Содержание
Реферат
1. Техническое задание
2. Обоснование выбора электрических схем устройства
3. Расчет электрических схем
3.1 Расчет выпрямителя
3.2 Расчет сглаживающего фильтра
3.3 Расчет стабилизатора напряжения
Заключение
Список использованных источников
В данной курсовой работе производится проектирование и расчет вторичного источника питания, рассчитываются такие его составные части как выпрямитель, трансформатор, сглаживающий фильтр, стабилизатор выходного напряжения.
Ключевые слова.
Трансформатор.
Стабилизатор.
Вентиль.
Фильтр.
В данной курсовой работе необходимо спроектировать и рассчитать вторичный источник питания (выпрямитель, трансформатор, сглаживающий фильтр, стабилизатор выходного напряжения), обладающий следующими параметрами :
a) Uвых = 20 В;
б) D Uвых = ± 0.5 В;
в) Iн = 0.1 А ;
г) Ксг = --- ;
д) Кст = 60;
е) f=50 Гц;
ж) Uвых = ± 2 В .
Питание от сети переменного тока 220 В.
Выпрямителем называют устройство для преобразования электрического переменного тока в постоянный. Необходимость такого преобразования обусловлена тем, что электростанции вырабатывают энергию переменного тока, а многие промышленные и бытовые электроустановки работают на постоянном токе.
В общем случае выпрямитель можно рассматривать состоящим из четырех основных узлов – трансформатора, вентильного комплекта, сглаживающего фильтра и стабилизатора выходного напряжения.
В источниках питания приемно-усилительной аппаратуры применяются выпрямители однополупериодные, двухполупериодные с выводом средней точки и мостовые. Чаще всего они выполняются со сглаживающим фильтром, начинающимся с конденсатора, то есть работают на емкостную нагрузку. Такие выпрямители используются для получения выпрямленных напряжений от единиц вольт до десятков киловольт.
Однополупериодную схему выпрямителя применяют при мощноcтях в нагрузке до 5...10 Вт и тогда, когда не требуется малый коэффициент пульсаций. К достоинствам этой схемы можно отнести – минимальное число элементов, невысокую стоимость, а к недостаткам – низкую частоту пульсаций (равна частоте питающей сети ), плохое использование трансформатора, подмагничивание его магнитопровода постоянным током.
Двухполупериодную схему с выводом средней точки применяют чаще всего при мощностях до 100 Вт и выпрямленных напряжениях до 400...500 В. Выпрямители, выполненные по этой схеме, характеризуются повышенной частотой пульсаций, возможностью использования вентилей с общим катодом, что упрощает их установку на общем радиаторе, однако для них характерно повышенное обратное напряжение на вентилях и более сложная конструкция трансформатора.
Мостовая схема характеризуется хорошим использованием мощности трансформатора, повышенной частотой пульсаций, низким обратным напряжением на вентилях, возможностью работы без трансформатора, но для нее свойственно повышенное падение напряжения в вентильном комплекте.
В итоге, выбираем мостовую схему, так как у нее меньший, по сравнению с однополупериодной схемой, коэффициент пульсаций, меньше в 2 раза, по сравнению с другими схемами, обратное напряжение на вентилях, кроме того, вторичная обмотка имеет меньше витков и не требует делать вывод от среднего витка, что упрощает и удешевляет конструкцию.
Сглаживающие фильтры включают между выпрямителем и нагрузкой для уменьшения пульсаций (переменной составляющей) выпрямленного напряжения. Как правило они состоят из звеньев, образованных последовательно-параллельным соединением индуктивных катушек L, конденсаторов С и резисторов R.
Основное требование, предъявляемое к фильтру – при минимальных собственных размерах и массе максимально уменьшить переменную составляющую выпрямленного напряжения, не увеличивая при этом сопротивление постоянной составляющей. Эффективность сглаживания пульсаций оценивается коэффициентом сглаживания g, который представляет собой отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на выходе
. (2.1)
При больших токах нагрузки наиболее целерe9 _eбразным является применение Г-образного индуктивно-емкостного фильтра, несмотря на большую стоимость и габариты, так как емкостной фильтр не эффективен при больших токах нагрузки, увеличивает обратное напряжение на вентилях и не обеспечивает заданного коэффициента сглаживания, индуктивный фильтр в маломощных выпрямителях имеет значительные габариты и массу, в RC фильтре создается относительно большое падение напряжения и имеют место значительные потери энергии в резисторе . Коэффициент полезного действия LC-фильтров достаточно высокий, а коэффициент сглаживания равен произведению коэффициентов сглаживания L- и C-элементов :
. (2.2)
Подсчитано, что для выпрямителей с коэффициентом сглаживания g ³ 25 целесооб-разно применять многозвенный (двухзвенный) фильтр [2], как показано на рисунке 2.1,так как при этом произведение суммарной индуктивности дросселей на суммарную емкость конденсаторов будет меньше произведения LC однозвенного фильтра, имеющего такой же коэффициент сглаживания .
Рисунок 2.1 – Двухзвенный LC фильтр .
Стабилизаторами напряжения называют устройства, автоматически поддерживающие напряжение на нагрузке с заданной степенью точности.
Основными параметрами , характеризующие качество стабилизации, являются коэффициент стабилизации по выходному напряжению
,
внутреннее сопротивление стабилизатора
коэффициент сглаживания пульсаций
.
В зависимости от рода напряжения их подразделяют на стабилизаторы переменного и постоянного напряжений, кроме того они подразделяются на стабилизаторы параметрические и компенсационные.
Полупроводниковые параметрические стабилизаторы (ППС) наиболее простые. Они характеризуются сравнительно невысокими коэффициентами стабилизации, большим выходным сопротивлением (единицы и десятки Ом), низким КПД. В таких стабилизаторах не возможно получить точное значение выходного напряжения и регулировать его, что нам на подходит.
Компенсационные стабилизаторы напряжения (КСН) относятся к стабилизаторам непрерывного действия и представляют собой устройство автоматического регулирования, которое с заданной точностью поддерживает напряжение на нагрузке независимо от изменения входного напряжения и тока нагрузки . Эти стабилизаторы могут стабилизировать напряжение при больших токах нагрузки, чем параметрические, и отличаются большим коэффициентом стабилизации и меньшим выходным сопротивлением.
Сами компенсационные стабилизаторы напряжения делятся на стабилизаторы последовательного типа ( регулирующий элемент подключен последовательно нагрузке) и параллельного типа (регулирующий элемент подключен параллельно нагрузке, используются для стабилизации напряжения до 5...6 В). Последовательный тип характеризуется большим КПД, чем параллельный, однако критичен к режиму короткого замыкания, поэтому выбираем последовательный тип.
Структурные схемы двух типов стабилизаторов приведены на рисунке 2.2 .
Рисунок 2.2 – Структурные схемы двух типов компенсационных стабилизаторов.
1 – источник опорного напряжения .
2 – сравнивающий усиливающий элемент.
3 – регулирующий элемент.
4 – нагрузка.
Стабилизаторы могут строится как на дискретных нелинейных элементах (напряжение на которых мало зависит от тока, протекающего через них) так и на интегральных микросхемах, что позволяет существенно улучшить параметры стабилизатора, надежность и облегчает монтаж.
3.1 Расчет стабилизатора напряжения
Исходными данными для расчета стабилизатора являются UВЫХ, ток нагрузки IН, пределы регулировки выходного напряжения UВЫХmin и UВЫХmax , допустимые отклонения входного напряжения в сторону повышения и понижения аВХ.max и аВХ.min , коэффициент стабилизации КСТ, выходное сопротивление стабилизатора, отклонения выходного напряжения от номинального.
В результате расчета необходимо определить параметры элементов схемы стабилизатора , а также величины входного напряжения и входного тока необходимые для расчета выпрямителя.
Исходя из того, что при IН <(0.02...0.03) А в регулирующий элемент входит 1 транзистор, при (0.02...0.03)< IН <(0.5...0.6)А – 2 транзистора, при (0.5...0.6) <IН <(4...6) А – 3 транзистора [1]), а в нашем случае IН=0.1 А, делаем вывод, что в регулирующий элемент будет входить 2 транзистора. Соответствующая схема приведена в приложении.
Найдем напряжение на входе стабилизатора
(3.1)
где UКЭРmin – минимальное напряжение на участке коллектор-эмиттер регулирующего транзистора, (3...5)В – для кремниевых транзисторов [2];
Umпвх – амплитуда пульсаций входного напряжения, которая определяется по формуле
( 3.2)
Значит
(3.3)
Зададимся допустимыми отклонениями входного напряжения стабилизатора от номинального в сторону увеличения аВХ и уменьшения bВХ и примем их равными 0,05 В. Тогда номинальное и максимальное напряжение на входе стабилизатора
(3.4)
(3.5)
Для транзистора Т11 максимальный ток коллектора Iкmax , напряжение коллектор-эмиттер UКЭmax и максимальная рассеиваемая мощность, определяется как
(3.6)
(3.7)
(3.8)
Выбираем транзистор КТ902А, для которого Iкmax=5 А и UКЭmax=110 В, h21Э=15, IКБ0=10мА, Ркmax= 5 Вт (транзистор необходимо установить на теплоотвод, Ркmax=30 Вт ).
Максимальный ток коллектора Iкmax (UКЭmax11= UКЭmax12= UКЭmax13) и максимальную рассеиваемую мощность для транзистора Т12, определим как
(3.9)
(3.10)
Выбираем транзистор КТ604А, для которого Iкmax=0,2 А и UКЭmax=250 В, h21Э=10, IКБ0=0,05мА, Ркmax= 0.8 Вт.
Максимальный ток коллектора Iкmax (UКЭmax11= UКЭmax12= UКЭmax13) и максимальную рассеиваемую мощность для транзистора Т13, определим как
(3.11)
(3.12)
Выбираем транзистор КТ312Б, для которого Iкmax=0,03 А и UКЭmax=30 В, h21Э=25, Ркmax= 0.225 Вт.
Максимальный ток коллектора Iкmax и напряжение коллектор-эмиттер UКЭmax и максимальная рассеиваемая мощность для транзистора Т2, определяется как [1]
(3.13)
, (3.14)
(3.15)
Выберем типы стабилитронов, для чего определим UСТ и IСТ [1]
Страницы: 1, 2