ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ.

4.1. Исходные данные:

1. Напряжение питающей сети U₁=220 В; 2. Частота тока в сети f_c=50 Гц; 3. Величины относительных отклонений напряжения сети а_мин=0,005 В, а_макс=0,005 В; 4. Номинальное значение выходного напряжения стабилизатора U_вых=12 В; 5. Пределы регулировки выходного напряжения стабилизатора U_{вых.мин}=11,94 В, U_{вых.макс}=12,06 В; 6. Максимальный и минимальный токи нагрузки стабилизатора I_н.мин=0,95 А, I_н.макс=1,05 А; 7. Коэффициент стабилизации по входному напряжению К_ст=500; 8. Внутреннее сопротивление стабилизатора r_i<=0,01 Ом; 9. Амплитуда пульсации выходного напряжения стабилизатора U_выхm1=1мВ; 10. Пределы изменения температуры окружающей среды Q_{окр.мин}=+40⁰С, Q_{окр.макс}=0 ⁰С; 11. Температурный коэффициент стабилизатора напряжения Υ=+-5мВ/⁰С.

Расчет силовой части стабилизатора.

Выбираем схему стабилизатора с операционным усилителем, в качестве схемы сравнения.

4.2.1. Задаемся величиной тока, потребляемого схемой стабилизатора Iвн=0,02 А, и определяем максимальный ток через регулирующий транзистор Iк4макс, А:

I_к4макс=I_н.макс+I_вн, (1)

I_к4макс=0,02+1,05=1,07 А;

4.2.2. Найдем минимальное напряжение на входе стабилизатора U_01мин, В

U_01мин=U_{вых.макс}+U_кэ4мин+U_01м1, (2)

где U_{вых.макс}- наибольшее выходное напряжение стабилизатора;

U_01м1-амплитуда пульсаций на входе стабилизатора

U_01м1=(0,05-0,1)*(U_{вых.макс}+U_кэ4мин), (3)

где U_кэ4мин=(1,5-2)В, для кремниевых транзисторов U_01м1=0,1*(12,06+2)=1.406 В

U_01мин=12,06+2+1,406=15,466 В

Определим номинальное и максимальное напряжение на входе стабилизатора: U₀₁, U_01макс , В

U₀₁=U_01мин/(1-а_мин) (4)

U₀₁=15,466/(1-0,005)=15,54 В

U_01макс=U₀₁*(1+а_макс) (5)

U_01макс=15,54*(1+0,005)=15,61 В

Определяем ориентировочную величину внутреннего сопротивления выпрямителя r₀, Ом:

r₀=(0,05-0,15)*U₀₁/I_нмакс, (6)

r₀=(0,05-0,15)*15,54/1,05=1,48 Ом

Определим максимальное напряжении на входе стабилизатора при минимальном токе в нагрузке U_{01макс.макс}, В

U_{01макс.макс}=U_01макс+(I_нмакс-I_нмин)*r₀ (7)

U_{01макс.макс}=15,61+(1,05-0.95)1,48=15,758 В

Определим максимальное напряжение на переходе К-Э VT4,В:

U_{кэ4макс}=U_{01макс.макс}+U_{вых.мин} (8)

U_{кэ4макс}=15,758-11,94=3,81 В

Найдем величину максимальной мощности, рассеиваемой на регулирующем транзисторе VT4, Р_к4,Вт:

Р_к4=(U_01макс-U_{вых.мин})*I_к4макс (9)

Р_к4=(15,61-11,94)*1,07=3,92 Вт

По величинам U_{кэ4макс}=3,81 В, I_к4макс=1,07 А и Р_к4=3,92 Вт выбираем тип регулирующего транзистора:

Выбираем транзистор КТ-801А.

Справочные данные транзистора КТ-801А.

Таблица 1

4.2.3. Определим величину предельной мощности, которую может рассеять выбранный транзистор без радиатора Р_к4макс, Вт:

Р_к4макс=(Q_{пер.макс}-Q_{окр.макс})/R_т, (10)

где Q_{пер.макс}- максимальная температура коллекторного перехода, Вт;

Q_{окр.макс}- максимальная температура окружающей среды, ⁰С;

R_т- тепловое сопротивление транзистора, ⁰С/Вт

Р_к4макс=(150-40)/85=5,5 Вт

Поскольку Р_к4<Р_к4макс (5<5,5-верно), то радиатор не нужен.

4.2.4. Определим максимальный и минимальный токи базы VT4 I_б4мин, I_б4макс, мА

I_б4мин=I_нмин/h_{21э4макс}, (11)

где h_{21э4макс}, h_21э4мин- справочные данные транзистора

I_б4мин=0,95/50=19 мА

I_б4макс=I_нмакс/h_21э4мин (12)

I_б4макс=1,05/13=80 мА

4.2.5. Найдем величину максимального тока эмиттера транзистора VT3 I_э3макс, мА:

I_э3макс=I_б4макс (13)

I_э3макс=80 мА

I_э3макс=I_к3макс

U_{кэ3макс}=U_{кэ4макс} (14)

U_{кэ3макс}=3,81 В

4.2.6. Найдем величину максимальной мощности, рассеиваемой на транзисторе VT3, Р_к3,Вт:

Р_к3=I_к3макс*U_{кэ3макс} (15)

Р_к3=0,08*3,81= 0,305 Вт

4.2.7. По величинам U_{кэ3макс}=3,81 В, I_к3макс=0,08 А и Р_к3=0,305 Вт выбираем тип транзистора VT3:

Выбираем транзистор КТ-603Е

Справочные данные транзистора КТ-603Е.

Таблица 2

4.2.8. Определим величину предельной мощности, которую может рассеять выбранный транзистор без радиатора Р_к3макс, Вт:

Р_к3макс=(Q_{пер.макс}-Q_{окр.макс})/R_т, (16)

Р_к3макс=(120-40)/200=0,4 Вт

Поскольку Р_к3 < Р_к3макс (0,305<0,4- верно), то радиатор не нужен.

4.2.9. Определим максимальный и минимальный токи базы транзистора VT3 I_б3мин, I_б3макс, мА

I_б3мин=I_нмин/h_{21э4макс}*h_{21э3макс} (17)

где h_{21э4макс}, h_{21э3макс}- справочные данные транзистора

I_б3мин=0,95/50*200=0,095 мА

I_б3макс=I_к3макс/h_21э3мин (18)

I_б3макс=0,08/60=1,3мА

Так как ток базы транзистора VT3 меньше выходного тока операционного усилителя, то число транзисторов входящих в состав составного транзистора равно 2.

4.2.10. Рассчитаем резистор R₇, Ом

R₇=(U_01мин-U_вых)*h_21э3мин/I_н (19)

R₇=(15,46-12)*100/1=1500 Ом

4.2.11. Найдем мощность, рассеиваемую на резисторе Р_R7, мВт:

Р_R7= U²_01макс/4*R₇ (20)

Р_R7=15,54²/4*1500=40 мВт

В качестве R₇ выбираем ОМЛТ-0,125-1,5 кОм.

4.2.12. Рассчитаем антипаразитный конденсатор С_5, мкФ:

С5>=3T_ср/R7 (21)

где T_ср- постоянная времени С5R7, мкC

Tср=1/2*П*2*fc (22)

Tср=1/2*3,14*100=1,6 мкС

С5>=4,8*10-3/1500=3,2 мкФ

В качестве С5 выбираем конденсатор К50-6 3,3 мкФ.

4.2.13. Расчет схемы сравнения и усилителя постоянного тока. Определим величину опорного напряжения Uоп, В:

U_оп<=U_{вых.мин –} (2-3)В (23)

U_оп<=11,94-3=8,94 В

Выбираем U_оп=8,9 В, в качестве источника опорного напряжения выбираем стабилитрон Д818Б:

Справочные данные стабилитрона Д818Б

Таблица 3

4.2.14. Рассчитаем напряжение на выходе операционного усилителя U_вых.оу, В

U_вых.оу=U_{вых. –} U_оп (24)

U_вых.оу =12-8,9=3,1 В

4.2.15. Зная ток базы составного транзистора I_б3=1мА определим ток на выходе ОУ I _оу, он должен быть в (2,5-4) раза больше I_б3:

I _оу=3 мА

4.2.16. Рассчитаем величину защитного резистора R8, Ом:

R₈=U_вых.оу/I _оу (25)

R₈=3,1/3*10^-3=1033 Ом

Принимаем R₈=1кОм

4.2.17. Найдем мощность рассеиваемую на резисторе Р_R8, мВт:

Р_R8=U_вых.оу*I _оу (26)

Р_R8=3,1*3*10^-3=9,3 мВт

В качестве R₈ выбираем ОМЛТ-0,125-1кОм.

4.2.18. Рассчитаем величину резистора R₉ ,Ом:

R₉=(U_{вых. мин.}-U_{ст.макс})/I_ст.мин, (27)

где U_{ст.макс},I_ст.мин- справочные данные стабилитрона см. таблицу 3

R₉=(11,94-9)**/3*10^-3=980 Ом

Принимаем R₉=1кОМ

4.2.19. Найдем мощность рассеиваемую на резисторе Р_R9, мВт:

Р_R9=(U_{вых. макс.}-U_ст.мин)²/R₉ (28)

Р_R9=(12,06-6,75)²/1000=28 мВт

В качестве R₉ выбираем ОМЛТ-0,125-1кОм.

4.2.20. Определим максимальный ток через стабилитрон и убедимся, что его величина не превышает предельно допустимого значения I_{ст10.макс}, мА:

I_{ст10.макс}=(U_{вых. макс.}-U_ст.мин)/R₉ (29)

I_{ст10.макс}=(12,06-6,75)/1000=5,3 мА

I_{ст210макс}=5,3 мА < I_{ст.макс}=33 мА –верно

4.2.21. Зададимся током делителя I_дел=0,5 мА

4.2.22. Определим минимальный и максимальный коэффициент передачи делителя αмин и αмакс:

α_мин =U_ст.мин/U_{вых. макс} (30)

α_мин =6,75/12,06=0,56

α_макс = U_{ст.макс}/U_{вых. мин} (31)

α_макс =9/11,94=0,75

4.2.23. Определим суммарное сопротивление делителя R_дел, Ом:

R_дел=U_{вых. мин}/I_дел (32)

R_дел=11,94/0,5*10^-3=23880 Ом

4.2.24. Рассчитаем величину резистора R₁₂ ,Ом:

R₁₂<= α_мин *R_дел (33)

R₁₂<=0,56*23880=13370 Ом

Принимаем R₁₂=13кОМ

4.2.25. Найдем мощность рассеиваемую на резисторе Р_R12, мВт:

Р_R12= R₁₂*I _дел² (34)

Р_R12=13000*(0,5*10^-3)²=32 мВт

В качестве R₁₂ выбираем ОМЛТ-0,125-13кОм.

4.2.26. Рассчитаем величину резистора R₁₀ ,Ом:

R₁₀<=(1- α_макс)*R_дел (35)

R₁₀<=(1-0,75)*23380=5840 Ом

Принимаем R₁₀=5600 Ом

4.2.27. Найдем мощность рассеиваемую на резисторе Р_R10, мВт:

Р_R10=R₁₀*I _дел² (36)

Р_R10=5600*(0,5*10^-3)²=14,2 мВт

В качестве R₁₀ выбираем ОМЛТ-0,125-5,6 кОм.

4.2.28. Рассчитаем величину переменного резистора R₁₁, Ом:

R₁₁=R_дел-R₁₀-R₁₂ (37)

R₁₁=23880-5600-13000=5280 Ом

4.2.29. Найдем мощность, рассеиваемую на переменном резисторе Р_R11, мВт:

Р_R11=R₁₁*I _дел² (38)

Р_R11=5180*(0,5*10^-3)²=2,6 мВт

В качестве R₁₁ выбираем СП5-15-6,8 кОм

4.2.30. Расчет термокомпенсации. Определим номинальное значение температурного коэффициента стабилитрона Υ_ст2, мВ/⁰С:

Υ_ст2=10* а_ст2* U_ст2, (39)

где а_ст2-справочный параметр стабилитрона;

U_ст2=(U_{ст.макс}+ U_ст.мин)/2; (40)

U_ст2=(9+6,75)/2=7,87 В;

Υ_ст2=10*(-0,02)*7,87=-1,57 мВ/⁰С

4.2.31. Найдем максимальный температурный коэффициент стабилизатора при отсутствии термокомпенсирующих диодов Υ_макс:

Υ_макс=(U_вых*(Υ_ст2+Υ_{о.у..макс}))/ U_ст2, (41)

где- Υ_{о.у..макс}- максимальный температурный коэффициент операционного усилителя мкВ/⁰С (справочные данные);

Υ_макс=(12*(-1,57+50*10^-3))/7,87=2,39 мВ/⁰С

Полученное значение температурного коэффициента меньше заданного, поэтому нет необходимости осуществлять термокомпенсацию.

4.2.32. Рассчитаем основные параметры стабилизатора. Определим коэффициент стабилизации К_ст:

К_ст= , (42)

где К_р- коэффициент усиления составного регулирующего транзистора по напряжению:

К_р= , (43)

где К₄, К₃-коэффициенты усиления по напряжению транзисторов VT₃, VT₄, определяем из таблицы 4.5 (2.с.135). К₄=500, К₃=800

К_р= =307,7;

К_оу- коэффициент усиления операционного усилителя по постоянному току К_оу=15;

α- коэффициент передачи делителя

α=(α_мин+α_макс)/2 (44)

α=(0,56+0,57)/2=0,56

ά- коэффициент, учитывающий влияние входного сопротивление усилителя на коэффициент передачи делителя ά=0,005;

n_посл- число регулирующих транзисторов включенных последовательно n_посл=2;

r_оу- выходное сопротивление операционного усилителя (справочный параметр) r_оу=150 Ом;

R_оу- входное сопротивление операционного усилителя, Ом

К_ст= =711

4.2.33. Определим амплитуду пульсации выходного напряжения стабилизатора U_выхm,мВ:

U_выхm=U_01m1* U_вых/К_ст*U01, (45)

U_выхm=1,4*12/711*15,54=1,5 мВ

4.2.34. Определим внутренне сопротивление стабилизатора ri, Ом:

ri=-1/S₄*К_оу*ά*α*n_пар, (46)

где S₄ крутизна регулирующего транзистора VT₄ см. таблица 4.2 (2.с.130)

ri=-1/0,7*307*0,56*0,05*1=0,166 Ом

4.2.35. Определим номинальное и минимальное значение кпд стабилизатора ђ_мин, ђ_макс:

ђ_мин=U_{вых.мин}/U_01макс (47)

ђ_мин=11,94/15,61=0,76

ђ_макс=U_вых/U01 (48)

ђ_макс=12/15,45=0,77

4.2.36. Определим величину емкости С6,мкФ:

С6=0,23*h_21э4/ri*2*П*f_21б (49)

С6=0,23*50/0,166*6,28*10000=1100 мкФ

Выбираем конденсатор К50-6 2000 мкФ.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: