Головна

Розрахунок елементів схеми

  1. I. Розрахунок амортизаційних відрахувань
  2. III. Розрахунок залізобетонної плити перекриття
  3. IV. Гідрогеологічні розрахунки при будівельному водопониженні.
  4. IV. Розрахунок і конструювання ригеля Р-1
  5. N Для охолодження елементів під час пайки застосовують випарний метод (нанесення дози випаровується речовини), обдування газом, спеціальні термоекрани.
  6. N Основними показниками якості виготовлених виробів є точність сформованих фізичних властивостей, виконаних розмірів і форми елементів деталей, надійність.
  7. N При масової збірці, малих розмірах складальних елементів ритм випуску одиниці виробу виходить вельми незначним.

1. Розрахунок слід проводити «від навантаження». Для чого за вихідними даними визначимо RН:

 (3.1)

.

2. Задамося коефіцієнтом стабілізації (з вихідних даних):

К = 100.

3. Знаходимо величину мінімальної напруги на вході стабілізатора

UВХ. МІН = UВИХІД + DUВИХІД + UК. Е1 МІН

де UК. Е1 МІН - мінімально допустима напруга між емітером і колектором регулюючого транзистора, при якому робота ще відбувається на лінійній ділянці вихідної характеристики транзистора. DUВИХІД - відхилення напруги на виході стабілізатора від номінального. DUВИХІД = 0,4 В. Таким чином, DUВИХІД для нашого випадку визначається верхньою межею регулювання вихідної напруги. напруга UК. Е1 МІН для більшості транзисторів не перевищує 1-3 В. При розрахунку UК. Е1 МІН можна приймати рівним 3 ст. величина напруги

UВХ. МІН = 12 + 3 + 0.4 = 15.4 B.

UВХ = ± 10%, що цілком достатньо для забезпечення заданих показників якості) відповідно рівні D номінальне і максимальне напруження на вході стабілізатора з урахуванням допустимих відхилень вхідної напруги (оскільки нестабільність напруги мережі живлення нам не задана, візьмемо відхилення

 (3.3)

В

 (3.4)

В

3.1 Визначаємо максимальне падіння напруги на ділянці емітер - колектор регулюючого транзистора

UК. Е1 МАКС = UВХ. МАКС - UВИХІД, (3.5)

UК. Е1 МАКС = 18,8 - 12 = 6,8 В.

4. Знаходимо максимальну потужність, що розсіюється на колекторі

регулюючого транзистора,

РК1 МАКС = UК. Е1 МАКС - I ВИХІД. МАКС, (3.6)

де I ВИХІД. МАКС - максимальне значення струму навантаження. Для нашого випадку, при постійному струмі навантаження

I ВИХІД. МАКС = I ВИХІД. = 0,1 А

отже

РК1 МАКС = 6,8 - 0,1 = 0,68 Вт.

5. Вибираємо тип регулюючого транзистора. При виборі необхідно виконати умови:

I К1. МАКС. ДОП ?I ВИХІД. »I К1. МАКС; (3.7)

UК. Е1 МАКС. ДОП. ? UК. Е1 МАКС; (3.8)

РК1 МАКС. ДОП. ?РК1 МАКС (3.9)

Користуючись таблицями відповідних довідників вибираємо транзистор Т1 типу з такими параметрами: коефіцієнт посилення по току Kу = 20, максимально допустима напруга колектор - емітер UК. Е1 МАКС. ДОП. = 60 В; максимально допустимий струм колектора I К1. МАКС. ДОП = 5 А; максимально допустима потужність, що розсіюється на колекторі (без додаткового відводу тепла), РК1 МАКС. ДОП. = 3 Вт. Таким чином, для вибраного транзистора виконуються умови (3.7) ? (3.9)

6. Вибираємо тип узгоджувального транзистора Т2. Транзистор Т2 призначений для узгодження великого вихідного опору (близько 10 кому) підсилювача постійного струму, зібраного на транзисторі Т3, з малим вхідним опором (близько десятих) регулюючого транзистора Т1. Крім того, транзистори Т1 і Т2, утворюючи складовою транзистор, мають загальний коефіцієнт посилення по току

Kзаг. = K1 - K2 (3.10)

де K1 і K2 - коефіцієнти посилення по струму транзисторів Т1 і Т2. Великий коефіцієнт посилення по току Kзаг дозволяє значно підвищити коефіцієнт стабілізації схеми по напрузі. беручи

I Е2. = I б1, (3.11)

IК2, IЕ2. - Струми колектора і емітера транзистора Т2; Iб1 - струм бази транзистора Т1. тоді отримаємо

Iб1 IК1 / К1 = 100/20 = 5 мА, (3.12)

отримаємо 5 мА. »IК2. Крім того,

UК. Е2 МАКС =UК. Е1 МАКС = 6,8 В. (3.13)

Таким чином, потужність, що розсіюється на колекторі транзистора Т2, дорівнює Рк2 макс » Uк. Е2 макс - I к2 = 6,8 - 5-0,001 = 0,034 Вт = 34 мВт. За довідником вибираємо транзистор Т2 типу з параметрами: коефіцієнт посилення по струму К2 = 40, максимальна напруга між колектором і емітером Uк. Е2 макс. доп. = 22 В, максимальний струм колектора I к2. макс. доп = 1,5 А, максимально допустима потужність, що розсіюється на колекторі, Рк2 макс. доп = 1 Вт. оскільки Рк2 макс. = 0,034 вт < Рк2 макс. доп = 1 Вт, то транзистор Т2 обраний правильно.

7. Вибираємо тип кремнієвого стабілітрона. Як джерело еталонного напруги зазвичай використовується кремнієвий стабілітрон, який повинен мати номінальну напругу стабілізації, який повинен мати номінальну напругу стабілізації

Uст »(0, 6. ? 0,7) Uвих, 3.14

Uст »(0, 6 ? 0,7) - 12 = 7,2 ? 8,4

За довідником вибираємо стабілітрон типу Д808, у якого

Uст = Uпов = 8 В; Iст = 5 мА; I ст. макс. =

8. Знаходимо коефіцієнт ділення напруги дільником R5, R6 і R7

a = Uпов / Uвих = 8/12 = 0,667 (3.15)

9. Вибираємо тип керуючого (підсилювального) транзистора Т3. На транзисторі Т3 зібраний підсилювач, який повинен реагувати на найменші коливання вихідної напруги і посилювати їх до величини, достатньої для управління регулюючим транзистором. Тому керуючий транзистор повинен забезпечувати достатню посилення сигналу по напрузі. При виборі транзистора необхідно звернути увагу на величину колекторного струму Iк. Цей струм повинен бути по можливості невеликою, але завжди перевищувати струм бази узгоджувального транзистора Т2. Зазвичай величина струму Iдо вибирається в межах 0,5 ? 2 мА. Необхідне значення коефіцієнта посилення по напрузі для керуючого транзистора можна знайти за формулою.

 (3.16)

де DUвх = Uвх. макс - Uвх. хв = 18,8 - 15,4 = 3,4 В. Тоді

Найбільш часто в якості керуючих використовуються малопотужні низькочастотні транзистори. Попередньо виберемо транзистор тиру МП41 (П15) з такими даними: коефіцієнт посилення по току КТ3 = 30, максимально допустима напруга колектор-емітер UК. Е3 МАКС. ДОП. = 20 В, максимальний струм колектора IК. Е3 МАКС. ДОП. = 20 ма, максимально допустима потужність розсіювання на колекторі PК. Е3 МАКС. ДОП. = 0,15 пн. Визначимо фактичний коефіцієнт посилення каскаду на транзисторі МП41 (П15). Для цього можна скористатися формулою

 (3.17)

де, - крутизна характеристики транзистора Т3 (число, що показує, на скільки міліампер зміниться колекторний струм при зміні напруги між базою і емітером транзистора на 1 в); R1 - опір навантаження в ланцюзі колектора транзистора Т3.

Для малопотужних низькочастотних транзисторів, використовуваних в схемах стабілізаторів напруги, значення крутизни лежить в межах

Приймаємо.

опір R1 може бути знайдено за формулою

 (3.18)

Потужність, що розсіюється на резисторі R1, становить

PR1 = 2 - R1 - IKТ3 = 2 - 12000 - (2х10-3) = 0,048 Вт.

Визначимо величину потужності, що розсіюється на колекторі транзистора T3,

Рк3 макс. = Uк. Е3 макс. - IКЗ. (3.19)

беручи Uвих - Uпов = 12 + 0.4 - 8 = 4.4 B. і IКЗ = 2 мА отримаємо DUк. Е3 макс. = Uвих. і Рк3 макс. = 4.4- 0,0002 = 0,0088 Вт < Рк3 макс. доп. = 0,15 Вт. Отже, транзистор Т3 обраний правильно.

10. Визначаємо величини опорів резисторів і ємностей конденсаторів схеми. Як ми вже з'ясували, опір навантаження в ланцюзі колектора транзистора Т3 R1 = 12 кОм. Знайдемо опору вихідного дільника. струм подільника Iд зазвичай вибирають на один - два порядки вище струму бази керуючого транзистора Т3. Номінальний струм бази транзистора Т3 можна знайти за формулою

IБТЗ = IКЗ / КТ3, (3.20)

IбЗ = 2 х 10 -3 / 30 = 0,66 мА.

Вибираючи струм дільника Iд = 5 мА, знайдемо загальний опір подільника

Rд = R5 + R6 + R7 = U вих / I д, (3.21)

Rд = 12 / 0,0005 = 2.4 кОм.

Вихідна напруга стабілізатора можна регулюватися в межах ± 2 В. З огляду на також, що напруга стабілізації стабілітрона Д808 може змінюватися в межах 7-8,5 В, визначимо опір нижнього плеча дільника для крайніх значень Uпов і Uвих

 (3.22)

 Ом;

 (3.23)

.

Величини опорів R5 і R6 рівні

R6 = Rд. Н. макс - Rд. Н. хв; (3.24)

R6 = 1758 - тисяча триста п'ятьдесят чотири = 404 Ом;

R5 = Rд - Rд. Н. макс; (3.25)

отже R5 = 640 Ом. Отримані значення опорів дільника відповідають номінальним. Тому остаточно приймаємо R5 = 640 ом; R6 = 400 Ом; R7 == 1,4 кОм (тип резисторів R7 - МЛТ-0,12, R5 і R6 - СПО). опір R8 береться такої величини, щоб задається їм струм через стабілітрон становив Iст = 5 ма,

R8 = (3.26)

R8 = (12 - 8) / 0,0005 = 800 Ом

За довідником вибираємо резистор з опором R8 = 800 Ом (тип резистора - МЛТ-0,12).

Для збільшення швидкодії стабілізатора використовується ємнісний зв'язок між виходом стабілізатора і входом підсилювача, зібраного на транзисторі Т3. З цією метою в схему стабілізатора включають конденсатор С2. Величина ємності цього конденсатора вибирається порядку одиниць - десятків микрофарад. Наприклад, для розраховується схеми можна використовувати електролітичний конденсатор типу ЕМ ємністю 3 мкФ з робочою напругою 20 В.

Конденсатор С3 служить для підвищення стійкості стабілізатора і одночасно дозволяє зменшити вихідний опір схеми. Ємність конденсатора С3 вибирається порядку 1000-2000 мкФ. Для нашої схеми можна, використовувати електролітичний конденсатор типу ЦЕ-2 ємністю 1000 мкФ з робочою напругою 35 В.

11. Знаходимо коефіцієнт стабілізації розрахованого стабілізатора по формулі

 (3.27)

Таким чином, коефіцієнт стабілізації розрахованого стабілізатора виявився більше необхідного, так як

12. К. п. Д. Стабілізатора в номінальному режимі знаходимо, по формулі

 (3.28)

де Iвх = Iвих +Iст +Iд = 100 + 5 + 5 = 110 мА. отже

13. Розрахунок схеми захисту від короткого замикання. Ланцюг складається з транзистора МП41; подільника напруги, зібраного на резисторах R2 і R3; й балансового опору R4. Розрахунок доповнений моделюванням в програмі Matlab для підбору найбільш оптимальних параметрів ланцюга. виберемо резистор R4 = 3 Ом; Розрахувати падіння напруги на ньому

UR4 = I - R = 0,1 - 3 = 0,3 В.

Розрахувати дільник, таким чином, щоб у верхньому плечі дільника, забезпечувалося падіння напруги рівне UR4.

R2 = 0,3 / 0,005 = 60 Ом,

R3 = 12 / 0,005 = 2,4 кОм.

Аналіз всієї схеми в програмі Matlab показав, підключення системи захисту, знижує к. П. Д. стабілізатора і призводить до зниження вихідної напруги. Підйом вхідної напруги стабілізатора до рівня 30 В а також зміна R2 з 60 на 3 Ома, з одного боку дозволяють зберегти вихідні параметри і показники якості на незмінному рівні, а з іншого боку споживана схемою потужність зросте незначно. В результаті вибираємо R2 = 3 Ом і R3 = 2,4 кОм.

14. Розрахуємо необхідну схему випрямлення в складі: трансформатор харчування; діодний міст; згладжує конденсатор. Визначаємо ємність конденсатора на вході стабілізатора, що забезпечує пульсацію випрямленої струму не більше 10%. Для мостової схеми

, (3.29)

За каталогом вибираємо стандартний електролітичний конденсатор типу ЦЕ-2 ємністю 300 мкф на 25 В.

Вибір трансформатора здійснюється за довідником (хоча можна здійснити розрахунок і самостійно) виходячи з певних нами вхідних параметрів стабілізатора, виберемо трансформатор типу ТПП 237-127 / 220-50, з наступними параметрами: номінальний струм вторинної обмотки I2Н = 0,1 A; напруга на вторинній обмотці U2Н = 20 B (варто відзначити, що дане напруга заздалегідь враховує всі втрати знайдені в процесі моделювання: втрати на вентилях і в ланцюзі захисту від короткого замикання; Решта втрати були враховані в процесі розрахунку схеми стабілізатора.).

Вибір типу вентилів. Зворотна напруга на вентиль для однофазної мостової схеми складає

Uобр = 1,5 - U0, (3.30)

Uобр = 1,5 - 20 = 30 В.

Середнє значення струму вентиля для даної схеми складе

Iср = 0,5 - I0, (3.31)

Iср = 0,5 - 0,1 = 0,05 А = 50 мА.

Для даного випадку добре підходить діод Д 206, з наступними параметрами

Uобр. Доп = 100 В,

Iпор. Доп. = 100 мА.

Стабілізатори напруги мають такі основні параметри. | Аналіз спроектованого пристрою на ЕОМ

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати