СТАБІЛІЗОВАНЕ ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ. Курсовий проект з Електроніка та мікросхемотехніка. Робота № 525341

Перехід до торгівельного партнера Binance

СТАБІЛІЗОВАНЕ ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Комп'ютеризовані системи автоматики

Інформація про роботу

Рік:

2024

Тип роботи:

Курсовий проект

Предмет:

Електроніка та мікросхемотехніка

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА» Кафедра «Комп’ютеризовані системи автоматики» ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ з навчальної дисципліни „Електроніка та мікросхемотехніка” СТАБІЛІЗОВАНЕ ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ ЗМІСТ Завдання……………………………………………………………………………..……..... Вступ…………………………………………………...………………………..………..…... 1. Короткий огляд існуючих технічних рішень пристрою……………..……………....……. 2. Обґрунтування і вибір структурної схеми…………………………………..….….…….…. 3. Розрахунок компенсаційного стабілізатора постійної напруги..…………..……...…....... 3.1. Розрахунок послідовного регулюючого елемента……………………..…………….. 3.2. Розрахунок підсилювача постійного струму і схеми порівняння…………….…….. 3.3. Розрахунок схеми захисту стабілізатора від короткого замикання на виході......…. 3.2. Розрахунок температурної нестабільності вихідної напруги…....….………...…….. Література……………………………….………...…..…………………..….……..……... Додатки…………………………………..………….…………………………………….... Завдання Розробити стабілізоване джерело живлення постійної напруги з такими технічними характеристиками: Номінальна вихідна напруга Uвих.максимальна вихідна напруга Uвих.макс.. Максимальний струм навантаження Ін.макс.мінімальний струм навантаження Ін.мін. Напруга мережі Uм = 220В ( 10%, що відповідає коефіцієнтам зміни напруги мережі (мін.= 0,85 і (макс.= 1,1. Допустима зміна вихідної напруги (Uвих.. Допустимий коефіцієнт стабілізації Кст. д.. Допустима амплітуда пульсації Uп. вих.Вихідний опір стабілізатора Rвих. 10.Температура оточуючого середовища (+10 ÷ +50)оС. Вступ В наш час важко назвати хоча б одну галузь народного господарства, науки і техніки, де б не застосовувалися радіоелектронні пристрої. У зв’язку із зростанням кількості самих різноманітних радіоелектронних приладів і пристроїв велике значення набуло їх електроживлення. Електроживлення апаратури здійснюється засобами вторинного електроживлення, які під’єднуються до джерела первинного електроживлення і перетворюють їх змінну напругу мережі в ряд вихідних напруг різних значень як постійного, так і змінного струмів з параметрами, що забезпечують нормальну роботу радіоелектронної апаратури в заданих режимах. Для виконання цих завдань в склад засобів вторинного електроживлення входять як самі джерела живлення, так і ряд додаткових пристроїв, що забезпечують їх роботу в складі комплексу радіоелектронні апаратури. До найпростіших джерел живлення відносяться випрямлячі і трансформатори, в яких вихідна випрямлена чи змінна напруга змінюється при зміні вхідної напруги живлення чи струму навантаження. Тому в більшості випадків джерела вторинного електроживлення містять стабілізатори напруги і струму, як найпростіші параметричні, так і більш складні – компенсаційні. Від електроживлення в значній мірі залежать якісні показники пристрою, його надійність, вартість, габарити, маса і коефіцієнт корисної дії, тому раціональне і економічне електроживлення радіоелектронних пристроїв набуло народногосподарського значення. Сучасні радіоелектронні пристрої містять електронні і напівпровідникові прилади, елементи захисту і керування та споживають потужність від часток вата до тисяч кіловат при різних напругах постійного або змінного струму. Для нормальної роботи апаратури, зокрема вимірювальної апаратури, напруги живлення чи струму повинні залишатися стабільними (незмінними) при коливаннях напруги і частоти мережі, зміні навантаження, а також зміні температури вологості і тиску оточуючого середовища і т. д . Значення вихідного опору джерела живлення повинно бути достатньо малим, що особливо важливо для схем на транзисторах. Для отримання незмінної напруги в стабілізованому джерелі живлення необхідно застосовувати електронний стабілізатор постійної напруги. Стабілізатори з малим вихідним опором застосовують також для живлення логічних вузлів приладів для того щоб зменшити паразитні зв’язки між вузлами через спільні джерела живлення при передачі імпульсних сигналів. Крім цього електронні стабілізатори успішно виконують роль згладжуючої ланки і тому можна знизити вимоги до параметрів згладжуючого фільтра. 1. Короткий огляд існуючих технічних рішень Стабілізоване джерело живлення – це пристрій, який автоматично підтримує з необхідною точністю постійну напругу на навантаженні в заданих межах при зміні дестабілізуючих факторів. Типова структурна схема стабілізованого джерело живлення наведена на рис.1 і складається з трансформатора Тр, випрямляча В, згладжуючого фільтру ЗФ і стабілізатора постійної напруги СПН. Рис.1. Структурна схема стабілізованого джерела живлення Для отримання незмінної напруги в стабілізованому джерелі живлення необхідно застосовувати стабілізатор постійної напруги. Всі стабілізатори постійної напруги за принципом дії можна розділити на два основні типи: стабілізатори неперервної дії, в яких регулюючий елемент яких є керованим опором; ключові стабілізатори, в яких регулюючий елемент є електронним ключем, який періодично замикається і розмикається. Стабілізація постійної напруги в цьому випадку здійснюється за рахунок зміни шпаруватості роботи ключа. Обидва види стабілізаторів в свою чергу можна розділити на два види: параметричні стабілізатори постійної напруги; компенсаційні стабілізатори постійної напруги. Основним критерієм для вибору оптимальної схеми стабілізатора і оцінки її параметрів служить коефіцієнт стабілізації напруги. Вибір схеми стабілізатора багато в чому залежить також від значення вихідної напруги, струму, допустимої інерційності, рівня пульсації, характеру навантаження, надійності. Параметричний стабілізатор постійної напруги здійснює стабілізацію вихідної напруги за рахунок властивостей вольт-амперної характеристики нелінійного елемента, наприклад, стабілітрона, стабістора або дроселя насичення. Стабільність вихідної напруги визначається нахилом вольт-амперної характеристики нелінійного елемента і є переважно низькою. Крім того, в параметричному стабілізаторі відсутня можливість плавного регулювання вихідної напруги і точного установлення її номіналу. Параметричний стабілізатор постійної напруги не можна застосувати через велику потужність на виході стабілізованого джерела живлення і низький коефіцієнт стабілізації при великих струмах навантаження. Потужність на виході напівпровідникових стабілізаторів переважно не перевищує 10 Вт. До переваг стабілізаторів неперервної дії відносять: простота схемної реалізації, високий коефіцієнт згладження пульсацій, відсутність електромагнітних завад, які переважно супроводжують роботу ключових стабілізаторів. Недоліком стабілізатора неперервної дії є неможливість отримання к.к.д. вище за 70% через втрату потужності в регулюючому елементі. Компенсаційний стабілізатор з неперервним регулюванням представляє собою систему автоматичного регулюванням, в якій з високою точністю підтримується стала напруга або струм на виході незалежно від зміни вхідної напруги, опору навантаження і параметрів схеми. Вхідна напруга надходить на регулюючий елемент, на якому створюється спад напруги і з виходу якого знімається вихідна напруга, яка є меншою за вхідну. Одночасно вихідна напруга надходить на вхід схеми порівняння, де вона порівнюється з стабільною опорною напругою. Різниця вихідної і опорної напруг надходить на вхід підсилювача постійного струму, де вона підсилюється і подається в необхідній фазі на регулюючий елемент. При цьому зміна вихідної напруги викликає таку зміну напруги на регулюючому елементі, при якій значення вихідної напруги відновлюється із заданою точністю. Найбільше розповсюдження отримали компенсаційні стабілізатори постійної напруги з послідовним регулюючим елементом, які забезпечують відносно великий к.к.д. і незначну потужність, яка розсіюється на регулюючому транзисторі. Паралельні регулюючі елементи за к.к.д. і потужністю, яка виділяється на регулюючому транзисторі, поступаються послідовним і застосовуються в схемах, де коротке замикання на виході не повинно виводити стабілізатор з ладу. Послідовні компенсаційні стабілізатори постійної напруги більш чутливі до перенавантаження за струмом, тому для захисту їх від перенавантаження за струмом і короткого замикання застосовують спеціальні схеми захисту. Компенсаційні стабілізатори з регулюючим елементом, який працює в ключовому (імпульсному) режимі називають також стабілізаторами з імпульсним регулюванням. В імпульсних стабілізаторах напруги енергія надходить від джерела до навантаження з певною частотою. Змінючи тривалість імпульсу, можна змінювати середнє значення вихідної напруги 2. Обґрунтування і вибір структурної схеми При виборі структури стабілізованого джерела живлення застосовуємо традиційну схему. Враховуючи велике значення вихідного струму і потужності, а також низьке значення коефіцієнта стабілізації і відносно велике допустиме значення пульсацій вихідної напруги, використовуємо стабілізатор постійної напруги з неперервним регулюванням. Використання імпульсного стабілізатора постійної напруги, у порівнянні з стабілізаторами з неперервним регулюванням, дозволяє: зменшити потужність, яка розсіюється на регулюючому транзисторі, підвищити к.к.д. і зменшити габаритні розміри стабілізатора постійної напруги. 3. Розрахунок компенсаційного стабілізатора постійної напруги Рис.2. Схема електрична принципова компенсаційного стабілізатора постійної напруги послідовного типу Схема компенсаційного стабілізатора постійної напруги на транзисторах складається з регулюючого транзистора VT1, джерела опорної напруги на кремнієвому стабілітроні VD3, підсилюючого транзистора VT4, який виконує також функцію порівняння і вихідного подільника напруги на резисторах R1, Rр, R2. Резистор Rоб2 забезпечує необхідне значення струму, який протікає через стабілітрон VD3. Частина вихідної напруги знімається з резистора R2 і подається на базу транзистора VT4 і порівнюється з опорною напругою, яка визначається напругою стабілізації стабілітрона VD3. При збільшенні напруги на виході стабілізатора, напруга на базі транзистора VT4 зростає, що приводить до збільшення струму бази і відповідно струму колектора транзистора VT4. При зростанні колекторного струму VT4 збільшується спад напруги на резисторі Rк, а потенціал колектора VT4 і бази VT3 зменшується, що приводить до закривання транзистора VT1. Його опір зростає, а напруга на виході стабілізатора зменшується і залишається незмінною. Аналогічно працює схема при зменшенні вихідної напруги, що дозволяє автоматично підтримувати, з певною похибкою, вихідну напругу на заданому опорі навантаження. 3.1 Розрахунок послідовного регулюючого елемента Задаємося відносною амплітудою пульсації вхідної напруги де UП1 - амплітуда пульсацій наруги, яка живить стабілізатор. При вихідній напрузі - а при Приймаємо Визначаємо коефіцієнти відносної зміни середнього значення вихідної напруги випрямляча в режимі холостого ходу Знаходимо коефіцієнти відносної зміни середнього значення вихідної напруги випрямляча Здаємося значенням внутрішнього опору випрямляча. При вихідні й напрузі - а при - Задаємося мінімальною напруга між емітером і колектором регулюючого транзистора. Для германієвого транзистора Uке..min = (2(4) В, а для кремнієвого ( Uке.min=(4(7) В. Якщо використовується паралельне з’єднання регулюючих вихідних транзисторів, то значення мінімальної напруги повинно бути збільшено на спад напруги на вирівнюючому транзисторі приблизно на 0,6В. Приймаємо Uке.min = 3 В. Визначаємо коефіцієнт збільшення струми випрямляча де Ідод – додатковий струм випрямляча, який споживається схемою стабілізатора. Приймаємо Ідод = 0,03 А. Знаходимо допоміжний коефіцієнт Визначаємо значення напруги навантаженого і ненавантаженого випрямляча в різних режимах ; . Знаходимо максимальну потужність, яка розсіюються на колекторі потужного регулюючого транзистора Визначаємо максимальне миттєве значення між колектором і емітером потужного регулюючого транзистора . При виборі регулюючого транзистора керуємося такими вимогами Вибираємо транзистор типу КТ817Б з такими електричними параметрами: (=20-70, Uке.доп=40 В, Iк.доп=3 А, Pк.доп=20 Вт. Визначаємо струм бази регулюючого транзистора Визначаємо струм зміщення транзистора VT1 . Розраховуємо значення опору зміщення в базі транзистора VT1 . Приймаємо Rб1, резистор типу С2-33 - 0,25 ( 5%. Задаємося максимальною зміною базового струму складового регулюючого транзистора і знаходимо мінімально-допустимий коефіцієнт підсилення складового транзистора за струмом в схемі з спільним емітером . Вибираємо кількість транзисторів в складовому транзисторі з умови , де n - кількість транзисторів в складі складового транзистора. Вважаючи, що переважно в середньому для кожного транзистора, який входить в складовий транзистор , отримуємо n=3, а , що більше ніж Розраховуємо максимальний струм, напругу і потужність, яка розсіюються на колекторі транзистора VT2 . . Вибираємо другий транзистор VT2 складового транзистора транзистор типу КТ815Б, який має такі електричні параметри: Ік.доп = 1,5 А, Uке.доп = 40 В, ( = 40(60, Pк.доп=10 Вт, Визначаємо струм зміщення транзистора VT2 Розраховуємо значення резистора зміщення . Приймаємо Rб2, резистор типу С2-33 - 0,125 ( 5%. Визначаємо максимальний струм, напругу і потужність, яка розсіюється на транзисторі VT3 . . Вибираємо транзистор типу КТ503В для якого: Ік.max = 300 мА, Uке.доп = 40 В, ( = 40(120, Pк.доп=500 мВт, f(=5 МГц. 3.2. Розрахунок підсилювача постійного струму і схеми порівняння Задамося значення струму колектора підсилювального транзистора VT4 Iк4= (1-5) мА. Визначаємо максимальну напругу на колекторі транзистора і знаходимо максимальну потужність, яка розсіюється на цьому транзисторі . . Вибираємо також транзистор типу КТ503В для якого: Ік.max = 300 мА, Uке.доп = 40 В, ( = 40(120, Pк.доп=500 мВт, f(=5 МГц. Вибираємо тип кремнієвого стабілітрона, який повинен мати номінальну напругу стабілізації Вибираємо кремнієвий стабілітрон, для якого Ucт, Іст.min, Іст.max, rд. Визначаємо вхідний опір транзистора VT4 Приймаємо сумарне значення опору подільника напруги Rп і розраховуємо значення опорів подільника Приймаємо Rп1, резистор типу С2-33Н - 0,125 ( 1%. . Приймаємо Rп2, резистор типу С2-33Н - 0,125 ( 5%. Приймаємо Rp=, резистор типу СПО-1-( 10%. Задаємося для вибраної схеми порівняння значенням опору колекторного навантаження транзистора , який переважно знаходиться в межах (5÷10 кОм) і визначаємо необхідне значення напруги додаткового джерела живлення . Розраховуємо параметричний стабілізатор напруги на кремнієвих стабілітронах в якого вихідна напруга дорівнює . Для отримання необхідного значення напруги з’єднуємо два стабілітрони типу Д814А послідовно. Вибираємо значення вхідної напруги параметричного стабілізатора на стабілітронах в 2-3 рази більшою від його вихідної напруги . Приймаємо =. Задаємося відносною амплітудою пульсації (коефіцієнтом пульсації) додаткового джерела живлення і визначаємо коефіцієнт Розраховуємо значення обмежуючого резистора і максимальний струм стабілітрона Приймаємо Rобм.2, резистор типу С2-23-0,125 ( 5%. що є менше допустимого значення струму стабілітрона. Знаходимо для стабілізатора з послідовним регулюючим транзистором коефіцієнти і стабілізації при зміні напруги (без впливу зміни опорної напруги) і значення вихідного опору Визначаємо вхідний опір складового транзистора де θ – коефіцієнт вхідної провідність транзистора. Для малопотужних транзисторів при іе =<5 мА і для потужних транзисторів при (0,1 -0,5) А, це коефіцієнт складає у відповідності з [ ] складає θ =(25 - 35) 1/В. Вихідна провідність складового транзистора Визначаємо сумарний коефіцієнт стабілізації стабілізатора 3.3. Розрахунок схеми захисту стабілізатора від короткого замикання на виході Стабілізатори постійної напруги з послідовним регулюючим транзистором найбільш чутливі до перевантаження. Особливо це проявляється в режимі перевантаження за струмом і короткого замикання, коли відбувається відкривання регулюючого транзистора і стрімкого збільшення його струму. Необхідно зазначити, що при великих значеннях ємності навантаження в процесі вмикання стабілізатора має місце короткочасовий режим, який подібний до режиму короткого замикання. На практиці це перевантаження за струмом і потужністю регулюючого транзистора є достатньо малим , що ним можна нехтувати. Схема захисту стабілізатора від короткого замикання на виході наведена на рис.3. і складається з транзистора VT4, резистора захисту R3 і подільника напруги R1 і R2. Спад напруги на резисторі захисту R3, який створюється струмом навантаження, прикладається до бази транзистора VT4 і є для цього транзистора від відкриваючий. Одночасно за допомогою подільника напруги на резисторах R3 і R4 на емітер транзистора VT4 подається напруга зміщення, яка підтримує транзистор VT4 у закритому стані. При досягненні струмом навантаження значення при якому повинен спрацювати захист, спад напруги на R3 зростає і стає рівним напрузі відкривання VT4. Транзистор VT4 відкривається, напруга на його колекторі понижається, що приводить до закривання транзистора VT1. При зменшенні струму навантаження транзистор VT4 закривається і стабілізатор працює в звичайному режимі. Рис.3. Схема захисту стабілізатора від короткого замикання на виході Задаємося максимально-допустимим значенням потужності, яка може розсіюватися на колекторі регулюючого транзистора VT1 в режимі перенавантаження і знаходимо значення опору захисту R5 де Uбе4 ( напруга відкривання транзистора захисту VT4. Приймаємо Uбе4=0,6В. Приймаємо R3, резистор типу С5-16. Встановлюємо максимальний струм спрацювання схеми захисту ІЗ max і визначаємо напругу зміщення транзистора VT4 . Задаємося значенням струму подільника напруги на резисторах R1, R2. Приймаємо струм подільника рівним Iп2=(5-10) мА і розраховуємо значення резисторів цього подільника Приймаємо R2, резистор типу С2-33- 0,125 (5%. Приймаємо R1, резистор типу С2-33- 0,25 (5 %. 3.4. Розрахунок температурної нестабільності вихідної напруги Як показує аналіз транзисторних компенсаційних стабілізаторів постійної напруги [2,3] на транзисторах основна температурна нестабільність пов’язана з зміною опорної напруги і зміною наруги база-емітер транзистора схеми порівняння. При наявності високоомного подільника напруги на виході стабілізатора значну нестабільність може також внести температурна зміна струму бази транзистора схеми порівняння. Термокомпенсацію вихідної напруги стабілізатора переважно здійснюють двома основними способами: вмиканням термісторів о одне з плеч подільника (вихідної або опорної напруги), що робить коефіцієнт ділення напруги залежним від температури; використання термочутливих n-p переходів (пряма напруга яких залежить від температури), які вмикають в одне з плеч подільника напруги на виході стабілізатора. В практичних схемах стабілізаторів для термокомпенсації часто застосовують n-p переходи площинних діодів або кремнієвих стабілітронів, які ввімкнені в прямому напрямку. Перевага n-p переходів у порівнянні з термісторами полягає в тому, що пряма напруга n-p переходів при зміні температури змінюється практично лінійно. Це дозволяє компенсувати температурні зміни напруги стабілітронів в більш широкому діапазоні температур, ніж при використанні термісторів. Оскільки n-p переходи мають завжди від’ємний знак температурного коефіцієнта напруги, то при термокомпенсації в залежності від знака температурного коефіцієнта стабілітрона їх потрібно вмикати у верхнє або нижнє плече вихідного подільника напруги. Знаходимо максимальне, номінальне і мінімальне значення температурного коефіцієнта опорного стабілітрона Визначаємо максимально можливий температурний коефіцієнт стабілізатора в залежності від вибраної схеми порівняння використовуючи одне з розрахованих крайніх значень температурного коефіцієнта і температурного коефіцієнта напруги база-емітер транзистора підсилювача постійного струму, який знаходиться в межах - . Оскільки значення температурного коефіцієнта напруги стабілізації перевищує задане значення. то застосовуємо термокомпенсацію за допомогою додаткових діодів. і для цього струму для термокомпенсуючих діодів типу Д310 з кривої ( ) визначаємо їх температурний коефіцієнт напруги Визначаємо кількість термокомпенсуючих діодів Знаходимо результуючий температурний коефіцієнт стабілізатора при найбільш несприятливих розкидах коефіцієнтів , і Розрахунки показують, що при самих несприятливих умовах температурний коефіцієнт менший від заданого . Враховуючи малу вірогідність збігу всіх максимальних розкидів, можна вважати, що температурний коефіцієнт буде знаходитися в ще вужчих межах. Розрахунок ємності вихідних конденсаторів та імпульсних параметрів стабілізатора Знаходимо сталу часу регулюючого транзистора в схемі з спільним емітером Задаємося відносним викидом вихідної напруги при стрибку струму навантаження і визначаємо значення ємності вихідного конденсатора . Приймаємо значення конденсатора Сн і вибираємо тип конденсатора К50-16. Розраховуємо тривалість викиду вихідної напруги Для підвищення стійкості стабілізатора між колектором і базою транзистора схеми порівняння вмикають конденсатор ємністю (0,01 ÷ 0,05) мкф, який підбирають при налагодженні схеми стабілізатора. При цьому амплітуда і тривалість викиду імпульсу дещо збільшуються, переважно в (1,5 – 2) рази. Приймаємо значення конденсатора С1, вибираємо конденсатор типу КМ6-Н90. Рис.4. Схема розрахованого компенсаційного стабілізатора постійної наруги Література Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем. Киев: Вища школа, 1983. Источники электропитания на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет / Под ред. Додика С.Д. и Гальперина Е.И. – М.: Светское радио, 1969. Додик С.Д. Полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения и тока. - М.: Советское радио, 1980. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник под ред. Б.Л. Перельмана. - М.: Радио и связь, 1981. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник. Под общей ред. Н.Н. Горюнова. - М.: Энергоиздат, 1982. Резисторы. Справочник под ред. Четверткова И.И. - М.: Энергоиздат, 1981. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. - К.: Техніка, 1984. Справочник по электрическим конденсаторам. Под общей ред. Четверткова И.И. - М.: Радио и связь, 1983. Додатки

Курсовий проект Електроніка та мікросхемотехніка

Nad1yA

22.12.2013 10:12-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись