Расчет стабилизированного источника вторичного электропитания

 

Пояснительная записка

к расчетно- графической работе по ЭП РЭТ

 

 

Исполнитель: курсант Прохоренко А.С.,

 

Руководитель: преподаватель кафедры

 

 

Минск

1. ЗАДАНИЕ НА РАСЧЕТНО- ГРАФИЧЕСКИУЮ РАБОТУ

 

Для заданной структуры (рис.1) источника вторичного электро­питания (ИВЭП) по исходным данным произвести расчет электрических и конструктивных параметров компонентов ИВЭП.

Порядок расчета выбран исходя из последовательности изучения компонентов ИВЭП в дисциплине ЭП РЭТ и содержит следующие этапы:

1. По своему номеру в групповом журнале с учетом номера группы из таблицы 1 выбрать индивидуальные исходные данные.

2. Рассчитать электрические к конструктивные параметры сете­вого трансформатора.

3. Рассчитать параметры выпрямителя и сглаживающего фильтра.

4. Произвести расчет электрических параметров заданной схемы
компенсационного стабилизатора непрерывного действия.

5. Изобразить принципиальную схему KB3D с указанием параметров всех компонентов согласно проведенного расчета.

6. Изобразить временные диаграммы работы ИВЭП при подключе­нии к сети (напряжения и токи в обмотках трансформатора; напряжения на выходе выпрямителя, фильтра и стабилизатора).

7. Сведать выводы по результатам проведенных расчетов.

 

 

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

 

1. Структурная схема ИВЭП имеет следующий вид:

 

 

Рис.1. Структурная схема ИВЭП

 

Трансформатор может иметь вывод средней точки вторичной об­мотки.

2. Действующее значение напряжения однофазной питающей сети
и пределы его изменения: Uc = 220 В ± 20 %.

3. Частота питающей сети: f = 50 Гц.

4. Коэффициент сглаживания фильтра: Ксгл = 30.

5. Требуемый коэффициент стабилизации: Кст.треб.= 40

 

Таблица 1

Исходные данные для расчета

 

N п/п	Uвых ном, В	Iн, А	Тип выпрямителя	Тип сглаживающего фильтра
	10+ n	0,3	со средн точк	С-фильтр
	10+ n	0,5	мостовая	С-фильтр
	10+ n	0,6	со средн точк	LC-фильтр
	10+ n	0,75	мостовая	LC-фильтр
	10+ n	0,2	со средн точк	С-фильтр
	10+ n	0,4	мостовая	С-фильтр
	10+ n	0,7	со средн точк	LC-фильтр
	10+ n	0,8	мостовая	LC-фильтр
	20+ n	0,3	со средн точк	С-фильтр
	20+ n	0,5	мостовая	С-фильтр
	20+ n	0,6	со средн точк	LC-фильтр
	20+ n	0,75	мостовая	LC-фильтр
	20+ n	0,2	со средн точк	С-фильтр
	20+ n	0,4	мостовая	С-фильтр
	20+ n	0,7	со средн точк	LC-фильтр
	20+ n	0,8	мостовая	LC-фильтр
	10+ n	0,5	со средн точк	С-фильтр
	10+ n	0,3	мостовая	С-фильтр
	10+ n	0,75	со средн точк	LC-фильтр
	10+ n	0,6	мостовая	LC-фильтр
	10+ n	0,4	со средн точк	С-фильтр
	10+ n	0,2	мостовая	С-фильтр
	10+ n	0,8	со средн точк	LC-фильтр
	10+ n	0,7	мостовая	LC-фильтр
	20+ n	0,5	со средн точк	С-фильтр
	20+ n	0,3	мостовая	С-фильтр
	20+ n	0,75	со средн точк	LC-фильтр
	20+ n	0,6	мостовая	LC-фильтр
	20+ n	0,4	со средн точк	С-фильтр
	20+ n	0,2	мостовая	С-фильтр
	20+ n	0,8	со средн точк	LC-фильтр
	20+ n	0,7	мостовая	LC-фильтр

 

n- последняя цифра в номере учебной группы.

 

I. РАСЧЕТ СЕТЕВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

 

1. Определение габаритной мощности трансформатора

Активная выходная мощность трансформатора

 

- мощность нагрузки стабилизатора;

- КПД стабилизатора;

- КПД выпрямителя и сглаживающего фильтра.

На данном этапе расчета можно выбрать типовые значения.

= 0,6

= 0,95.

1.1. Действующие значения токов вторичных обмоток трансформато­ров при работе на выпрямитель, нагруженный на С-фильтр для мостового выпрямителя

I₂ = 1,7 ×

I₂ = 1,7 × 0,4 = 0,68 (А)

 

1.2. Действующие значения ЭДС вторичных обмоток трансформаторов при работе на выпрямитель, нагруженный на С-фильтр:

для мостового выпрямителя Е₂=0,85×U₀,

Е₂=0,85× 41,7=35,4 (В)

где Uo -среднее значение выходного напряжения сглаживающего фильтра (без учета потерь в трансформаторе, выпрямителе и фильтре)

Для предварительного расчета можно принять:

,

Полная мощность вторичных обмоток трансформатора:

для двухобмоточного трансформатора:

1.3. На данном этапе расчета можно узнать КПД трансформатора из таблицы 2 по рассчитанному значению мощности S₂. Тогда полная мощность, потребляемая трансформатором из сети, определяется по формуле

(В×А),

=0,75 (из табл 2)

Таблица 2

Мощность трансформатора, В×А	КПД	Плотность тока, А/мм2	Индукция, Тл
до 10	0,60-0,70	3,5-4,0	0,6-0,7
от 10 до 30	0,70-0,80	3,5-4,0	0,7-0,8
от30 до 50	0,80-0,85	3,0-3,5	0,8-0,9
от 50 до 100	0,85-0,95	2,5- 3,0	0,9-1,0
Свыше 100	0,96	2,5- 3,0	1,0-1.2

 

1.4. Габаритная мощность трансформатора

 

(В×А)

2. Расчет конструктивных параметров трансформатора

2.1. Номинальный действующий ток в первичной обмотке трансформатора определяется по формуле

По значению габаритной мощности трансформатора из таблицы 2 определяем требуемую плотность тока J (А/мм²) в обмотках для обеспечения нормального температурного peжимa. J = 3,8 (А/мм²)

Рассчитываемый трансформатор является маломощным, для кото­рого предпочтение отдаст броневым магнитопроводам из пластин (рис. 2)

 

 

Рис 2. Эскиз магнитной системы трансформатора

 

 

Выбор типоразмера магнитопровода производится по значению

Произведения S_стSо

(см⁴)

Кз- коэффициент заполнения медью "окна" магнитопровода;

Sм – суммарная площадь сечения меди обмоток, (см²)

So- площадь "окна" сердечника трансформатора, (см²)

Scт- площадь сечения магнитопровода, (см²)

К_ст = S_a/S_cT - коэффициент заполнения сталью сердечника;

Sa - площадь сечения стали магнитопровода, (см²).

На данном этапе расчета можно принять Кз = 0,25 для заданных мощностей трансформаторов и напряжения сети.

Значение амплитуды индукции Вm выбираем из таблицы 2.(Вm=0,75Тл)

Для трансформаторов, работавших на частоте f = 50 Гц, приме­няются электротехнические стали толщиной 0,35 + 0,5 мм. Выбираем коэффициент заполнения сталью магнитопровода К_сТ = 0,93 для толщины ленты 0,35 мм.

Выбираем из таблицы 3 типоразмер магнитопровода с ближайшим большим к рассчитанному значению S_CТSo.

ШЛ 20 Х 20

3. Расчет обмоток трансформатора

3.1. Определяем диаметр провода первичной обмотки трансформатора по формуле

 

где Sм.np.- площадь сечения провода по меди.

(мм)

 

 

диаметр провода вторичной обмотки

, (мм);

 

Выбираем марку провода (табл.4) и по диаметру проводов опре­деляем диаметр провода с изоляцией:

d_1из=0,23(мм)

d_2из=0,47(мм₎

Таблица 3

Типовые броневые пластинчатые магнитопроводы

(f = 50 Гц)

Типоразмер магнитопровода ШЛ а х в	Размеры, мм	S0 см2	, см4	Масса, г
с	h
ШЛ 6 х 6 5			0,9	0,35
	0,43
	0,54
12,5	0,675
ШЛ 8 х 8			1,6	1,02
	1,28
12,5	1,6
	2,05
ШЛ 10х10			2,5	2,5
12,5	3,12
	4,0
	5,0
ШЛ 12х 12,5			3,6	5,4
	6,9
	8,65
	10,8
ШЛ 16 х 16			6,4	16,6
	20,5
	25,6
	32,6
ШЛ 20 х 20				40,0
	50,0
	64,0
	80,0
ШЛ 25 х 25		62,5		98,0
	125,0
	156,0
	195,0
ШЛ 32 х 32				261,0
	328,0
	410,0
	523,0
ШЛ 40 х 40				640,0
	800,0

Таблица 4

Номинальные данные обмоточных проводов
		круглого сечения
	Ном.диам	Расчетное	Макс. наружный		Ном. диам	Расчетное	Макс.наружный
	пров. по	сечение	диаметр, мм		пров. по	сечение	диаметр	, мм
	меди, мм	мм	ПЭЛ	ПЭВ-1		меди, мм	мм	ПЭЛ	ПЭВ-1
	0,15	0,01767	0,17	0,18		0,77	0,5027	0,83	0,83
	0,16	0,02011	0,18	0,19		0,80	0,5411	0,86	0,86
	0,17	0,02270	0,19	0,20		0,83	0,5657	0,89	0,89
	0,18	0,02545	0,20	0,21		0,86	0,5809	0,92	0,92
	0 19	0, 02835	0, 21	0, 22		0,90	0,6362	0,96	0,96
	0, 20	0,03142	0,225	0,23		0,93	0,6793	0,99	0,99
	0,21	0,03464	0,235	0,24		0,96	0,7238	1,02	1,02
	0,23	0,04155	0,255	0,27		1,00	0,7854	1,08	1,08
	0,25	0,04909	0,275	0,29		1,04	0,8495	1,12	1,12
	0,27	0,05726	0, 31	0, 31		1,08	0,9161	1,16	1,16
	0,29	0,06050	0,33	0,33		1,12	0,9852	1,20	1,2
	0,31	0,07548	0,35	0,35		1,16	1,0568	1, 24	1,24
	0,33	0,08553	0,37	0,37		1,20	1,1310	1,28	1,28
	0,35	0,09621	0,39	0,39		1,25	1,2272	1,33	1,33
	0,38	0,1134	0,42	0,42		1,30	1,3270	1,38	1,38
	0,41	0,1320	0,45	0,45		1,35	1,4314	1,43	1,43
	0,44	0,1521	0,49	0,48		1,40	1,5394	1,48	1,48
	0,47	0,1735	0,52	0,51		1,45	1,6513	1,53	1,53
	0,49	0,1886	0,54	0,53		1,50	1,7672	1,58	1,58
	0,51	0, 2043	0,56	0,56		1,56	1,9113	1,64	1,64
	0,53	0,2206	0, 58	0,58		1,62	2,0612	1,71	1,70
	0,55	0,2376	0,60	0,60		1,68	2,217	1,77	1,76
	0,57	0,2552	0,.62	0,62		1,81	2,573	1,90	1,90
	0,59	0,.2734	0,64	0,64		1,88	2,776	1,97	1,97
	0,62	0,3019	0,67	0,67		1,95	2,987	2,04	2,04
	0,64	0,3217	0,69	0,69		2,02	3,205	2,12	2,11
	0,67	0,3526	0,72	0,72		2,10	3,460	2,20	2,20
	0,69	0,3739	0,74	0,74		2,26	4,012	2,36	2,36
	0,72	0,4072	0,78	0,77		2,44	4,676	2,54	2,54
	0,74	0,4301	0,8	0,8

 

 

3.2. Определяем число витков обмоток трансформатора

 

, где Е₁=U_c + 0,2×U_c,

Е₁=220 + 0,2×220=220+44=264(В)

т.к. предел изменения U_c в большую сторону составляет 20 %.

 

- из табл.2;

10 ⁴- учитывает перевод см² в м²;

S_а = К_ст×S_ст (cм²), где S_ст =(S₀×S_ст)/S₀ (из табл.3)

S_а = 0,93×4=3,72 (cм²

3.3. Определяем коэффициент трансформации трансформатора

к» Е2/U_С

 

к» 35,4/220=0,16

 

3.4. Находим W₂= k×W₁.

W₂= 0,16×4262,3=681,96.

 

4. Проверочный расчет

Проводим проверку возможности размещения обмоток трансформа­тора в окне сердечника.

4.1. Определяем число витков в слое обмотки

, где

 

h - высота окна, мм;

- толщина материала каркаса, мм (обычно = 1÷2 мм);

d _{i из} –диаметр провода i- ой обмотки с изоляцией, мм;

α - коэффициент неплотности, зависящий от диаметра про­вода обмотки и определяемый по справочнику (табл.5);

W_lcл- число витков в слое обмотки (для броневых сердеч­ников).

Принимаем δк = 1мм.

 

4.2. Число слоев обмоток трансформатора определяется следующими

формулами ; .

 

 

Округляем n₁ и n₂ до целых значений в большую сторону.

4.3. Определяем толщину каждой обмотки по формуле

где из - толщина изоляции между слоями

(обычно _из = 0,03÷0,05 мм);

_пр - толщина прокладки между обмотками

( _пр = 0,2÷ 0,3 мм).

Общая толщина всех обмоток составляет величину

_общ = _к +

_общ = 1 +7,32+4,38=12,7

 

Проверяем выполнение условия с > _общ. т.е. чтобы общая

толщина всех обмоток не превышала ширины окна в сердечнике.

Если данное условие не выполняется, то следует взять больший размер стандартных пластин, из которых набирается сердечник, и снова произвести расчет параметров трансформатора.

Производим проверку теплового режима трансформатора. Перегрев магнитопровода

(°С),

где (см²) - площадь открытой поверхности магнитопровода (рис.2);

Р_ст = Р _уд ×m - активная мощность потерь в стали;

m,г - масса магнитопровода (табл.3);

Р_уд- удельная мощность потерь (для расчета Р_уд= 7×10^-4 Вт/г).

Р_ст = 7×10^-4 ×501=3507×10^-4 (Вт/г)

ΔТ не должно превышать 80°С. В противном случае необходимо выбрать больший типоразмер магнитопровода и повторить расчет.

Поскольку плотность тока в проводах обмоток выбрана в соот­ветствии с рекомендациями по проектированию трансформатора (табл.2), то проверку на перегрев обмоток можно не производить.

 

5. Методика расчета выпрямителя и сглаживающего фильтра

 

5.1. Расчет выпрямителя на нагрузку емкостного характера Выпрямители с емкостной реакцией нагрузки (сглаживающий фильтр в этих выпрямителях начинается с емкости) применяются в качестве компонентов ИВЭП небольшой мощности с токами нагрузки, не превышающими 1,0 А (при расчетах следует брать: I₀ = I_Н).

Определение основных параметров и выбор диодов производится в следующей последовательности.

5.1.1. По расчетным формулам таблицы 6 в соответствии с выбранной схемой выпрямления определяются основные параметры:

I_np.cp. - среднее значение прямого тока диода схемы, А;

U_oбp.и.n. - повторяющееся импульсное обратное напряжение, при­лагаемое к диоду схемы, В;

I _пр.и.п. - повторяющийся импульсный прямой ток диода, А.

I_np.cp.= Iо/2=0,4/2=0,2(А)

U_oбp.и.n=1,5∙U₀=1,5×41,7= 62,55(В)

I _пр.и.п =3,5∙ Io=3,5×0,4=1,4(А)

 

5.1.2. По справочным данным таблицы 12 выбирается тип диода, па­раметры которого I _np.cp.max, U_{обр.и.mах} и I _{пр.и.mах} превышают
рассчитанные соответствующие параметры схемы. При отсутствии та­ких диодов можно использовать имеющиеся, соединив их последова­тельно или параллельно.

I _np.cp.max=0,4(А)

U_{обр.и.mах}=100(В)

I _{пр.и.mах}=1,6 (А)

Обозначения Д202 германиевый

Число соединяемых параллельно диодов определяется из соотношения N_nap = I_пр.ср / I_np.cp.nax

N_nap = 0,2 / 0,4=0,5

Число последовательно соединенных диодов

N _поcл = U_oбp.u / U _{обр.и.maх}

N _поcл = 62,55 / 100=0,6255

Общее число вентилей, используемых в выпрямителе, определя­ется соотношением

N _общ = k_В∙ N_пар∙N_посл

где к_В - число вентилей, используемых в типовой схеме выпрямителя

 

При последовательном соединении вентилей для устранения разброса по обратным напряжениям диоды шунтируются резисторами Rш, значение которых определяется мощностью шунтируемых диодов. В случае маломощных диодов (I_{пр.ср.max} < 0,3 А) R ш надо выбирать из расчета 80 - 100 кОм на каждые 100 В обратного напряжения, а для мощных диодов (I_np.cp.max > 5А) - из расчета 10 - 15 кОм на каждые 100 В обратного напряжения; для диодов средней мощности Rш-15 -100 кОм.

Таблица 6

Формулы расчета выпрямителя с емкостной нагрузкой

 

Схема выпрямителя	m	Inp. ср.	U обр и.п.	I пр.и п.	kг	г	kL
				приб	уточ
1-фазн со средн. точкой		Iо/2	3∙Uo	3,5 ∙ Io	IoF/2	4,7	Rдиф +R тр	4,3∙10 -3
1-фазн мосто­вая		Iо/2	1,5∙U0	3,5∙ Io	IoF/2	3,5	2 ∙Rдиф + Rтp	5,0∙10 -3

 

5.2. Расчет электрических параметров выпрямителя

Определение активного сопротивления обмоток трансформатора, приведенного ко вторичной обмотке

5.2.1. R_тр ≈ , (Ом)

где kг - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, определяет­ся из таблицы 6;

В m -магнитная индукция в магнитопроводе трансформатора, Тл.

s - число стержней магнитопровода (для броневого магнитопровода

s =1);

fc - частота сети, Гц.

R_тр ≈

5.2.2. Расчет дифференциального (внутреннего) сопротивления венти­лей (для одного плеча схемы)

(Ом).

где U _np, I _np.cp- прямое падение напряжения и средний прямой ток диода соответственно (табл 12).

Расчет активного сопротивления фазы выпрямителя r произво­дится по таблице 6 в соответствии с выбранной схемой выпрямления и известными значениями R_TP и R _диф.

R=2× R _диф+ R_TP=2×0,52125+11,9=12,9425(Ом)

Индуктивность рассеяния обмоток трансформатора, приведенная к фазе вторичной обмотки в Гн:

(Ом),

где к_L - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, определя­ется из табл.6. (к_L=5×10^-3)

Рассчитываем угол φ, характеризующий соотношение между ин­дуктивным и активным сопротивлениями фазы выпрямителя

5.2.3. Определение вспомогательного коэффициента А производится по формуле

,

где р – число пульсаций выпрямленного напряжения (р=2).

Определение расчетного коэффициента F производится по графи­ку (рис.З).

 

Рис 3. Зависимости F = f (F)

 

Уточнение значения I _пр.и производится по таблице 6 и в соответствии с этим подбирается тип диода.

 

5.2.4. Расчет коэффициента пульсации К'n на выходе выпрямителя:

К' n = К_n / К_сгл,

где К_сгл - заданный по исходным данным коэффициент сглаживания;

Кn - коэффициент пульсаций выходного напряжения выпрямителя

(для заданных схем выпрямления Кn = 0,667).

К' n = 0,667 / 30=0,0022

 

5.2.5. Находим величину емкости С_ф по формуле

где

Выбираем из справочной таблицы 11 ближайшее большее стан­дартное значение С_ф с учетом табличного рабочего напряжения U_paб, конденсатора. Значение U_paб.определяется неравенством U_paб.> Uo.

U_paб=41,7

С_ф=100 мк Ф

Так как заданный коэффициент сглаживания достаточно высок, проверку на перегрев конденсаторов фильтра по амплитуде пульсаций не производим.

 

6. Расчет полупроводникового стабилизатора постоянного напряжения компенсационного типа.

 

1. Номинальное значение входное напряжения U _{вх ном}

2. Нестабильность входного напряжения ± ΔU_вх= ± 0,2×U_{вх ном}

3. Номинальное выходное напряжение U_{вых ном}

4. Номинальный ток нагрузки I _{н ном}

5. Требуемый коэффициент стабилизации вых. напряжения Кcт треб.

 

Принципиальная схема стабилизатора приведена на рисунке 6.

 

 

Рис.6. Принципиальная схема стабилизатора

 

 

ПОРЯДОК РАСЧЕТА

6.1. Определение параметров регулирующего транзистора VT1 и выбор типа транзистора.

6. 1.1. Максимальное напряжение коллектор - эмиттер

U_{кэ1 max} = U_{вх max} - U_вых, где U_{вx max} = U_{вx ном} + ΔU _{вх ном}

С учетом потерь U _{вх ном} = Uо -ΔU_L- ΔU_тр- -ΔU_д

где ΔU_тр=0,05∙U₀ (потери в обмотках трансформатора);

ΔU_д= n∙U_пр/2 (потери на диодах выпрямителя (n- количество диодов в схеме выпрямления) n=4)

ΔU_д= 4∙1/2=2 (B)

ΔU_тр = 0,05∙41,7 =2,085 (B)

U _{вх ном} = Uо - ΔU_тр- -ΔU_д = 41,7-2,085-2=37,615 (B)

± ΔU_вх= ± 0,2×U_{вх ном} = 0,2∙ 37,615 = 7,5 (B)

U_{вx max} = U_{вx ном} + ΔU _{вх ном} = 37,615 + 7,5 = 45, 115 (B)

 

6.1.2. Максимальный ток коллектора I_{k1 max}≈ I_{н max}.

Так как по исходным данным задан только номинальный ток нагрузки, принимаем I _{н max} =I _{н ном}.

 

6.1.3. Мощность, рассеиваемая на коллекторе VT.1

Р _{к1 max} = U_{kэ1 mах} ∙ I_к1max

Р _{к1 max} = 20,115 ∙ 0,4= 8,046 (Bт)

 

6.1.4. Выбираем тип транзистора (табл. 10), для которого

U_{КЭ1 доп} > Uкэ_{1 max}, I_к1 доп > Iк1 max, Р_{к1 доп} > Рк1 max, где индекс "доп" соответствует максимально допустимым табличным значениям указанных параметров.

Тип транзистора – ГТ404А (n-p-n)

6.1.5. Выписываем из таблицы параметры выбранного транзистора.

Uкэ_{1 max}=25 (B)

I_{k1 max}=0,6 (A)

h₂₁ ≥ 55

 

6.2. Расчет параметрического стабилизатора на стабилитроне VD и балластном резисторе Rб

6.2.1. Определение параметров опорного стабилитрона VD1 и выбор типа стабилитрона.

Параметрический стабилизатор формирует опорное напряжение, которое для данной схемы транзисторного стабилизатора должно удовлетворять условию

U_оп = U_vd1<(Uвых –(2÷3)) В,

где (2÷3) В определяют минимальное суммарное напряжение на пере­ходах база-эмиттер VT1 и коллектор-эмиттер VT2, при которых ста­билизатор еще способен поддерживать режим стабилизации выходного напряжения. Следует обеспечить

Напряжение U_бэ1 не превышает 1В, т.к. VT1 должен работать в активном режиме. Для обеспечения работы выходного транзистора VT2 в активном режиме на линейном участке вольт- амперной характерис­тики выбираем с некоторым запасом U_КЭ2 = 5В. Тогда

U_оп = U_vdl = U _{вых ном} - 5В.

U_оп = U_vdl = 25 – 5=20 (В)

 

По таблице 8 выбираем тип стабилитрона, у которого напряже­ние стабилизации Ucт = Uоп

Выписываем все параметры выбранного стабилитрона.

Тип стабилитрона – Д816Б

Напряжение стабилизации

U_{ст min} = 22,6 B, U_{ст max} = 26,4 B

Ток стабилизации

I_{ст min} = 10 мА, I_{ст max} =190 мА

Динамическое сопротивление R д =8 ОМ

Мощность рассеиваемая прибором Р = 5000Вт

6.2.2.Определение сопротивления балластного резистора Rб.

Нагрузкой усилительного каскада на VT2 является ток базы транзистора VT1. Для снижения влияния нагрузки на режим работы усилителя необходимо выполнить условие I_K2 > 5- I_{б1 max} ,

где I_{б1 max} = I_{э1 max} /h_21э1;

I_{э1 max} = I_{н max}

I_{б1 max} = 0,4 /55=0,0073А

Выбираем I_К2 = 5∙I_{б1 max} =5×0,0073=0,036А

С учетом того, что I_э2 = I_К2 определя­ем сопротивление балластного резистора

R_б =(U_вых - U_{ст ном}) / (I _{ст ном} -I_э2).

где U _вых = U_{вых ном} (далее по тексту под U _вых следует понимать U_{вых ном}):

U_cт и I _{ст ном} - номинальные значения напряжения и тока стабилизации выбранного типа стабилитрона соответственно.

 

I_{cт ном} = (I _{ст min} + I_{cт max})/2;

I_{cт ном} = (10 + 190)/2=100 мА;

 

U_{cт ном} = (U _{ст min} + U_{cт max})/2;

U_{cт ном} = (22,6 + 26,4)/2=24,5 В;

 

R_б =(25 – 24,5) / (100×10^-3 -0,036)=0,5/0,064=7,8125 Ом.

 

Выбираем из таблицы 9 ближайшее к рассчитанному значению Rб из стандартного ряда сопротивлений. Мощность резистора Rб=10 Ом:

P_R6 = (I ст ном – I э2т)²∙Rб т, где индекс "т" табличное значение.

P_R6 = (0,1 – 0,036)²∙10=0,041 Вт

Выбираем из ряда мощностей резисторов (0,125; 0,25; 0,5; 1; 2;5) резистор на требуемую мощность.

P_R6= 0, 125Вт

 

6.3.Определение параметров усилительного транзистора VT2 и выбор

типа транзистора

Напряжение коллектор-эмиттер VT2 было выбрано 5B. Ток коллектора VT2 был выбран I_K2 = 5∙I _{б1 max}=0,036А. Из таблицы 10 выбираем, тип транзистора VT2 исходя из 3-х условий:

1)U_{кэ2 доп} > U_кэ2; 2) I_{кэ2 доп} > I_кэ2 ; 3) P_{кэ2 доп} > I_K2 ∙U_кэ2

 

Выписываем из табл. 10 параметры транзистора.

Тип транзистора - КТ608А

U_{кэ2 доп}=60 В, I_{кэ2 доп}=0,4А, P_{кэ2 доп}=0,50Вт, h_21э=50

6.4. Расчет резистора R_к

С учетом того, что напряжение U_бэ1 много меньше выходного напряжения стабилизатора U_вых , можно записать

R_к =(U_{вх мин} - U_вых)/(I _{б1 max}+ I_K2)

где U_{вх мин}= U_{вх ном} - ∆ U_вх=37,615-7,5=30,115В

R_к =(30,115 - 25)/(0,0073+ 0,036)=291 Ом

Выбираем из таблицы 9 ближайшее значение из ряда сопротивлений для резистора R_к=330 Ом. Мощность резистора

P _RK = I²∙ R_{к т}=(I _{б1 max}+ I_K2)² ∙ R_{к т}=0,0433²×330= 23,76 Вт

6.5.Расчет делителя напряжения R1 и R2

Ток делителя выбирается из условия исключения влияния тока базы VT2 на величину напряжения на резисторе R2. Поэтому выбираем

I _дел = 20×I _б2 , где I_б2 = I_K2/h_21э2=0,036/50=0,00072А

I _дел = 20×0,00072= 0,0144А

Тогда R_экв = R1+R2 = U _вых/ I_дeл=25/0,0144=1736 Ом

Пренебрегая напряжением бaзa - эмиттер VT2, находим

R1= (U _вых - U_{cт ном})/ I _дел

R1= (25 – 24,5)/ 0,0144=34,7 Ом

Тогда R2 = R_экв - Rl = U_{cт ном} / I_дeл.

R2 = 24,5 / 0,0144=1701 Ом

Мощности P_R1= I² _дел∙ R1, P_R2= I² _дел∙ R2

P_R1= 0,0144²∙ 34,7=0,0072 Вт

P_R2= 0,0144² ∙ 1701=0,352 Вт

Резисторы R1 и R2 можно заменить переменным резистором с сопро­тивлением Rэкв= R1+R2. Движком потенциометра добиваемся заданного деления сопротивления Rэкв на R1 и R2, а также регулировки выход­ного

напряжения стабилизатора в небольших пределах.

Мощность, выделяемая на потенциометре P = I² _дел∙ (R1+R2);

P = 0,0144² ∙ (34,7+1701)=0,3599 Вт;

 

 

6.6. Определение коэффициента стабилизации стабилизатора

Расчетный коэффициент стабилизации

 

К_{ст расч} = Кдн ∙ K_yVT2 ∙U_вых/U_{вx ном}.

где Кдн = R2/(R1+R2) - коэффициент деления выходного напряжения делителем;

Кдн = 1701/1736=0,98

KyVT2 = S∙R_K - коэффициент усиления усилителя сигнала ошиб­ки, где S - крутизна характеристики VT2. Для маломощных транзис­торов, используемых в усилителях стабилизаторов, типовые значения крутизны находятся в пределах S = (20÷40) мА/В. Выбираем для рас­чета S = 20 мА/В.

KyVT2 = 66

К_{ст расч} = 0,98 ∙ 66 ∙25/37,615=42,9.

 

Рассчитанный коэффициент стабилизации должен быть не меньше требуемого,т.е. заданного по исходным данным

Кст расч > Кст треб.

43>40

Если расчетный коэффициент стабилизации получился меньше требуемого, необходимо выбрать VT1, VT2 с большими значениями ко­эффициента усиления по току h21э.

Если и в этом случае не удается достигнуть желаемого коэффициента стабилизации следует применить более сложные схемы стабилизации.

 

6.7.Расчет КПД стабилизатора

Номинальное значение КЦД

 

η _ном = U _{вых ном} ∙ I _{н ном} / (U _{вх ном} ∙I_{вх ном}),

где I_{вх ном} - номинальный входной ток, примерно равный I_{н ном}

η _ном = 25 ∙ 0,4 / 37,615 ∙0,4 = 0,66.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Посудевский А.А. Электропитание радиоэлектронной техники. Минск: МВИЗРУ, 1933.

2. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справоч­
ник / Г.С.Найвельт и др. - М.: Радио и связь. 1985.

3. Грумбина А.Б. Электрические машины и источники питания радиоэлектронных устройств: Учебник для техникумов. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

4. Бегмат И.М. Оформление пояснительных записок к курсовым и дипломным проектам. Минск: МВИЗРУ, 1966.