Контрольная работа №1
Расчёт блока питания
Целью контрольной работы является закрепление знаний по разделу «Источники питания», привитие навыков в расчёте и выборе элементов источников питания, научиться пользоваться справочниками и оформлять принципиальные электрические схемы по ГОСТу, применять методы программированного расчёта.
В соответствии с заданием согласно варианту (приложение А) составить принципиальную схему блока питания, состоящую из трёх источников питания ИП1, ИП2, ИП3 (рис.1, а, б, в). Каждый источник питания построен по традиционной схеме и содержит понижающий трансформатор Т, выпрямитель В, сглаживающий фильтр СФ и стабилизатор напряжения СН. Схемы выпрямителей приведены на рис.2, сглаживающих фильтров – на рис.3, стабилизаторов напряжения – на рис.4. На рис.5 приведены схемы стабилизаторов напряжения с регулируемым выходным напряжением на основе потенциометров, подключаемых параллельно стабилитрону (стабилитронам).
Произвести электрический расчёт схем трёх источников питания. Расчёт всех электрических схем обычно начинается с конца: сначала рассчитывается стабилизатор напряжения, затем сглаживающий фильтр, выпрямитель и заканчивается расчётом силового трансформатора.
Расчет и выбор элементов стабилизатора напряжения.
Расчёт стабилизаторов напряжения по схемам рис.4, а, б проводится по методике приложения Б. При расчёте схемы стабилизатора по рис.4,б исходить из условия:
Iб VT1 = Iк VT2,
т.е. ток базы Iб VT1 регулирующего транзистора VT1 должен быть равен току коллектора Iк VT2 транзистора VT2 – усилителя постоянного тока, играющего роль схемы сравнения выходного напряжения Uн и опорного напряжения Uст. Сигнал рассогласования на выходе схемы сравнения на VT2 управляет величиной сопротивления регулирующего транзистора VT1 таким образом, что изменения напряжения Uв на входе стабилизатора будут скомпенсированы и напряжение Uн на выходе стабилизатора будет постоянным.
Стабилизаторы напряжения по рис.4, а, б по своей схеме являются эмиттерными повторителями, т.е. напряжение Uн на выходе стабилизатора примерно равно напряжению Uст на выходе параметрического стабилизатора, состоящего из резистора R и стабилитрона VD (рис 4, а, б) (прил. Г и Д).
Условие Uн = Uст может быть выполнено двумя путями: либо подбором соединённых последовательно нескольких стабилитронов с разными Uст (по справочнику) (рис.5, а), либо применением схем стабилизаторов напряжения с регулируемым выходным напряжением (рис.5, б, в, г, д).
Первый путь (рис5, а) в схемном отношении является простым, однако из-за значительного разброса величин Uст даже для одной партии стабилитронов точно подобрать нужное значение Uст трудно, т.к. требуется определить экспериментально значения Uст большого количества стабилитронов. Второй путь более предпочтителен. Он заключается в параллельном подсоединении стабилитрону (стабилитронам) (рис.5, б, в, г, д) потенциометра R2, с движка которого снимается нужное значение Uст. Схема рис.5, в содержит два потенциометра R2 и R3, отличающиеся по величине сопротивления примерно на порядок (R2 = 2-4 кОм, R3 = 300-600 Ом). Это позволяет осуществить грубую (Г) настройку Uст потенциометром R2, а потенциометром R3 – точную (Т). Следует учитывать, что начиная с токов нагрузки Iн = 0,2-0,3 А, регулирующий транзистор в схемах рис4, а, б, в, надо устанавливать на алюминиевый радиатор для отвода тепла.
Диоды VD2, VD3, VD4 в схеме рис.4, б выполняют защиту стабилизатора от коротких замыканий и при превышении напряжения Uн выше допустимого.
Величина сопротивления резистора защиты R2 в схеме рис. 4, б рассчитывается по методике [2].
Стабилизатор напряжения в интегральном исполнении (рис.4, в) не рассчитывается, а выбирается микросхема DA1 по справочнику в соответствии с заданными Uн и Iн (приложение Е).
Выбор и расчёт элементов сглаживающих фильтров.
В схемах фильтров рис.3 элементы рассчитываются:
,
где f = 50 Гц – частота питающего напряжения U1 = 220 В;
q = 0,05-0,5 – коэффициент пульсаций сглаживающего фильтра;
- сопротивление нагрузки.
В качестве конденсаторов фильтра Cф выбираются электролитические полярные конденсаторы, например, К50-6…К50-35 и др.
Индуктивность фильтра Lф рассчитывается по формуле:
.
По результатам расчёта Lф по справочнику [5] подбирается подходящий дроссель.
Расчёт резисторов R1 и R2 в схемах выпрямителей с умножением напряжения по рис.2, д и 2,е. Напряжение на каждом из данных резисторов при условии равенства их сопротивлений (R1 = R2) равно половине напряжения Uн на нагрузке. Приняв токи через резисторы R1 и R2 в 10 раз меньше тока нагрузки Iн, определяем величины R1 и R2
.
Допустимая мощность рассеяния на R1 и R2
.
В схемах RC-фильтров (рис.3, в, г) величина Rф. должна отвечать условию: потери напряжения на Rф от протекания по нему тока нагрузки Iн не должны превышать 20-30% от напряжения нагрузки Uн.
