Приложение А(справочное)
Задание к расчёту
В соответствии с вариантом задания (табл.П1.2 [1]) рассчитать БВ: а) работающий на RL-нагрузку; б) работающий на RС-нагрузку. Для каждого БВ выполнить принципиальную электрическую схему и выбрать элементы по справочникам. Исходные данные для расчёта выпрямителя:характер нагрузки(R-, RL- или RC-нагрузка); номинальное выпрямленное напряжение Uо; номинальный (максимальный) и минимальный токи нагрузки I0, Iоmin; номинальная (максимальная, полезная) мощность Ро = IоUо, номинальное напряжение сети U1; относительные отклонения напряжения сети в сторону понижения и повышения amin и amax; частота тока питающей сети fc; коэффициент пульсаций на выходе Кп.вых (для БВ с RC-нагрузкой
В результате должны быть определены следующие параметры: внутреннее сопротивление rо и коэффициент полезного действия БВ η; U2, I2 – действующее значение напряжения и тока вторичной обмотки, Sтр – габаритная мощность трансформатора.
2.1. Расчет схемы БВ при работе на R- и RL- нагрузку Для расчета задана ДПП схема БВ - двухполупериодная со средней точкой.
Рисунок - Схема БВ
Определяем параметры вентилей Uобр, Iпр , Uпр. Напряжение Uобр определяется по табл. 2.1 [1] в соответствии с максимальным значением выпрямленного напряжения Uо.max = Uо (1+amax). Uо.max = 12 ∙ (1 + 0,05)= 12,6 В Uобр = 3,14 ∙ 12= 37,68 В, Iпр = 0,5 ∙ 2,15 = 1,075 А Из справочника выбираем диод :
В соответствии с заданными Uо, Iо по табл. 2.1[1], определяются следующие параметры трансформатора: U2, I2 – действующее значение напряжения и тока вторичной обмотки, Sтр – габаритная мощность трансформатора. Эти параметры являются исходными данными для расчёта трансформатора. U2 = 1,11∙ 12 = 13,32В, I2 = 0,707 ∙ 2,15 = 1,52 А, Sтр = 1,34 ∙ 12 ∙ 2,15 = 34,57 Вт. Определяются активное сопротивление rтр и индуктивность рассеяния Ls обмоток трансформатора: j=2,8 А/мм2, Вm=1.68 Тл
Рассчитываем индуктивное сопротивление, обусловленное индуктивностью Ls рассеяния обмоток трансформатора xтр = 2πfсLs. Хтр = 2 ∙ 3,14 ∙ 50 ∙ 82,61 ∙ 10-6 = 0,026 Ом. Величина угла перекрытия для однофазных схем определяется из выражения 1 – cosγ = Iomxтр/πUохх. сosγ = 1 – 2,25 ∙ 2 ∙ 0,026 / (3,14 ∙ 14,21) = 0,9975 , γ =3,2○ . Изменение выпрямленного напряжения из-за перекрытия ΔUo = Iо mxтр/2π, ∆Uо = 2,15 ∙2 ∙ 0,026 / 2 ∙ 3,14 = 0,018 В. Эфектом перекрытия и изменением выпрямленного напряжения можно пренебречь. Напряжение холостого хода БВ Uохх = Uо + Iоrтр + (Iо m xтр )/2π + UпрN1, где N1 – число диодов, включённых последовательно нагрузке. Uохх =12 + 2,15 ∙ 0,6 + (2,15 ∙2 ∙ 0,026) / (2 ∙ 3,14) + 0,9 = 14,21 В. Напряжение холостого хода БВ при максимальном напряжении сети Uохх.мах = Uохх(1+амах). Uохх мах = 14,21 ∙ (1 + 0,05) = 14,92 В. По Uохх.мах уточняется значение обратного напряжения, и проверяется выбор диодов по этому параметру. Uобр = 3,14 ∙ 12=37,68 В. У выбранного диода Uобр=37,68 В, значит диод выбран правильно. Напряжение на выходе выпрямителя при минимальном напряжении сети: Uо.мin = Uо(1 – амin). Uо мin = 12 ∙ (1 – 0,05) = 11,4 В . По табл. 2.1 [1] определяются частота основной гармоники пульсаций выпрямленного напряжения fп и коэффициент пульсаций Кп.вых. fn = 2 ∙ 50 = 100 Гц . Кп вых = 0,67 . Внутреннее сопротивление БВ при изменении тока нагрузки от 0 до максимального значения rо = (Uoxx – Uo)/Io. rо = (14,21 – 12) / 2,15 = 1,028 Ом. Коэффициент полезного действия БВ η = Ро / (Ро + Рв), где Рв = N1 (Uпр Iпр ) – потери мощности в диодах, N1 – число диодов, одновременно включённых последовательно нагрузке. Рв = 0,9 ∙ 1,075 = 0,9675Вт. η = 12×2,15 / (12×2,15 + 0,9675) = 0,964
2.1. Расчет схемы БВ при работе на RC- нагрузку Для расчета задана ДПП схема БВ - двухполупериодная со средней точкой (рис.).
Рисунок
Ориентировочное определение параметров вентилей (выпрямительных диодов) Uобр, Iпр.ср, Uпр, а также габаритной мощности трансформатора Sтр (табл. 2.2 [1]). Необходимо задаться значениями коэффициентов B и D (приближённые значения приведены в [1]): m=2: B = 0,86; D = 2,11. Определяем: Sтр=0,85BDP0; Sтр=0,85×0,86×2,11×12×2,15=39,79 Вт Для выбора диода: Uо.max = Uо (1+amax) Uо.max =12(1+0,05)=12,6 В Uобр =2,82BU0 Uобр=2,82×0,86×12=29,10 В Iпр.ср=0,5×0,25=0,125 А
Вычисляем сопротивление диода в прямом направлении: rпр = Uпр /Iпр. Uпр = 1,0 В, Iпр = 0,5∙ 0,25 = 0,125 А, Rпр = 8 Ом. Активное сопротивление rтр обмоток трансформатора где Кr=4.7; Bm=1,68 Тл; S=1 Рассчитывается активное сопротивление фазы r = rтр + rпрN1, где N1 – число диодов, включённых последовательно нагрузке. r = 6,12 + 8 = 14,12 Ом. Параметр А (зависит от угла отсечки) определяется соотношением: A = Io p r/Uom. A = 0,25∙3.14 ∙ 14,12 / (12 ∙ 2) = 0,462 По табл. 2.4 [1] определяются коэффициенты B, D: B=1.25; D=. По табл. 2.2 [1]– значение Uобр (а также U2, I2, Sтр, используемые как исходные данные при расчёте трансформатора). Uобр =2,82BU0 Uобр =2,82×12×1,21= 40,95 В U2 =BU0 U2 =12×1,21=14,52 В I2=0,5DI2 I2=0,5×0,25×1,97=0,246 А Sтр=0,85BDP0; Sтр=0,85×12×0,25×1,21×1,97=6,08 Вт Определение напряжения холостого хода Uохх и тока короткого замыкания Iокз. При холостом ходе Io = 0, Uoxx = U2m, при коротком замыкании Uo = 0, Ioкз = mU2m/r. U2m = 1,41 ∙ 14,52 = 20,53 В. Uохх = 20,53 В;
Iокз = 20,53 ∙ 2 / 14,12 = 2,91 А. Построение внешней характеристики выпрямителя U0 = f(I0): а) ординаты кривой рис. 2.1 [1] умножаются на U2m = 20,53 б) абсциссы кривой рис. 2.1 [1] умножаются на Iокз = 2,91 А. Рисунок
Изменение выпрямленного напряжения при изменении тока нагрузки от нуля до номинального и внутреннее сопротивление БВ: DUo = Uoxx – Uo; ∆Uo = 20,53 – 12 = 8,53 В. ro = DUo/Io. rо = 8,53 / 0,25 = 34,12 Ом. Максимальное выпрямленное напряжение с учётом отклонения напряжения в питающей сети: Uохх.max = Uохх (1+amax). Uoxx max =20,53 ∙ (1 + 0,05) = 21,56 В. По табл. 2.4 [1] определяется коэффициент Н. Н = 650 Емкость конденсатора, необходимая для получения заданного коэффициента пульсаций: C = Н/(r Кп.вых), мкФ. С = 650 / (14,12 ∙ 0,05) = 920,68 мкФ. По справочникам выбираем конденсатор с ёмкостью не менее расчётной (С* > С); номинальное рабочее напряжение конденсатора должно быть не меньше Uохх.мах: К50-16-25В-1000 мкФ, -20…+80% масса 25 г. Амплитуда переменной составляющей выпрямленного напряжения Um1 = UoH/rC* не должна превышать допустимого значения для выбранного типа конденсатора. Um1 = 12 ∙ 650 / (14,12 ∙1000 ) = 0,55 В. Коэффициент пульсаций для схемы с выбранным конденсатором Кп вых =650 / (14,12 ∙ 1000) = 0,046 Коэффициент пульсаций не превышает заданный.
Результаты расчета БВ:
3. Расчет сглаживающих фильтров Задание к расчёту В соответствии с вариантом задания (табл. П1.3 [1]) рассчитать: а) Г-образный LC-фильтр; б) многозвенный LC-фильтр (количество звеньев фильтра определяется по заданному коэффициенту сглаживания); в) Г-образный RC-фильтр; г) транзисторный фильтр. Для каждого из фильтров выполнить принципиальную электрическую схему, выбрать элементы по справочникам, рассчитать массу, оценить габариты и схемотехническую сложность; сопоставить результаты и определить вариант реализации фильтра, оптимальный с точки зрения КПД и массогабаритных показателей. Исходные данные к расчёту: постоянная составляющая выходного напряжения U0; ток нагрузки I0 (I0max, I0min); максимальное значение коэффициента пульсаций выходного напряжения Кп.вых (или переменная составляющая выходного напряжения Uвых.пер); относительные отклонения напряжения сети в сторону понижения и повышения amin и amax; частота тока питающей сети fc = 50Гц; максимальная температура окружающей среды Тс.мах. В результате должны быть определены следующие параметры: входное напряжение Uвх (Uвх.min, Uвх.max), коэффициент пульсаций входного напряжения Кп.вх или пульсность m (для выбора схемы БВ); максимальный и минимальный ток, потребляемый фильтром Iвх.max, Iвх.min. Эти данные являются исходными для последующего расчёта блока выпрямления и трансформатора.
3.1. Г- образный LC- фильтр
Рисунок Однозвенный Г- образный LC- фильтр
Коэффициент пульсаций входного напряжения Кп.вх = Uвх.пер/Uвх, его значение определяется схемой БВ (для двухполупериодных схем Кп.вх = 0,67). Uвых пер = 12 ∙ 0,01 = 0,12 В. Коэффициент сглаживания LC-фильтра q = Кп.вх/Кп.вых = (mw)2L1C1 – 1, q = 0,65 / 0,01 = 67 откуда определяется произведение L1C1 = (q + 1)/(mw)2, Гн∙Ф, где w=2pf, Гц; m – пульсность (m = 2 для двухполупериодных схем БВ). L1C1 = (67 + 1) / (2 ∙ 2 ∙ 3.14 ∙50)2 = 172,245 мкГн∙Ф Индуктивность обмотки дросселя, при которой обеспечивается индуктивная реакция фильтра («критическое значение») Lкр = 2U0max / [(m2 – 1)mωI0min], где U0max = U0 (1 + amax). Lкр = 2 ∙ 12,6 / [(22 –1) ∙2 ∙ 3.14 ∙ 50 ∙ 0,15] = 0,089 Гн. По справочнику в соответствии со значениями величин I0max и Lкр выбирается стандартный дроссель с индуктивностью L1* > Lкр; выписываем значение активного сопротивления обмотки Rобм.
Ёмкость конденсатора C1* > (L1C1)/L1*. С1*³ 172,245 ∙ 10-6/ 0,15 = 1148,33 мкФ. Рабочее напряжение конденсатора должно быть больше значения выпрямленного напряжения, так как на холостом ходу этот конденсатор оказывается заряжен до напряжения, равного амплитуде U2m. В двухполупериодных схемах U2m = 1,57U0, поэтому Uс.раб > 1,57U0max. U2m =1.57 ∙ 12 =18,84 B, Uс раб > 1,57 ∙ 12,6 = 19,78 В.
Максимальный ток, потребляемый фильтром, приблизительно равен току в нагрузке фильтра Iвх.max » I0max. Iвх max » 0,25А. Входное напряжение и коэффициент полезного действия фильтра: Uвх = U0 + I0max·Rобм; Uвх = 12 + 0,25 ∙ 11,8 = 14,95 В; h = U0 / Uвх; η = 12 / 14,95 = 0,83. Уточнение коэффициента сглаживания фильтра и амплитуды переменной составляющей выходного напряжения: q = (mw)2L1*C1* – 1; q = (2 ∙ 2 ∙ 3,14 ∙ 50)2 ∙ 0,15 ∙ 1500 ∙10-6 – 1 = 87,83; Uвых.пер = Uвх.пер /q. Uвх пер = Uвх Кп.вх; Uвх пер = 0,12 ∙ 87,83 = 10,54 В. Uвых.пер = 19,34/93,75= 0,21 В. М = 153 + 30 = 183 г.
3.2. Многозвенный LC-фильтр
Рисунок Многозвенный LC-фильтр.
Коэффициент пульсаций входного напряжения Кп.вх = Uвх.пер/Uвх, его значение определяется схемой БВ (для двухполупериодных схем Кп.вх = 0,67). Uвых пер = 24 ∙ 0,01 = 0,24 В. Коэффициент сглаживания LC-фильтра q = Кп.вх/Кп.вых = (mw)2L1C1 – 1= 0,67. Количество звеньев фильтра n устанавливается в соответствии с рассчитанным коэффициентом сглаживания и выбранным критерием оптимизации: · исходя из условия наименьшей стоимости, двухзвенный фильтр целесообразно применять при q > 40…50. · минимум суммарной индуктивности и ёмкости элементов фильтра обеспечивается при n » 1,15 lg q; исходя из этого, двухзвенный фильтр целесообразно применять при q > 20, трёхзвенный фильтр – при q > 160. n = 1.15 lg67 = 21 n = 2. При одинаковых параметрах элементов в звеньях (что является наиболее целесообразным) q = q1·…·qn. Таким образом, коэффициент сглаживания каждого звена
Расчёт значений L,C и выбор стандартных элементов (дросселей и конденсаторов); индуктивность дросселя каждого звена Lзв = Lкр/n, где Lкр – «критическое значение» индуктивности фильтра (п. 3 методики расчета однозвенного фильтра), n – число звеньев. LiCi = (8,19 + 1) / (2 ∙ 2 ∙ 50 ∙ 3.14)2 = 23,278 мкГн∙Ф; Lкр = 2 ∙ 27,6 / [(22 - 1) ∙ 2 ∙ 2 ∙ 3,14 ∙ 50 ∙0,15] = 0,089 Гн; Lзв = 0,089 / 2 =0,0445 Гн; По полученным данным выбираем стандартные дроссели:
Емкость конденсатора: Сi* = 23,278 ∙ 10-6 / 0,08 = 290,98 мкФ;
Максимальный ток, потребляемый фильтром: Iвх ≈ 0,25 А, входное напряжение Uвх = 12 + 0,25 ∙ 8,4 = 14,1 В; КПД η = 12 / 14,1 = 0,851. Активное сопротивление – суммарное для всех обмоток дросселей фильтра: Rобм = Rобм.1 + … + Rобм.n. Rобм = 4,2+4,2=8,4 Ом. М = (86+6,5)*2 = 185 г.
3.3. Г-образный RC- фильтр
Рисунок Однозвенный Г-образный RC- фильтр
Коэффициент сглаживания RC-фильтра q = Кп.вх/Кп.вых = (mw)2L1C1 – 1, q = 0,65 / 0,01 = 67. Минимальное значение сопротивления нагрузки Rн.min = U0min /I0max, где U0min = U0(1 – amin). Uo min = 12 ∙ (1 – 0,05) = 11,4 В; Rн min = 11,4 / 0,25 = 45,6 Ом. Сопротивление резистора фильтра: R1 < 0,25Rн.min. R1 ≤ 0,25 ∙ 45,6 = 11,4 Ом. Значение сопротивления выбирается из номинального ряда: МЛТ 1Вт – 11 Ом ±10%, М=1,0 г. Мощность рассеяния резистора PR1 = I0max2 R1. PR1 = 0,252 ∙ 11,4 = 0,7125 Вт. Переменная составляющая выходного напряжения Uвых.пер= Kп.выхU0max. Uвых пер = 0,01 ∙ 12,6 = 0,126 В. Ёмкость конденсатора фильтра определяется из выражения для коэффициента сглаживания С = q ∙ ( R1 + Rн) / (m ∙ ω ∙ R1 ∙Rн); С = 67 ∙ ( 11 + 82) / (2 ∙2 ∙ 50 ∙ 3,14 ∙11 ∙ 82) = 10994 мкФ. Для уменьшения С и веса возьмем два конденсатора:
Максимальный ток, потребляемый фильтром Iвх.max » I0max. Iвх max ≈ 0,25 А. 7. Напряжение на входе фильтра и его КПД: Uвх = U0(R1 + Rн.min)/Rн.min; Uвх = 12 ∙ (11 + 82) / 82 =13,61 В; h = U0 / Uвх. η =12 / 13,61 = 0,882; М = 280 + 1 = 281 г.
3.4. Транзисторный фильтр
Рисунок Фильтр на составном транзисторе
Минимальное и максимальное напряжение на выходе фильтра: U0min = U0 (1 – аmin); U0max = U0 (1 + аmax). Uо max = 12 (1 + 0,05) = 12,6 B; Uo min = 12 (1 – 0,05) = 11,4 B. Минимальное значение входного напряжения при ориентировочном значении амплитуды переменной составляющей на входе фильтра Uвх.пер Uвх.min = U0min+ UКЭ11.min + Uвх.пер., UКЭ11.min = 4 В. Минимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора принимается равным для кремниевых транзисторов 3…5 В. Uвх.пер = Кп.вх (U0min + UКЭ11.min), где Кп.вх =0,1 – коэффициент пульсаций входного напряжения. Uвх пер 0,1 (11,4 + 4) = 1,54 В; Uвх min = 11,4 + 4 + 1,54 = 16,94 В. Номинальное и максимальное напряжение на входе фильтра: Uвх = Uвх.min /(1 – amin); Uвх = 16,94 / (1 – 0,05) = 17,83 B; Uвх.max = Uвх(1 + amax); Uвх max = 17,83 (1 + 0,05) = 18,72 В. Максимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT11, максимальный коллекторный ток и максимальная рассеиваемая мощность: UКЭ11.max = Uвх.max – U0max; UКЭ11max =18,72 – 12,6 = 6,12 В; IК11.max » I0max; IКЭ11max ≈ 0,25 А; PК11 = UКЭ11.max IК11.max; РК11 = 6,12×0,25= 1,53 Вт. По этим параметрам выбирается транзистор VT11 и выписываются его характеристики.
Максимально допустимая мощность, которую может рассеять выбранный транзистор без радиатора: PК.max = (Tп.max –Tc.max)/Rп/с, где Tп.max – максимальная температура коллекторного перехода; Tc.max – температура окружающей среды; Rп/с – тепловое сопротивление транзистора (переход - окружающая среда), °С/Вт. РКmax = (125 – 45) / 10 = 8 Вт Так как PК11 > PК11.max, то необходимо произвести расчёт радиатора. Максимальное и минимальное значения тока базы VT11: IБ11.max = IК11.max / h21Э11.min; IБ11.min = IК11.max / h21Э11.max, IБ11max = 0,25 / 40 = 6,25 мА, IБ11.min = 0,25/ 250 = 1,0 мА. Максимальный ток базы транзистора VT11 больше 5 мА, значит необходимо применить составной транзистор, т. е. включить в схему транзистор VT12. Для выбора транзистора VT12 необходимо определить сопротивление резистора R3 и найти параметры UКЭ12.max; IК12.max; PК12. Сопротивление резистора R3 должно быть таким, чтобы выполнялось неравенство IКБО11.max – IБ11.min £ IR3, где IКБО11.max – постоянный обратный ток коллектора VT11 (R3 £ U0min/IR3). Если IБ11.min > IКБО11.max,(в данном случае это неравенство выполняется) то R3 можно не ставить. Максимальный ток коллектора транзистора VT12 IК12.max = IБ11.max + U0max /R3. IК12.max = IБ11.max=6,25 мА. Транзистор VT12 выбирается по UКЭ12.max = UКЭ11.max, IК12.max » IБ11.max. Определяется максимальная мощность PК12 = UКЭ12.max IК12.max. PК12 =6,12×0,00625=0,038 Вт
Максимальный ток базы транзистора VT12 IБ12.max = IК12.max / h21Э12.min; где h21Э12.min – минимальный статический коэффициент передачи тока транзистора VT12 в схеме с общим эмиттером. IБ12.max =0,00625/50 =0,125 мА. Сопротивления резисторов фильтра R1, R2. Задаётся значение тока через резистор R1. Ток через резистор R1 принимается на порядок больше тока базы составного транзистора (IR1 » 10∙IБС). IR1 ≈ 0,00125 A; R1 £ (Uвх.min – U0min) / IR1; R1 ≤ (16,94 – 11,4) / 0,00125 =4432 Ом; R1 = 4300 Ом; R2 = U0 R1 / (Uвх – U0). R2 = 12 ∙ 4300 / (17,83 – 12) = 8850,8 Ом; R2 = 9,1 кОм. Максимальные мощности рассеяния резисторов R1, R2: PR1 = IR12 R1; РR1` = 0,001252 ∙ 4300 = 0,0067 Вт; PR2 = (IR1 – IБС)2 R2. РR2 = (0,00125 – 0,000125)2 ∙ 9100 = 0,012 Вт. Резисторы выбираются по справочнику. R1: МЛТ 0,125 Вт- 4300 Ом ±5%, масса=0,15 г. R2: МЛТ 0,125 Вт- 9,1 кОм ±5% , масса=0,15 г. Ёмкость конденсатора фильтра С1 > q / (mωR1), Ф, где q = Кп.вх/Кп.вых – коэффициент сглаживания транзисторного фильтра. Конденсатор выбирается по справочнику; уточняется значение коэффициента сглаживания q = 0,07 /0,01 = 7; С1≥ 7 / (2 ∙ 2 ∙ 50 ∙ 3,14 ∙ 4300) = 2,59 мкФ;
q = С1R1mω. q = 50 ∙ 10-6 ∙4300 ∙ 2 ∙ 2 ∙ 3,14 ∙ 50 = 135,09. Максимальный ток, потребляемый фильтром Iвх.max = IR1 + IK1.max. Iвх max =0,00125 + 0,25 = 0,25125 А. 10. Номинальное значение КПД фильтра h » U0I0max / UвхIвх.max. η ≈ 12 ∙ 0,25 / (17,83 ∙ 0,25125) = 0,67; М = 1+0,3 + 2,3+0,15+0,15 = 3,9 г.
Результаты расчета сглаживающих фильтров:
4. Расчет параметрических стабилизаторов Задание к расчёту
В соответствии с вариантом задания (табл. П1.4 [1]) рассчитать: а) однокаскадный параметрический стабилизатор (рис. 4.1 а [1]); сделать вывод о возможности использования такой схемы стабилизатора в данном случае; б) параметрический стабилизатор на биполярном транзисторе (рис. 4.1 б [1]). Схема рассчитывается на большее значение Iн.max. Выполнить принципиальные электрические схемы, выбрать элементы по справочникам, оценить схемотехническую сложность каждого устройства. Выписать полностью уточнённые параметры стабилизаторов. Исходные данные к расчёту: относительные изменения напряжения питающей сети в сторону повышения и понижения amin, amax; номинальное значение выходного напряжения Uвых; максимальный и минимальный токи нагрузки Iн.мах, Iн.min = 0,75 Iн.мах; коэффициент стабилизации Кст; температурный коэффициент стабилизатора γ, В/оС; максимальное значение температуры окружающей среды Тс.мах, оС. В результате должны быть определены следующие параметры: входное напряжение Uвх (Uвх.min, Uвх.max), максимальный ток, потребляемый стабилизатором I0max, относительная пульсация на входе стабилизатора а~. Эти данные являются исходными для последующего расчёта СФ и БВ.
4.1. Однокаскадный параметрический стабилизатор Максимальный температурный коэффициент стабилитрона γст < (γ/Uст)·100, γст < (0,008/12)×100=0,067 %/оС. Выбранный стабилитрон с параметрами:
Для уменьшения температурного коэффициента стабилизатора последовательно со стабилитронами включаем p-n- переход (VD1) в прямом направлении.
Рисунок Однокаскадный параметрический стабилизатор
Уточнённое значение выходного напряжения стабилизатора: Uвых = (Uст.min + Uст.max)/2, Uвых = (10,8 + 13,3)/2=12,05 В. Относительная амплитуда переменной составляющей входного напряжения а~ (равна коэффициенту пульсаций на входе стабилизатора). Рекомендуемое значение а~ = 0,02…0,05 (определяется параметрами сглаживающего фильтра). Возьмем а~ = 0,035 В. Максимальное значение коэффициента стабилизации по входному напряжению: Kст.max = Uвых(1 – amin – а~)/[(Iн.max + Iст.min)rст] Kст.max = 12,05( 1 – 0,15 – 0,035)/(0,025+0,025)2 = 98,21. По условию задачи Kст. >80, а мы получили 98,21. Номинальное, минимальное и максимальное значения входного напряжения стабилизатора: Uвх = Uст.max/[(1 – amin – a~)(1 – Kст/Kст.max)]; Uвх = 13,3/[(1- 0.15 – 0.035)(1 – 80/98.21)] = 88.01 B. Uвх.min = Uвх(1 – amin); Uвх min = 88.01(1 – 0.15) = 74.81 B. Uвх.max = Uвх(1 + amax). Uвх max = 88.01(1 + 0.15) = 101.21 B. Сопротивление гасящего резистора Rг1 Rг1 = [Uвх(1 – amin – a~) – Uст.max]/(Iн.max + Iст.min). Rr1 = [88.01(1 – 0.15 – 0.035) – 13.3]/(0.025 + 0.025) = 1168.56 Om. R*r1 = 1200 Om. Мощность, рассеиваемая в резисторе Rг1: PRг1 = (Uвх.max – Uст.min)2/Rг1. PRr1 = (101.21 – 10.8)2/1200 = 6.81 Вт. Резистор выбирается по справочным данным. Максимальное и уточнённое минимальное значения токов через стабилитрон: Iст.mах = [(Uвх.max – Uст.min)/Rг1] – Iн.min; Iст max = [(101.21 – 10.8)/1200] – 0.019 = 0.056 A; Iст.min = [(Uвх.min – Uст.max)/Rг1] – Iн.max. Iст max = [(74.81 – 13.3)/1200] – 0.025 = 0.026 A. Значение Iст.mах меньше предельного тока, указанного в справочнике для данного типа стабилитрона. Максимальная мощность, рассеиваемая стабилитроном: PVD1.max = Iст.max Uст.max. PVD1max = 0.65 * 13.3 = 8.65 Вт. Это значение не превышать предельного, указанного в справочнике для выбранного типа стабилитрона при максимальной температуре окружающей среды. 10. Амплитуда переменной составляющей выходного напряжения и внутреннее сопротивление стабилизатора: Uвых~ =а~ Uвых/К~, Uвых~= 0,035 · 12/(80 – 0.035) = 0.0053 B. ri » rст; ri≈ 2.0 Om, где а~ – относительная пульсация на входе стабилизатора; К~ » Кст, – коэффициент сглаживания пульсаций. 11. Номинальный КПД стабилизатора: η = UвыхIн.max / [Uвх (Uвх – Uвых)/Rг1]. η = 12 * 0.025/[88.01(88.01 – 12)/1200] = 0.054.
12. Максимальный ток, потребляемый стабилизатором от выпрямителя: I0max = (Uвх.max – Uст.min)/Rг1. I0max = (101.21 – 10.8)/1200 = 0.075 A. 13. Параметры, определённые в ходе расчёта стабилизатора, являются исходными данными для расчёта сглаживающего фильтра (а также выпрямителя и трансформатора): Uвх; Uвх.min; Uвх.max; а~; I0max.
4.2. Параметрический стабилизатор на биполярном транзисторе Максимальный температурный коэффициент стабилитрона γст < (γ/Uст)·100, γст < (0,008/24)×100=0,033 %/оС. Выбранный стабилитрон с параметрами:
Для уменьшения температурного коэффициента стабилизатора последовательно со стабилитроном включаем p-n- переход (VD1) в прямом направлении.
Рисунок Параметрический стабилизатор напряжения Со стабилизатором тока на биполярном транзисторе
Выбираем второй стабилитрон
Уточнённое значение выходного напряжения стабилизатора: Uвых = (Uст1.min + Uст1.max)/2; Uвых = (10,8 + 13,3)/2 = 12.05 B. Минимальное значение входного напряжения стабилизатора: Uвх.min = Uст1.max + UКЭ1.min + UR1.max + Uвх.пер, где UКЭ1.min =4 – минимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT1; UR1.max – максимальное напряжение на резисторе R1, приближённо равное максимальному напряжению на стабилитроне VD3. Амплитуда первой гармоники переменной составляющей входного напряжения, номинальное и максимальное входное напряжение: Uвх.пер = (0,02…0,05)·(Uст1.max + UКЭ1.min + UR1.max); Uвх.пер =0,035×(13,3+4+4,3)= 0,756 В. Uвх.min =13,3+4+4,3+0,756 = 22,36 В; Uвх = Uвх.min / (1 – amin); Uвх =22,36/(1 - 0,15)= 26,31 В. Uвх.max = Uвх (1 + amax). Uвх.max =26,31×(1+0,15)= 30,25 В Максимальный ток коллектора IК1.max = Iн.max + Iст1.min; IК1.max =0,25+0,025= 0,275 А. Максимальное напряжение коллектор-эмиттер UКЭ1.max = Uвх.max – Uст1.min – Uст2.min; UКЭ1.max =30,25 – 10,8 –3,5 =15,95 В. Максимальная мощность, рассеиваемая на транзисторе VT1: PK1 = UКЭ1.max IК1.max. PK1 =15,95×0,275 = 4,39 Вт. По этим значениям выбирается транзистор VT1, определяются его параметры h21Эmin, h21Эmax.
Максимально допустимая мощность коллектора транзистора VT1 без теплоотвода: PK1max = (Tп..max – Tc.max)/Rп/с, PK1max =(125 – 45)/100 = 0,8 Вт. Так как PK1 > PK1max, то необходимо произвести расчёт радиатора. Максимальный ток базы транзистора VT1: IБ1 = IK1.max/h21Эmin. IБ1 =0,275/25 = 11 мА. Сопротивление резистора R1 R1 < Uст2.min/(Iн.max + Iст1.min). Значение Iст1.min должно быть больше минимального тока выбранного стабилитрона. R1 < 3,5/(0,25+ 0,003)= 13,83 Ом. Максимальная мощность, рассеиваемая в резисторе R1: PR1 = (IK1.max)2R1. PR1 = (0,275)2×13,83 =1,046 Вт. Из ряда Е24 выбираем резистор R1: МЛТ 2Вт – 13,0 Ом ±5%. Сопротивление резистора R2 R2 < (Uвх.min – Uст2.max)/(IБ1 + Iст2.min); R2 < (22,36 – 4,
Популярное: Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (593)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |