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:
Не вказано
Факультет:
ЗІ
Кафедра:
Кафедра КСА
Інформація про роботу
Рік:
2013
Тип роботи:
Курсовий проект
Предмет:
Електроніка та мікросхемотехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки молоді та спорту України
Національний університет «Лвівська політехніка»
Кафедра КСА
Курсовий проект
з курсу «Електротехніка та мікросхемотехніка»
на тему: «Стабілізоване джерело живлення»
Львів 2013
Завдання
Розробити стабілізоване джерело живлення постійної напруги з такими технічними характеристиками:
1. Номінальна вихідна напруга Uвих.=100 В
2. Максимальний струм навантаження Ін.ном.=0.1 А
3. мінімальний струм навантаження Ін.мін.= 0.05 А
4. Напруга мережі Uм = 127 В ± 10%,
5. Допустима зміна вихідної напруги ∆Uвих.=1 B
6. Допустимий коефіцієнт стабілізації Кст.д.=150
7. Допустима амплітуда пульсації Uп. вих.=30 мВ
8. Діапазон регулювання вихідної напруги 15 %
9. Частота мережі 50 Гц
10. Температура оточуючого середовища (-10 ÷ +45) 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 регулювання, 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. Змінюючи тривалість імпульсу, можна змінювати середнє значення вихідної напруги.
2. ОБГРУНТУВАННЯ 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 напруги, 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 вихідній напрузі - а при –
Задаємося мінімальною напругою між емітером і колектором регулюючого транзистора. Для кремнієвого транзистора ( 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 = 5 В.
Визначаємо коефіцієнт збільшення струму випрямляча
де Ідод – додатковий струм випрямляча, який споживається схемою стабілізатора. Приймаємо, що Ідод = 0,03 А.
Мінімальна напруга на виході стабілізатора:
Uвих.min = Uвих – (Uвих = 100 – 0,15 · 100 = 85 В
де (Uвих – відхилення напруги на виході стабілізатора від номінальної:
(Uвих = 0,15·Uном = 0,15 · 100 = 15 В
Максимальна напруга на виході стабілізатора:
Uвих.mах = Uвих + ∆Uвих = 100 + 15 = 115 В
Знаходимо допоміжний коефіцієнт:
Знаходимо коефіцієнти плавного регулювання вихідної напруги:
09.05.2016 18:05-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора