МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА» Кафедра «Захисту інформації» / КУРСОВА РОБОТА з дисципліни: «Схемотехніка пристроїв технічного захисту інформації» на тему: «СТАБІЛІЗОВАНЕ ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ» Варіант №14 ЗМІСТ Технічне завдання…………………………………………………………………….……... 3   Вступ………………………………………………………………………..…....................... 4  Синтез структурної схеми.………………………………….…………….............. 8  Структурна схема………… …………………………………………….……........ 13  Розрахунок принципової схеми…………………………….………….….…....... 14  Розрахунок стабілізатора…………….………………………………........ 14  Розрахунок фільтра……………………………………………………….. 18  Розрахунок випрямляча……………………….……..………………....... 18  3.4 Розрахунок трансформатора……………………………………………… 19  Моделювання……………………….………………………………………….. 20  Вибір компонентної бази і їх характеристики………………………………… 22 21  Перелік розрахованих елементів……………………………………………… 24  Висновок………………………………………………………………………... Список використаної літератури…………………………………………......... 22 25 26      Технічне завдання Варіант №14 Спроектувати стабілізоване джерело живлення, яке задовольняє наступні вимоги: Uвих = 9В Iн.ном = 0,5А Iн.min = 0,2А Uмер = 110В fм = 400Гц Кст. = 250 Uп.т. = 10 мВ Дрег.= 20% δм = 10% Тос. 0…+50ºC ВСТУП Джерело живлення - елемент електричного кола, в якому зосереджена електрорушійна сила. Джерела живлення характеризуються значенням електрорушійної сили і внутрішнього опору. Джерела живлення поділяються на первинні і вторинні. Під первинними джерелами електроживлення розуміють перетворювачі енергії будь-якого виду (механічної, хімічної, теплової, світлової, тощо) в електричну. До таких джерел живлення відносять електромашинні генератори, акумулятори, гальванічні елементи, сонячні та атомні елементи тощо. Вторинними джерелами живлення називають перетворювачі електричної енергії одного виду в електричну енергію іншого виду. Більшість побутових предметів живляться або від гальванічних елементів, або від мережі електроживлення. Використання в якості джерела живлення гальванічних батарей неекономно. Тому збільшення технічних та економічних параметрів вторинних джерел електроживлення було і є важливою проблемою, вирішення якої в значній степені залежить від їх правильного вибору та проектування. Необхідність перетворення змінного струму в постійний викликана тим, що багато споживачів електричної енергії можуть працювати тільки на постійному струмі, або при роботі на постійному струмі мають кращі характеристики. СТРУКТУРНА СХЕМА





Рис. 3.1. Тр – трансформатор В – випрямляч Ф – фільтр Ст – стабілізатор 3. РОЗРАХУНОК ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ 3.1. 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 VT3:
Знаходимо максимальну потужність, яка розсіюються на колекторі регулюючого транзистора:
При виборі регулюючого транзистора керуємося такими вимогами :
Вибираємо регулюючий транзистор VT3 типу KT819A з відповідними електричними параметрами: (3=30; Uке.доп=40В; Iк.доп=15А Pк.доп.=60Вт. Визначаємо струм бази регулюючого транзистора :
Якщо Іб3>10мА, потрібно використовувати додатковий транзистор VT1. Вибираємо додатковий транзистор VT1 типу KT819B з відповідними електричними параметрами: (1min=15; (1max=50; Uке.доп=50В; Iк.доп=15А Pк.доп.=60Вт Максимальна потужність розсіювання додатковим транзистором:
Розрахунок проводимо при використанні транзистора із середньостатистичними параметрами:
Визначаємо струм бази додаткового транзистора:
Приймаємо значення струму колектора підсилювального транзистора VT2 з умови:

Струм Iк2 дуже малий, тоді вибираємо Iк2 = (0,5 ... 2) мА. Приймаємо: Iк2= 1мА Вибираємо тип підсилюючого транзистора VT2 типу КТ3102Б для якого відомі електричні параметри: Ік.доп=100мА ; Uке.доп=50В ; (min= 200; (max=500 ; Pк.доп=0,25Вт. Знаходимо значення струму бази транзистора VT2 в режимі спокою:
Вибираємо тип кремнієвого стабілітрона, який повинен мати номінальну напругу стабілізації:
Вибираємо тип кремнієвого стабілітрона VD6 типу КС156A, для якого відомі електричні параметри: Ucт=5,6В; Іст.min=3мА; Іст.max=50мА; rд=160 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:

Приймаємо значення R8=Rn.min.=2454,5 Ом. Визначаємо значення опорів подільника:

Зі стандартного ряду Е12 виберемо такі резистори: R6 = 1000 Ом; R7 = 1000 Ом; Зі стандартного ряду Е24 виберемо такий резистор: R8 = 2400 Ом; Розраховуємо потужність, що розсіюється на резисторах R6, R7, R8.
Опір резистора R2 розраховуємо з умови забезпечення протікання через стабілітрон додаткового струму:

Зі стандартного ряду Е12 виберемо такий резистор: R2 = 1800 Ом. Задаємося значенням напруги додаткового джерела живлення підсилювального каскаду на транзисторі VT2 рівною E0 >Uвхmax і розраховуємо значення резистора R1
Зі стандарту Е24,приймаємо R1=20кОм. Розраховуємо потужність, що розсіюється на резисторі R1:
Визначаємо коефіцієнт підсилення за напругою підсилювального каскаду на транзисторі VT2:
, де
Знаходимо значення коефіцієнта стабілізації стабілізатора:
Напруга Е0 може бути вибрана рівною Uвх.min, якщо розрахований коефіцієнт стабілізації Кст більший від заданого. При цьому спрощується принципова схема стабілізатора, оскільки відпадає необхідність у додатковому джерелі. Вибираємо тразистор VT4 типу KT315GE для якого відомі електричні параметри: Ік.доп=3А ; Uке.доп=25В ; (3= 40; Pк.доп=10Вт. Задаємося максимально допустимими значенням потужності, яка може розсіюватися на колекторі регулюючого транзистора VT1 в режимі перенавантаження Pк1доп=5Вт і знаходимо значення опору захисту R:
де Uбе3 ( напруга відкривання транзистора захисту VT3. Для кремнієвих транзисторів Uбе3=0,6В. Приймаємо з ряду E12 що R5=1,8 Ом. Розраховуємо потужність, що розсіюється на резисторі R5:
Встановлюємо максимальний струм спрацювання схеми захисту ІЗmax=(2 ... 3)Іном=4А і визначаємо напругу зміщення транзистора VT4
Задаємося значенням струму подільника напруги на резисторах R3 і R4: Iп2 =(1 ... 2)мА і знаходимо значення резисторів цього подільника:

Приймаємо R4=6800Ом і R3=2400Ом. Розраховуємо потужність, що розсіюється на резисторах R3 та R4:
Коефіцієнт корисної дії стабілізатора знаходимо використовуючи наступний вираз:
де
3.2. РОЗРАХУНОК ФІЛЬТРА Визначаємо напругу на фільтрі:

Струм, що тече через фільтр, визначаємо за виразом:
Напруга пульсації на вході стабілізатора Un:

Внутрішній опір трансформатора
де В − коефіцієнт втрат в трансформаторі, який залежить від його номінальної потужності (табл. 1). Табл. 1.Залежність коефіцієнта втрат в трансформаторі від номінальної потужності Номінальна потужність, Вт  В  4...15 1,25  15...33 1,17  33...55 1,12  55...105 1,08  Більше 105 1,05   Ємність конденсатора фільтра
Вибираємо конденсатор з ряду Е24:
Е12:
3.3. РОЗРАХУНОК ВИПРЯМЛЯЧА Напругу на випрямлячі:
Струм, що тече через випрямляч, визначаємо за виразом:
Зворотна напруга на діоді:
де В=0,9÷1,2В Напруга на виході випрямляча під навантаженням
Схема випрямлення – однофазна, мостова. Діод VD5вибираємо зі співвідношення
Вибираємо діод VD5 типу D102 3.4. РОЗРАХУНОК ТРАНСФОРМАТОРА Якщо 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. Повний активний опір фази випрямлення:
Індуктивність розсіювання трансформатора:
де
- магнітна індукція в магнітопроводі(
≤1,5Тл). S=1 – число стержнів магнітопроводу.
(коефіцієнт для однофазної мостової схеми).
- для однофазної мостової схеми.
Основний розрахунковий параметр:
де m=2 – число імпульсів випрямленої напруги(для однофазної мостової схеми) Кут зсуву за рахунок
: B=0,9 F=4,2 D=1,8 Напруга вторинної обмотки трансформатора:
Струм вторинної обмотки трансформатора:
4. МОДЕЛЮВАННЯ Моделювання стабілізованого джерела живлення проводимо за допомогою «Micro-Cap». Принципова схема стабілізованого джерела живлення.
Принципова схема складається з трансформатора Х1, який понижає змінну напругу; двохнапівперіодний випрямляч на діодах VD1-VD4, підключених по мостовій схемі; конденсатор C2, згладжуючий пульсації випрямленої напруги; додаткове джерело живлення на основі діода D5 і конденсатора С1; стабілізатор напруги на стабілітроні VD6 і транзисторах VT1-VT4. Вхідна напруга
Вихідна напруга


/ 5.Вибір компонентної бази і їх характеристики Згідно з моїми розрахунками регулюючий транзистор VT3 вибираю типу KT819A, за умови що Іб3 > 10 мА потрібно вибрати додатковий транзистор VT1, вибираю транзистор типу KT819B. Їхні графіки виглядають так:
Далі за послідуючими розрахунками визначив струм колектора VT2 і за цими даними вибираю транзистор типу KT3102B, далі за значеннями що нам дані знаю напругу, потрібну для відкривання транзистора захисту VT4, встановив максимальний струм спрацювання захисту, і знайшов напругу зміщення VT4, за цими даними вибираю транзистор типу KT315GE. Графіки VT4 I VT2 виглядають так:
При виборі кремнієвого стабілітрона, спочатку визначив номінальну напругу стабілізації, яку він повинен мати. Стабілітрон VD6 вибрав типу KS156A. Його графік:
Розрахувавши напругу на випрямлячі, струм і зворотню напругу вибираю діоди для випрямляча і додаткового джерела живлення типуD102.Їхні графіки виглядають так:
Синусоїдальний графік джерела живлення змінної напруги:
6.ПЕРЕЛІК РОЗРАХОВАНИХ ЕЛЕМЕНТІВ Позначення Найменування К-ть Примітка  Т1 Трансформатор 1   С1 Конденсатор 750мкФ 1   С2 Конденсатор 1,5мкФ 1   R1 Резистор – 20 кОм ± 5% 1   R2 Резистор – 1,7 кОм ± 5% 1   R3 Резистор – 2,4 кОм ± 5% 1   R4 Резистор – 6,6 кОм ± 5% 1   R5 Резистор – 1,85 Ом ± 1% 1   R6 Резистор регулювальний – 1 кОм ± 5% 1   R7 Резистор– 1 кОм ± 5% 1   R8 Резистор – 2,4 кОм ± 5% 1   VD1, VD2, VD3, VD4 Діод D102 4   VD5 Діод D102 1   VD6 Стабілітрон KS156A 1   VT1 Транзистор КТ819B 1   VT2 Транзистор КТ3102B 1   VT3 Транзистор КТ819А 1   VT4 Транзистор KT315GE 1    Висновок Компенсаційний стабілізатор напруги на транзисторах складається з регулюючого транзистора VT3, джерела опорної напруги на кремнієвому стабілітроні VD6, підсилюючого транзистора VT2, який виконує також функцію порівняння і вихідного подільника напруги на резисторах R6, R7, R8. Резистор R2 забезпечує необхідне значення струму, який протікає через стабілітрон VD6. Частина вихідної напруги знімається з резистора R6 і подається на базу транзистора VT2 і порівнюється з опорною напругою, яка визначається напругою стабілізації стабілітрона VD6. При збільшенні напруги на виході стабілізатора, напруга на базі транзистора VT2 зростає, що приводить до збільшення струму бази і відповідно струму колектора транзистора VT2. При зростанні колекторного струму VT2 збільшується спад напруги на резисторі R1, а потенціал колектора VT2 і бази VT3 зменшується, що приводить до запирання транзистора VT3. Його опір зростає, а напруга на виході стабілізатора зменшується. Схема захисту стабілізатора від короткого замикання на виході cкладається з транзистора VT4, резистора захисту R5. Спад напруги на резисторі захисту R5, який створюється струмом навантаження, прикладається до бази транзистора VT4 і є для цього транзистора відкриваючий. Одночасно при допомозі опорів R3 і R4 на емітер транзистора VT4 подається напруга зміщення, яка підтримує транзистор VT4 в закритому стані. При досягненні струмом навантаження значення, при якому повинен спрацювати захист, спад напруги на R5 зростає і стає рівним напрузі відкривання VT4. Транзистор VT4 відкривається, напруга на його колекторі понижається, що приводить до закривання транзистора VT1 і VT3 При зменшенні струму навантаження транзистор VT4 закривається і стабілізатор працює в звичайному режимі. Отже, у даному курсовому проекті я синтезував схему стабілізованого джерела живлення,яка стабілізує напругу на виході,зменшуючи пульсації напруги до потрібної величини, з заданою точністю,і задовольняє всі пункти технічного завдання. На початку транзистор зменшує вхідну напругу до такої, яка нам потрібна, далі діод ний міст вирівнює синусоїдальний сигнал майже в пряму, потім конденсатор згладжуючий пульсації випрямленої напруги. Для кращої стабілізації напруги в даній схеми ми використовуємо додаткове джерело живлення. На виході отримуємо значення вихідної напруги максимально наближене до заданого нам значення. Список використаної літератури Електроніка та мікросхемотехніка в 2 ч. Аналогова схемотехніка. Конспект лекцій./ Укл.: Кеньо Г.В., Собчук І.С. – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська Політехніка”, кафедра "Захист інформації", 2009. – 220с. Китаев В.Е., Бакуняев А.А., Колканов М.Ф. Расчет источников электропитания устройств связи: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А.А. Бокуняева. – М.: Радно и связь, 1993. – 232 с. Основи електроніки та їх застосування. Львів – 2003. П.Г.Стахів. В.І. Коруд, О.Є.Гамола. Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник под общей редакцией Горюнова. Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника. Ч.1. Электронные устройства информационной автоматики: Учебник / Под общ. Ред.. А.А. Краснопрошиной. – Выща шк. 1989. – 431 с. Справочное пособие по электротехнике и основам электроники под редакцией проф. А. В. Нетушила. http://www.microelectronica.ru/tira/C2_14.html http://radioamator.at.ua/publ/stabilizatori_naprugi/1-1-0-39 http://www.chipinfo.ru/dsheets/transistors/1819.html Моделювання та дослідження роботи стабілізованого джерела живлення: Інструкція до лабораторної роботи №7 з дисципліни: “Схемотехніка пристроїв технічного захисту інформації”, ч.1/ Укл.: Кеньо Г.В., ( Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2014. ( 12 с.