Расчёт и проектирование вторичного источника питания (стр. 1 из 3)
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Анализ технического задания
2 Разработка принципиальной схемы
3 Расчет элементов схемы
4 Анализ спроектированного устройства на ЭВМ
Выводы
Перечень ссылок
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Введение
Вторичные источники питания используются в РЭА, питающейся от сети переменного тока, для получения напряжений постоянного и переменного тока,необходимых для питания различных узлов. Недостатком данного типа блока питания является большая материалоёмкость, меньшей удельной мощностью и более низким КПД, в отличии от импульсного источника питания – это обусловлено наличием трансформатора питания работающего на частоте 50 Гц и стабилизатора компенсационного типа непрерывного действия. В данный момент в РЭА чаще стали использоваться другие виды источников питания.
1 Анализ технического задания
В донной курсовой работе необходимо рассчитать и спроектироватьвторичный источник питания по таким исходным данным
Uвых=12 В
Uвых=0.4 Bf =50 Гц
Uвх=15 BUвх=220 B
Kст=100
Iн=2 mA
На рис. 1.1 изображена структурная схема вторичного источника питания.
| Трансформаторпитания | выпрямитель | Сглаживающийфильтр | Стабилизаторнапряжения |
Рис.1.1 – Структурная схема вторичного источника питания
Выпрямительные устройства (выпрямители) относятся к вторичным источникам электропитания. Они используются для преобразования переменного напряжения в постоянное. Источником переменного напряжения может быть сеть переменного тока частотой 50 Гц или преобразователь постоянного напряжения в переменное повышенной частоты.
Выпрямитель в большинстве случаев состоит из трансформаторапитания, изменяющего напряжение,комплекта вентилей – выпрямляющих переменное напряжение и сглаживающего фильтра. Сопротивление вентиля в прямом направлении в сотни раз меньше, чем в обратном. В настоящее время в основном используются полупроводниковые вентили.
Сглаживающие фильтры включают между выпрямителем и нагрузкой
Для уменьшения пульсаций (переменной составляющей) выпрямленного напряжения. Наиболее часто используются фильтры, состоящие из дросселяи конденсатора (рис.1.1,а) или из резистора и конденсатора (рис.1.2,а).
Рис. 1.2 - Схемы сглаживающих фильтров
На рис. 1.3 - изображена однофазная мостовая схема выпрямителя
Рис.1.3- Однофазная мостовая схема выпрямителя
Стабилизаторы напряжения имеют такие основные параметры : Коэффициент нестабильности по напряжению – отношение производной выходного напряжения по входному напряжению к выходному напряжению:
Кнu=
Uвых*100% / Uвых* Uвх (1.1)Коэффициент нестабильности по току – относительное изменение выходного напряжения при изменении выходного тока в определенных пределах:
Кнi=
Uвых*100% / Iвых(1.2)Коэффициент стабилизации напряжения – отношение относительных изменений входного и выходного напряжений при постоянном выходном токе :
Кст=1/(Кну*Uвх)(1.3)
Выходное сопротивление стабилитрона – производная выходного напряжения по выходному току :
Rвых=dUвых/dIвых(1.4)
Коэффициент полезного действия – отношение мощности на выходе стабилитрона к мощности на входе.
Коэффициент сглаживания пульсаций – соотношение напряжения пульсаций на входе и на выходе.
Во вторичных источниках питания используются параметрические
и компенсационные стабилизаторы напряжения.
Наиболее простыми стабилизаторами напряжения являются параметрические стабилизаторы напряжения.Они характеризуются сравнительно невысокими коэффициентами стабилизации, большим выходным сопротивлением, низким КПД. В таких стабилизаторах невозможно получить точное значение выходного напряжения и регулировать его.
На рис.1.4 изображена схема параметрического стабилизатора напряжения.
Рис.1.4 - Схема параметрического стабилизатора напряжения
Компенсационные стабилизаторы напряжения представляют собой систему автоматического регулирования, в которой с заданной точностью поддерживается постоянным напряжение на выходе независимо от изменения входного напряжения и тока нагрузки. На рис.1.5 изображена одна из схем компенсационного стабилизатора напряжения.
Рис.1.5 - Схем компенсационного стабилизатора напряжения
2 Разработка принципиальной схемы
На входе вторичного источника питания можно поставить схему однофазного выпрямителя напряжения изображенную на рис.1.3.
После выпрямителя поставим сглаживающий R-C фильтр изображений
на рис.1.2,а.
Потом необходимо рассчитать и установить одну из схем параметрического стабилизатора напряжения.Например схему изображенную на рис.1.5.
Схема вторичного источника питания будет иметь вид:
Рис.1.5 - Схема вторичного источника питания
3 Расчет элементов схемы
1. Расчет следует производить «от нагрузки». Для чего по исходным данным определим RН :
(3.1) 
.2. Зададимся коэффициентом стабилизации (из исходных данных) :
К = 100.
3. Находим величину минимального напряжения на входе стабилизатора
UВХ.МИН = UВЫХ + UК.Э1 МИН + UВЫХ, (3.2)
где UК.Э1 МИН — минимально допустимое напряжение между эмиттером и
коллектором регулирующего транзистора, при котором работа
еще происходит на линейном участке выходной характеристики
IK = F (UК.Э) при I0 = const;
UВЫХ — отклонение напряжения на выходе стабилизатора от номинального.
Напряжение UК.Э1 МИН для большинства транзисторов не превышает 1—3 в. При расчете UК.Э1 МИН можно принимать равным 3 в. Величина напряжения UВЫХ для нашего случая определяется верхним пределом регулировки выходногонапряжения, т. е. UВЫХ= 0,4 В. Таким образом,
UВХ.МИН = 12 + 3 + 0.4 =15.4 B.
Номинальное и максимальное напряжения на входе стабилизатора с учетом допустимых отклонений входного напряжения (поскольку нестабильность напряжения питающей сети нам не задана, возьмем отклонение UВХ = ± 10%, что вполне достаточно для обеспечения заданных показателей качества) соответственно равны
(3.3) 
(3.4) 
3. Определяем максимальное падение напряжения на участке
эмиттер — коллектор регулирующего транзистора
UК.Э1 МАКС = UВХ. МАКС — UВЫХ, (3.5)
UК.Э1 МАКС = 18,2 — 12 = 6,2 в.
4. Находим максимальную мощность, рассеиваемую на коллекторе
регулирующего транзистора,
РК1 МАКС = UК.Э1 МАКС • I ВЫХ. МАКС, (3.6)
где I ВЫХ. МАКС — максимальное значение тока нагрузки. Для нашего случая (при неизменном токе нагрузки)
I ВЫХ. МАКС = I ВЫХ. = 0,1 А
Следовательно
РК1 МАКС = 8,2 • 0,1 = 0,82 Вт.
5. Выбираем тип регулирующего транзистора.
При выборе необходимо выполнить условия
I К1. МАКС I ВЫХ. I К1. МАКС. ДОП.; (3.7)
UК.Э1 МАКС UК.Э1 МАКС. ДОП.; (3.8)
РК1 МАКС РК1 МАКС. ДОП. (3.9)
Пользуясь таблицами соответствующих справочников выбираем транзистор Т1 типа П4БЭ с такими параметрами: коэффициент усиления по току В1 = 20, максимально допустимое напряжение коллектор — эмиттер UК.Э1 МАКС. ДОП. = 60 в;
максимально допустимый ток коллектора I К1. МАКС. ДОП. = 5 а; максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе (без дополнительного теплоотвода), РК1 МАКС. ДОП = 3 вт.
Таким образом, для выбранного транзистора П4БЭ условия (3.7) (3.9) выполняются.
6. Выбираем тип согласующего транзистора Т2. Транзистор Т2 предназначен для согласования большого выходного сопротивления (порядка 10 ком) усилителя постоянного тока, собранного на транзисторе Т3, с малым входным сопротивлением (порядка 10 ом) регулирующего транзистора Т1.
Кроме того, транзисторы Т1 и Т2, образуя составной транзистор, имеют общий коэффициент усиления по току
Вобщ. = В1 • В2 (3.10)
где В1 и В2 — коэффициенты усиления по току транзисторов Т1 и Т2. Большой коэффициент усиления по току Вобщ. позволяет значительно повысить коэффициент стабилизации схемы по напряжению.
Принимая
I К2 I Э2.= I б1, (3.11)
где I К2 иI Э2. — токи коллектора и эмиттера транзистора Т2 ; I б1 — ток базы транзистора Т1 и учитывая, что