Микросхеме
В последние годы широкое распространение получили микросхемы – интегральные стабилизаторы напряжения. Источники питания на их основе отличаются малым числом дополнительных деталей, невысокой стоимостью и хорошими техническими характеристиками. В отечественной номенклатуре элементов это, например, микросхемы серий 142, К142 и КР142. В состав этих серий входят стабилизаторы с регулирующим элементом, включенным в плюсовой провод и с фиксированным выходным напряжением. Параметры некоторых из них приведены в табл. 1.2, более подробные сведения можно найти в [9, 10]. Расчетная схема стабилизатора на микросхеме, который рекомендуется применить для проектируемого источника питания, представлена на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Расчетная схема стабилизатора на микросхеме серии КР142
Исходными данными для расчета являются: напряжение на выходе стабилизатора Ud, ток нагрузки Id, коэффициент пульсаций напряжения Кп. Порядок расчета стабилизатора следующий:
– по заданному напряжению Ud выбирается ряд микросхем с соответствующим выходным напряжением;
– по заданному току Id проверяется, какая из ряда выбранных микросхем более предпочтительна (Iвых> Id). Допустимо выбирать микросхему с наибольшим выходным током;
– для выбранной микросхемы из допустимых пределов входного напряжения выбирается входное напряжение стабилизатора Uвх;
– выбирается значение входного тока стабилизатора Iвх≥ Id. При Iвх=Id стабилизатор будет рассчитан без запаса на перегрузку. Допускается выбрать любое из этих двух значений на усмотрение студента. Собственный входной ток микросхемы можно не учитывать, так как он весьма мал (около 1 мА);
– рассчитывается коэффициент пульсаций на входе стабилизатора с учетом коэффициента сглаживания микросхемы:
К’п=Кп Ксгл. (1)
Полученные значения Uвх=U0, Iвх=I0 и К’п используются далее для расчета выпрямителя (см. п.2.5). При этом параметры U0 и I0 являются выходными параметрами выпрямителя.
Параметры микросхем серии КР 142
| Микросхема | U вх, В (min...max) | Uвых, В | Iвых мах, А | Ксгл |
| КР142ЕН5А | 7,5...15 | |||
| КР142ЕН5Б | 8,5...15 | |||
| КР142ЕН5В | 7,5...15 | |||
| КР142ЕН5Г | 8,5...15 | |||
| КР142ЕН8А | 11,5...35 | 1,5 | ||
| КР142ЕН8Б | 14,5..35 | 1,5 | ||
| КР142ЕН8В | 17,5...35 | 1,5 | ||
| КР142ЕН8Г | 11,5...35 | |||
| КР142ЕН8Д | 14,5...35 | |||
| КР142ЕН8Е | 17,5...35 | |||
| К142ЕН9А | 23...45 | |||
| К142ЕН9Б | 27...45 | |||
| К142ЕН9В | 30...45 |
Расчет стабилизатора с усилителем тока
На транзисторе
Расчетная схема стабилизатора с усилителем тока на транзисторе представлена на рис. 1.3.
а б
Рис. 1.3. Расчетная схема стабилизатора с усилителем тока на транзисторе:
а – для положительной полярности Ud; б – для отрицательной полярности Ud
Исходными данными для расчета являются: напряжение на выходе стабилизатора Ud, ток нагрузки Id, коэффициент пульсаций напряжения Кп. Для расчета такого стабилизатора сначала по справочнику [5, 6] или из приложения 1 выбирается тип стабилитрона с напряжением стабилизации, равным напряжению в нагрузке U ст .. = Ud. Для стабилитрона из справочника нужно выписать значения минимального и максимального токов стабилизации Iст .min и Iст. max и величину дифференциального сопротивления Rст ..
Тип транзистора выбирается по справочнику [7, 8] или из приложения 1, исходя из условий: Iк. max = (1,5...3) Id и U к.э.mах. = (1, 2...2) Ud. Для выбранного транзистора нужно выписать значения напряжения между коллектором и эмиттером в режиме насыщения Uк.э.нас. и коэффициент передачи тока базы β(h 2.1.э). Затем определяют входное напряжение стабилизатора
Uвх = Ud + (5…10) U кэ нас.(2)
Определяют сопротивление в цепи базы транзистора
. (3)
Полученное значение R Б округляют до ближайшего стандартного значения (приложение 1 табл.1.3).
Определяют входной ток стабилизатора
. (4)
Стабилизатор с включением нагрузки в цепь эмиттера транзистора обладает свойством сглаживать пульсации напряжения в нагрузке. Коэффициент сглаживания Ксгл. зависит от величины сопротивления в цепи базы транзистора R Б и дифференциального сопротивления стабилитрона Rст. и определяется по формуле:
.. (5)
Так же, как и в предыдущем примере, используем формулу (1), т.е. К’п=Кп Ксгл.
Полученные значения Uвх=U 0, Iвх=I 0и К’п используются далее для расчета выпрямителя (см. п.2.5). При этом параметры U 0 и I 0являются выходными параметрами выпрямителя.
Расчет емкостного фильтра
Простейший емкостной фильтр представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке (рис.1.4). Если заданная величина коэффициента пульсаций Kп на нагрузке не превышает 2-3%, то величину емкости С конденсатора в микрофарадах приближенно можно посчитать, если известно сопротивление нагрузки Rн оmax, частота f в герцах и коэффициент пульсаций Kп на нагрузке в процентах.
, (6)
где коэффициент m =1 – для однополупериодной; m = 2 – для двухполупериодной схем выпрямления.
Рис. 1.4: а – схема электрическая принципиальная; б – схема эквивалентная; в – временная диаграмма работы емкостного фильтра
Конденсаторы сглаживающих фильтров должны иметь емкость не менее получившейся по результатам расчета. Рабочее напряжение конденсаторов выбирается в 1,5…2 раза больше напряжения холостого хода выпрямителей, которое определяется из расчетов нагрузочной характеристики при токе нагрузки, равном нулю. Параметры некоторых электролитических конденсаторов, применяемых в сглаживающих фильтрах, приведены в приложении 1.
Примечание. Для упрощения расчетов допустимо полагать, что ток заряда конденсатора не оказывает влияния на амплитуду тока через вентили и что стабилизатор не оказывает существенного влияния на сопротивление нагрузки, приведенной к выходу выпрямителя.
Расчет выпрямителя
В соответствии с блок-схемой любого источника питания (рис. 1.1) выпрямитель должен обеспечивать основные режимы нагрузки, которыми являются: среднее значение выпрямленного напряжения U0 и тока I0, а также допустимый коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения Кп.. При выборе и расчете вентилей выпрямителя основными параметрами будут: среднее I0 и амплитудное I2m значения тока, а также обратное напряжение на вентиль Uобр . Далее рассмотрены методики расчета и особенности некоторых наиболее распространенных типов выпрямителей. Следует иметь в виду, что требуемые режимы нагрузки могут быть обеспечены только в том случае, если соответствующие параметры обеспечивает питающий трансформатор. Для расчетов трансформатора расчетными параметрами являются: действующие значения напряжений U1 , U2 и токов I1, I2, мощность трансформатора Ртип. Указанные параметры определяются по результатам расчета выпрямителя.
