курсовые,контрольные,дипломы,рефераты
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 спроектировать вторичный источник питания по таким исходным данным
Uвых=12 В
Uвых=0.4 B
f =50 Гц
Uвх=15 B
Uвх=220 B
Kст=100
Iн=2 mA
На рис. 1.1 изображена структурная схема вторичного источника питания.
Трансформатор питания |
выпрямитель |
Сглаживающий фильтр |
Стабилизатор напряжения |
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.
Сглаживающие фильтры включают между выпрямителем и нагрузкой
Для уменьшения пульсаций (переменной составляющей) выпрямленного напряжения. Наиболее часто используются фильтры, состоящие из дросселя и 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
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
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 выходного напряжения, 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.
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;
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
I б1 I К1 / В1 = 100 /20 = 5 мА, (3.12)
получим
I К2 5 мА.
Кроме того,
UК.Э2 МАКС UК.Э1 МАКС 8,2 в. (3.13)
Таким образом, мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора Т2, равна Рк2 макс Uк.э2 макс • I к2 = 8,2 • 5х10-3 = 0,041 Вт = 41 мВт.
По справочнику выбираем транзистор Т2 типа П201А с параметрами:
коэффициент усиления по току В2 = 40, максимальное напряжение между коллектором и эмиттером Uк.э2 макс. доп.=22 в, максимальный ток коллектора I к2. макс. доп = 1,5 а, максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе, Рк2 макс. доп = 1 вт. Поскольку Рк2 макс. = 0,041 вт < Рк2 макс. доп = 1 вт, то транзистор Т2 выбран правильно.
7. Выбираем тип кремниевого стабилитрона. В качестве источника эталонного напряжения обычно используется кремниевый стабилитрон, который должен иметь номинальное напряжение стабилизации, который должен иметь номинальное напряжение стабилизации
Uст (0,6 0,7) • Uвых, (3.14)
Uст (0,6 0,7) • 9 = 5,4 в.
По справочнику выбираем стабилитрон типа Д808, у которого
Uст = Uэт = 8 в. ; I ст 5 мА ; I ст. макс. мА.
8. Находим коэффициент деления напряжения делителем R5,R6 и R7
= U2 вых / Uвых Uэт / Uвых = 8 / 12 = 0,667 (3.15)
9. Выбираем тип управляющего (усилительного) транзистора Т3. На транзисторе Т3 собран усилитель, который должен реагировать на самые незначительные колебания выходного напряжения и усиливать их до величины, достаточной для управления регулирующим транзистором. Поэтому управляющий транзистор должен обеспечивать достаточное усиление сигнала по напряжению. При выборе транзистора необходимо обратить внимание на величину коллекторного тока I кз. Этот ток должен быть по возможности небольшим, но всегда превышать ток базы согласующего транзистора Т2. Обычно величина тока I кз выбирается в пределах 0,5 2 ма. Требуемое значение коэффициента усиления по напряжению для управляющего транзистора можно найти по формуле
(3.16)
где Uвх = Uвх. макс — Uвх. мин = 17,2 – 14 = 3,2 в.
Наиболее часто в качестве управляющих используются маломощные низкочастотные транзисторы.
Предварительно выберем транзистор тира МП41 (П15) с такими
данными: коэффициент усиления по току B3 = 30, максимально допустимое
напряжение коллектор—эмиттер UК.Э3 МАКС. ДОП. == 20 в, максимальный ток коллектора
I К3. МАКС. ДОП = 20 ма,
максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе Рк3 макс. доп = 0,15
вт. Определим фактический коэффициент усиления каскада на транзисторе МП41
(П15). Для этого можно воспользоваться формулой
(3.17)
где , — крутизна характеристики транзистора Т3 (число, показывающее,
на сколько миллиампер изменится коллекторный ток при изменении напряжения между базой и эмиттером транзистора на 1 в);
R1 — сопротивление нагрузки в цепи коллектора транзистора Т3.
Для маломощных низкочастотных транзисторов, используемых в схемах стабилизаторов напряжения, значение крутизны лежит в пределах
S3 = (20 40) мА/в.
Принимаем S3 = 30 ма/в.
Сопротивление R1 может быть найдено по формуле
(3.18)
Мощность, рассеиваемая на резисторе R1, составляет
PR1 = (IK3)2 • R1 = 12000 • (2х10-3)2 = 0,048 Вт.
Определим величину мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора T3,
Рк3 макс. = U к.э3 макс. • IкЗ. (3.19)
Принимая
U к.э3 макс. = U вых. + U вых – U эт = 12 + 0.4 – 8 = 4.4 B. и IкЗ = 2 х 10 –3 А получим
Рк3 макс. = 4.4• 2 х 10 –3 = 0,0088 Вт < Рк3 макс. доп. = 0,15 Вт.
Следовательно, транзистор Т3 выбран правильно.
10. Определяем величины сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов схемы. Как мы уже выяснили, сопротивление нагрузки в цепи коллектора транзистора Т3 R1 = 12 кОм. Найдем сопротивления выходного делителя. Ток делителя I д обычно выбирают на один – два порядка выше тока базы управляющего транзистора Т3. Номинальный ток базы транзистора Т3 можно найти по формуле
IбЗ = IкЗ / В3, (3.20)
IбЗ = 2 х 10 –3 / 30 = 0,66 мА.
Выбирая ток делителя Iд = 5 ма, найдем общее сопротивление делителя
Rд = R5 + R6 + R7 = U вых / Iд, (3.21)
Rд = 12 / 5х10– 3 =2.4 кОм.
Выходное напряжение стабилизатора можно регулироваться в пределах ± 2 в. Учитывая также, что напряжение стабилизации стабилитрона Д808 может меняться в пределах 7—8,5 в, определим сопротивление нижнего плеча делителя для крайних значений U эт и U вых
(3.22)
Ом;
(3.23)
.
Величины сопротивлений R5 и R6 равны
R6 = (Rд.н.)макс – (Rд.н.)мин ; (3.24)
R6 = 1758 – 1354 = 404 Ом ;
R5 = Rд – (Rд.н.)макс ; (3.25)
R5 = 640 Ом ;
Полученные значения сопротивлений делителя соответствуют номинальным. Поэтому окончательно принимаем R5 = 640 ом; R6 = 400 Ом; R7 ==1,4 кОм (тип резисторов R7 — УЛМ-0,12, R5 и R6 — СПО). Сопротивление R8 берется такой величины, чтобы задаваемый им ток через стабилитрон составлял Iст = 5 ма,
R8 = (3.26)
R8 = ( 12 – 8 ) / 5х10–3 = 800 Ом
По справочнику выбираем резистор с сопротивлением R8 = 800 Ом (тип резистора—УЛМ-0,12).
Для увеличения быстродействия стабилизатора используется емкостная связь между выходом стабилизатора и входом усилителя, собранного на транзисторе Т3. С этой целью в схему стабилизатора включают конденсатор С2. Величина емкости этого конденсатора выбирается порядка единиц — десятков микрофарад. Например, для рассчитываемой схемы можно использовать электролитический конденсатор типа ЭМ емкостью 3 мкф с рабочим напряжением 20 в.
Конденсатор С3 служит для повышения устойчивости стабилизатора и одновременно позволяет уменьшить выходное сопротивление схемы. Емкость конденсатора С3 выбирается порядка 1000— 2000 мкф. Для нашей схемы можно, использовать электролитический конденсатор типа ЭТО-2 емкостью 1000 мкф с рабочим напряжением 35 в.
11. Находим коэффициент стабилизации рассчитанного стабилизатора по формуле
(3.27)
Таким образом, коэффициент стабилизации рассчитанного стабилизатора оказался больше требуемого, так как
12. К. п. д. стабилизатора в номинальном режиме находим, по формуле
(3.28)
где I вх = I вых +I ст +I д = 100 + 5 + 5 = 110 мА. Следовательно
13. Расчет схемы защиты от короткого замыкания. Цепь состоит из транзистора МП41 ; делителя напряжения, собранного на резисторах R2 и R3;
и балансного сопротивления R4. Расчет дополнен моделированием в программе Electronics Workbench для подбора наиболее оптимальных параметров цепи.
Выберем резистор R4 = 3 Ом; расчитаем падение напряжения на нем
U R4 = I * R = 0,1 * 3 = 0,3 В.
Расчитаем делитель, таким образом, дабы в верхнем плече делителя, обеспечивалось падение напряжения равное U R4.
R2 = 0,3 / 0,005 = 60 Ом,
R3 = 12 / 0,005 = 2,4 кОм.
Анализ всей схемы в программе Electronics Workbench показал, подключение системы защиты, снижает к.п.д. стабилизатора и приводит к снижению выходного напряжения. Подъем входного напряжения стабилизатора до уровня 30 В а также изменение R2 с 60 на 3 Ома, с одной стороны позволяют сохранить выходные параметры и показатели качества на неизменном уровне, а с другой стороны потребляемая схемой мощность возрастет незначительно.
В итоге выбираем R2 = 3 Ом и R3 = 2,4 кОм.
14. Расчитаем необходимую схему выпрямления в составе: трансформатор питания; диодный мост; сглаживающий сонденсатор
Определяем емкость конденсатора на входе стабилизатора, обеспечивающего пульсацию выпрямленного тока не более 10%. Для мостовой схемы
, (3.29)
По каталогу выбираем стандартный электролитический конденсатор типа ЭТО-2 емкостью 300 мкф на 25 в.
Выбор трансформатора осуществляется по справочнику (хотя можно
усуществить расчет и самостоятельно) исходя из определенных нами входных
параметров стабилизатора, выберем трансформатор типа ТПП 237–127/220–50,
со следующими параметрами: номинальный ток вторичной обмотки I2Н=0,1 A; напряжение на вторичной
обмотке U2Н=20
B (стоит отметить, что
данное напряжение заранее учитывает все потери найденные в процессе
моделирования: потери на вентилях и в цепи защиты от короткого замыкания; Все
остальные потери были учтены в процессе расчета схемы стабилизатора.).
Выберем тип вентилей. Обратное напряжение на вентиль для однофазной мостовой схемы составляет
U обр =1,5 * U0, (3.30)
U обр =1,5 * 20 = 30 в.
Среднее значение тока вентиля для данной схемы составит
Iср= 0,5 * I0, (3.31)
Iср= 0,5 * 0,1 = 0,05А = 50 мА.
Для данного случая хорошо подходит диод Д 206, со следующими параметрами
U обр.доп = 100 В,
Iср.доп. = 100 мА.
4 Анализ спроектированного устройства на ЭВМ
Скопировав значение выходного напряжения, на выходе осциллографа из Work bench получим:
Заключение
В данной курсовой работе был рассчитан вторичный источник питания которые 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.
В данной курсовой работе был рассчитан вторичный источник питания с такими параметрами:
Uвых=12 В
Uвых=0.4 B
f =50 Гц
Uвх=15 B
Uвх=220 B
Kст=100
Iп=0.02 A
1 Екимов В.Д Выбор схемы стабилизатора напряжения. – Радио и связь, 1978 г
2 Крылов В.М Стабилизаторы напряжения на К142ЕН – Радио,1979 г
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
Расчёт импульсного усилителя
Расчёт малогабаритного конденсатора
Расчёт основных метрологических величин
Расчёт переходных процессов в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами
Расчёт сопротивления
Расчёт усилителя мощности звуковой частоты
Расчёт усилителя мощности типа ПП2
Расчёт цифровой радиорелейной линии связи
Реализация и анализ цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой
Реализация и анализ цифрового фильтра с конечной импульсной характеристикой
Copyright (c) 2024 Stud-Baza.ru Рефераты, контрольные, курсовые, дипломные работы.