацій може привести до помилкового спрацьовування автоматичних пристроїв і механізмів. Тому на виході випрямляча необхідний фільтр, що згладжує, що доводить пульсації випрямленої напруги до припустимої величини, що практично не впливає на роботу радіоелектронних пристроїв.
Крім основної вимоги - забезпечення необхідного згладжування -до фільтра пред'являється ще ряд додаткових:
фільтр не повинен вносити помітних спотворень у роботу навантаження, що особливо важливо при імпульсному характері навантаження,
фільтр не повинен створювати значних перенапруг, кидків струму при включенні й вимиканні випрямляча або його навантаження, щоб уникнути виникнення резонансних явищ, що приводять до різкого зростання пульсацій випрямленої напруги,
власна частота фільтра в цілому й окремих його ланках повинна різко відрізнятися від основної частоти пульсацій, втрати потужності й падіння постійноїої складової напруги у фільтрі, повинні бути мінімальними,
висока надійність роботи, малі габарити, маса й вартість
Основними видами фільтрів є індуктивний (мал.2.4), ємнісний (мал. 2.5) і ємкісно-індуктивні, які у свою чергу діляться на Г-подібні, П -подібні й багатоланкові і являють собою комбінацію індуктивних і ємнісних фільтрів.
Рис. 2.4
Стабілізаторами напруги (струму) називаються пристрої, що автоматично підтримують напругу (струм) на навантаженні із заданим ступенем точності.
Основними дестабілізуючими факторами, що викликають зміну напруги (струму) є: коливання живлячих напруг, зміни споживаним навантаженням потужності, коливання частоти мережі змінного струму і т.д.
При змінах напруги мережі й струму навантаження вихідна напруга випрямляча змінюється, причому іноді значно. У ряді випадків це цілком припустимо, а от, скажемо, для радіоприймачів, генераторів і інших радіоелектронних пристроїв напруга повинна бути стабільним при зміні струму навантаження. Тут без стабілізатора не обійтися. Одночасно цей прилад виконує й іншу функцію - знижує до мінімуму пульсації живлячої напруги.
Структурна схема.
трансформатор випрямляч фільтр стабілізатор
Рис.3.1
Розрахунок принципової схеми.
Розрахунок стабілізатора.
Розрахунок починаємо з визначення мінімальної напруги на вході стабілізатора:
де Uке.min ( мінімальна напруга між емітером і колектором регулюючого транзистора. Для кремнієвого транзистора Uке.min=(4 ... 7) В; (Uвих ( відхилення напруги на виході стабілізатора від номінальної, (Uвих = 0,1·Uном.
Номінальне і максимальне значення напруги на вході стабілізатора з врахуванням відхилення вхідної напруги (н буде дорівнювати:
Визначаємо максимальний спад напруги на колекторі регулюючого транзистора VT1:
Знаходимо максимальну потужність, яка розсіюються на колекторі регулюючого транзистора:
При виборі регулюючого транзистора керуємося такими вимогами
Вибираємо тип регулюючого транзистора з відповідними електричними параметрами: (; Uке.доп; Iк.доп; Pк.доп.
Марка
КТ878А
Тип
NPN
Ік.доп=
108А
Uк.доп=
500В
Рдоп=
150Вт
H21e=
>50,00
Визначаємо струм бази регулюючого транзистора
Оскільки 0,2 мА < 10 мА необхідність в додатковому транзисторі відпадає.
Приймаємо значення струму колектора підсилювального транзистора VT2 з умови:
Вибираємо тип підсилюючого транзистора VT2 для якого відомі електричні параметри: Ік.max ; Uке.доп ; ( ; Pк.доп; f(:
Марка
КТ827А
Тип
NPN
Ік.доп=
20А
Uк.доп=
100В
Рдоп=
125Вт
H21e=
750,00
18000,00
Знаходимо значення струму бази транзистора VT2 в режимі спокою:
Вибираємо тип кремнієвого стабілітрона, який повинен мати номінальну напругу стабілізації:
Вибираємо тип кремнієвого стабілітрона, для якого відомі електричні параметри: Ucт; Іст.min; Іст.max; rд:
Марка
КС413Б
Uст=
4,2
В
Іст=
1,00
мА
rст=
18,00
Ом
Знаходимо коефіцієнт ділення подільника напруги на резисторах R6, R7, R8:
Вибираємо струм подільника Іп1 = (1 ... 2) мА і знаходимо значення сумарного опору подільника:
Оскільки вихідна напруга стабілізатора повинна регулюватися в границях (10%, а напруга стабілізації стабілітрона може також змінюватися в границях від Uст.min до Uст/max, то визначаємо опір нижнього плеча подільника для крайніх значень Uст і Uвих:
Визначаємо значення опорів подільника:
Зі стандартного ряду Е24 виберемо такі резистори:
R8 = 3600 Ом; R6 = 360 Ом; R7 = 2200 Ом;
Опір резистора R2 розраховуємо з умови забезпечення протікання через стабілітрон додаткового струму:
Зі стандартного ряду Е24 виберемо такий резистор:
R2 = 360 Ом
Додаткове джерело живлення застосовувати не будемо, оскільки я вважаю ця міра є нераціональною отже й недоцільною. Резистор R1 виберемо експериментальним шляхом для найкращої стабілізації:
R1 = 2800 Ом
Визначаємо коефіцієнт підсилення за напругою підсилювального каскаду на транзисторі VT2:
Знаходимо значення коефіцієнта стабілізації стабілізатора:
Оскільки 1402,94 > 1000,то вибрана схема має місце.
Задаємося максимально-допустимим значенням потужності, яка може розсіюватися на колекторі регулюючого транзистора VT1 в режимі перенавантаження і знаходимо значення опору захисту R5
де Uбе3 ( напруга відкривання транзистора захисту VT3. Для кремнієвих транзисторів Uбе3=0,6В.
Встановлюємо максимальний струм спрацювання схеми захисту ІЗmax=110% Іном і визначаємо напругу зміщення транзистора VT3:
Виберемо тип захисного транзистора VТ3:
Марка
КТ315А
Тип
NPN
Ік.доп=
100мА
Uк.доп=
20В
Рдоп=
150мВт
H21e=
20…90
Задаємося значенням струму подільника напруги на резисторах R3 і R4: Iп2 =(1 ... 2)мА і знаходимо значення резисторів цього подільника:
Зі стандартного ряду Е24 виберемо такий резистор:
R3 = 190 Ом R4 = 2700 Ом
Коефіцієнт корисної дії стабілізатора знаходимо використовуючи наступний вираз:
де ( .
Розрахунок фільтра.
Напруга на фільтрі визначається за виразом:
Струм, який тече через фільтр, визначається за виразом:
Де 0,02(0,05 А – наближені втрати в схемі компенсаційного стабілізатора.
Ємність конденсатора(фільтра) визначається за виразом:
Зі стандартного ряду Е3 виберемо такий конденсатор:
С = 2000 мкФ
Розрахунок випрямляча.
Напруга на випрямлячі:
Струм, який тече через випрямляч, визначається за виразом:
Зворотна напруга на діоді:
де В =0,9 ( 1,2
Схема випрямляча - однофазна, мостова.
Вибираємо тип діода 2Д239А (4 шт), UЗВ = 100В, I = 20A, Uпр = 1,4 В
Внутрішній опір діода:
Розрахунок трансформатора.
Оскільки в схемі використано мостовий випрямляч, то номінальна потужність трансформатора:
де А = 1,2 − коефіцієнт форми струму; UD − спад напруги на одному діоді мостового випрямляча. Для кремнієвих діодів можна прийняти UD = 1 В.
Розрахуємо значення внутрішній опір трансформатора:
де В − коефіцієнт втрат в трансформаторі, який залежить від його номінальної потужності:
Номінальна потужність, Вт
В
Більше 105
1,05
Повний активний опір фази випрямляча:
Rв = RТР + 2Rд = 0,059 + 2*2,33 = 4,719 Ом
Індуктивність розсіювання трансформатора:
Де
Вm – магнітна індукція в магнітопроводі, приймається рівним <=1,5Тл.
Нехай Вm = 1,4Тл.
S = 1 – число стержнів магнітопроводу.
КТР = 3,5 – коефіцієнт, залежний від схеми випрямляча (у нас для однофазної мостової схеми).
KL = 5 * 10-3 - для однофазної мостової схеми,
Основний розрахунковий параметр:
Де
m = 2 – число імпульсів випрямленої напруги (для однофазної мостової схеми);
Кут зсуву за рахунок Ls:
По графікам (рис. 3.2) знаходимо допоміжні коефіцієнти: B, D, F
Рис. 3.2.
B = 0,98 F = 6,3 D = 2,22
Напруга вторинної обмотки трансформатора:
UТ = B*UВ = 1,15*9,81 = 11,28 В
Струм вторинної обмотки трансформатора:
IТ = 0,707*D*IВ = 0,707*2*10,008 = 14,15 А
Коефіцієнт трансформації:
КТР = UС/UТ = 110/11,28 = 9,75
Струм первинної обмотки трансформатора:
Iмереж. = IТ/КТР = 14,15/9,75 = 1,45 A
Визначимо розміри осердя трансформатора:
Де
QСТ – повний переріз стержня на котрому розміщені обмотки,
Q0 – площа вікна осердя, яка припадає на обмотку одного стержня.
Вm – магнітна індукція в магнітопроводі, приймається рівним <=1,5Тл.
Нехай Вm = 1,4Тл.
S = 1 – число стержнів магнітопроводу.
f = 400 Гц
( = 3,6А/мм2 – густина струму в обмотках,
( = 0,88 – залежність ККД трансформатора від потужності, для
kМ = 0,3 – коефіцієнт заповнення вікна міддю обмотки,
kС=0,93 – коефіцієнт заповнення осердя сталлю з товщиною стрічки (=0,35мм.
Таким чином:
Розрахуємо кількість витків обмоток:
Розрахуємо діаметри дроту:
мм
мм
Моделювання.
Моделювання стабілізованого джерела живлення проводилось за допомогою САПР «Micro-CAP 9.0». Принципова схема промодельованого джерела живлення та результати моделювання приведені нижче.
Результат моделювання.
Перелік розрахованих елементів.
Позначення
Найменування
К-ть
Примітка
Трансформатори
Т1
Трансформатор
1
Конденсатори
С1
Конденсатор 2000 мкФ
1
Резистори
R1
Резистор – 2,8 кОм ± 5%
1
R2
Резистор – 360 Ом ± 5%
1
R3
Резистор – 190 Ом ± 5%
1
R4
Резистор – 2700 Ом ± 5%
1
R5
Резистор – 0,1 Ом ± 5%
1
R6
Резистор регулювальний – 360 Ом ± 5%
1
R7
Резистор – 2,2 кОм ± 5%
1
R8
Резистор – 3,6 кОм ± 5%
1
Напівпровідникові елементи
VD1, VD2, VD3, VD4
Діод 2Д239А
4
VD5
Стабілітрон КС413А
1
VT1
Транзистор КТ878А
1
VT2
Транзистор КТ827А
1
VT3
Транзистор КТ315А
1
Висновок.
Спроектований і розрахований пристрій, що містить реальні компоненти, був продемонстрований на САПР - «Micro-CAP 9.0». Результати моделювання показали, що спроектований пристрій відповідає вимогам технічного завдання й може бути змонтований по даній принциповій схемі.
22.06.2013 16:06-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора