Существует два принципиально разных метода стабилизации напряжения: параметрический и компенсационный. Сущность компенсационного метода стабилизации сводится к автоматическому регулированию выходного напряжения. В компенсационных стабилизаторах производится сравнение фактической величины входного напряжения с его заданной величиной и в зависимости от величины и знака рассогласования между ними автоматически осуществляется корректирующее воздействие на элементы стабилизатора, направленное на уменьшение этого рассогласования.
2.1 Выбор и анализ структурной схемы
Основными параметрами, характеризирующими стабилизатор, являются:
1. Коэффициент стабилизации, представляющий собой отношение относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора.
Kсти = DUвх / Uвх : DUвых / Uвых , (13)
где: Uвх и Uвых - номинальное напряжение на входе и выходе стабилизатора.
DUвх и DUвых - изменение напряжений на входе и выходе стабилизатора.
Коэффициенты стабилизации служат основными критериями для выбора рациональной схемы стабилизации и оценки ее параметров.
2. Выходное сопротивление, характеризующее изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки и неизменном входном напряжении.
Rвых = DUвых / DIвых , при Uвх = const. (14)
3. Коэффициент полезного действия, равный отношению мощности в нагрузке к номинальной входной мощности.
h = Uвых ´ Iвых / Uвх ´ Iвх . (15)
4. Дрейф (допустимая нестабильность) выходного напряжения. Временной и температурный дрейф характеризуется величиной относительного и абсолютного изменения выходного напряжения за определенный промежуток времени или в определенном интервале температур.
Схемы компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения бывают последовательного (рис.2.1) и параллельного (рис.2.2) типов.
Рис.2.2.
Различие приведенных схем состоит в следующем. В последовательных стабилизаторах напряжение на регулирующем элементе возрастает при увеличении напряжения на нагрузке, а ток приблизительно равен току нагрузки. В параллельных стабилизаторах напряжение на регулирующем элементе не зависит от входного напряжения, а ток находится в прямой зависимости от напряжения на нагрузке.
Стабилизаторы параллельного типа имеют невысокий КПД и применяются сравнительно редко. Для стабилизации повышенных напряжений и токов, а также при переменных нагрузках обычно применяются стабилизаторы напряжения последовательного типа. Их недостатком является то, что при коротком замыкании на выходе к регулирующему элементу будет приложено все входное напряжение. Это обстоятельство необходимо учитывать при эксплуатации стабилизатора.
2.2 Разработка принципиальной электрической схемы
В соответствии с выбранной структурной схемой (рис.2.1) составляем приблизительную схему компенсационного стабилизатора напряжения. После проведения расчета, данная схема будет доработана. Только после полного расчета режимов работы и выбора элементов можно составить окончательный вариант схемы электрической принципиальной компенсационного стабилизатора напряжения.
3. РАСЧЕТ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ РАЗНОСТНОГО УСИЛИТЕЛЯ
Рис.3.1 Схема вычитателя
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Исходные данные
Тип ОУ К140УД9
;
Rн = 15кОм;
Расчет выходного каскада.
1. Величину резистора обратной связи [Ом]:
2. Учитывая согласованное включение каскада принимаем [Ом]:
,
Отсюда
определяем
.
3. Определяем величину резистора [Ом]:
4. Так как для расчета используется метод суперпозиций, то для симметричной структуры можно принять
5. Определяем коэффициенты усиления по входам
6. Входные сопротивления по входам и [Ом]:
7. Корректируем величину ,[Ом]:
8. Определяем входные токи [А]:
где ;
9. Так как симметричный вход создан двумя неинвертирующими усилителями ОУ и ОУ, то
где
a-коэффициент деления потенциометра, а =0,2 – 0,5
10. Коэффициент ослабления синфазного сигнала
11. Найдем изменение при допустимом изменении (%) напряжения питания [В]:
где для ОУ=60 (=) т.е.
12. Определим ошибку выходного напряжения от дестабилизационных факторов [В]:
в данном устройстве =0
=
Дрейф, приведенный ко входу усилителя
13. Определим относительное изменение коэффициента усиления при изменении температуры на
где обычно для ОУ охваченных ОС
14. Определим общую статическую погрешность вычитателя:
[В].
4. РАСЧЕТ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИОННОГО СТАБИЛИЗАТОРА. РАСЧЕТ КОМПЕНСАЦИОННОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ
4.1 Выбираем транзистор КТ343В
h21=40
Uкэ нас=0,7 В
Uкэ мах=5 В
Рк мах=0,25 Вт
In=50 mA
4.2 Рассчитываем величину балластного сопротивления Rб:
Rб=
где ток через стабилитрон лежит в пределах Icт мах<IVD< Icт мin–Iб ,
Iб≈Iэ/ h21=0.03/40=0,00075 (А) , а UVD=Uвых–Uэб =5.4–0,7=4.7 (В)
Режим работы транзистора выбираем так, чтобы он был не полностью открыт напряжением Uэб=0,7 В. Выбираем стабилитрон 1N4757A:
Icт мах=90 мА
Icт мin=10 мА
Uст=50 В
rдиф=30 Ом
Учитывая условие Icт мах<IVD< Icт мin–Iб : IVD=50 мА , тогда
Rб=(5.4-4.7)/(0.05+0.00075)= 13.79 (Ом)
4.3 Вычисляем максимальное рабочее напряжение Uкэp и максимальную мощность которую должен рассеивать транзистор Pкp
Uкэ p=Uвх– UVD=5.4-4.7= 0.7 В
Pкp= Uкэ p·Iн мах
где Iн мах= Iн имп, с учетом того, что Iн имп – это ток нагрузки, изменение которого в импульсе Iнимп =0.045 А , тогда
Pкp=0,7*0.045=0.0315 Вт
и т. к. условие Pкp< Рк мах выполняется с семикратным запасом, то это свидетельствует о применимости выбранного транзистора.
Кстб=dUвх/Uвх:dUвых/Uвых= 0,54/5,4=10
Анализ ошибок
Качество работы разностного усилителя во многом зависит от разброса параметров электронных компонентов, входящих в его состав. Во многом это связано с невозможностью изготовления компонентов с одинаковыми параметрами. Сильное влияние на разброс параметров оказывает колебания температуры окружающей среды и температуры мощности рассеивания этих элементов. С целью уменьшения колебаний параметров от температуры мощности рассеивания для элементов высокой мощности устанавливаются радиаторы.
Заключение
Курсовой проект выполнен в соответствии с заданием на проектирование, и полученные результаты удовлетворяют требованиям действующих ГОСТов на радиоаппаратуру. По результатам проверки и анализа работы схемы видно, что данная схема отличается высокой работоспособностью. В данный момент наиболее перспективно использование разностных усилителей на базе ИМС, так как это снижает затраты на монтаж, уменьшает энергоемкость стабилизатора, уменьшает его габаритные размеры, что сказывается на стоимости устройства. В данной схеме возможно установить элементы индикации о состоянии регулирующего элемента, о перегрузке компенсационного стабилизатора, о наличии питающего напряжения. Кроме вышеперечисленного возможно установить в схеме тепловую защиту регулирующего элемента. При выборе элементной базы производился сравнительный анализ отечественного и импортного ассортимента радиоэлементов. Анализ проводился по качественным, технологическим и экономическим показателям. В большинстве случаев предпочтение было отдано в пользу отечественных компонентов.
Список источников
1. Карпенко П.Ф. Источники питания. Схемотехника компенсационных стабилизаторов напряжения. Методические указания. - Краснодар: изд.КПИ, 1992.
2. Горбачёв Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. - М.: Энергоатомиздат, 1998.
3. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 3-х томах: Т. 1. Пер. с англ. –4-е изд. перераб. и доп. – М.: Мир, 1993.
4. Аналоговая схемотехника. Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности 7.090803 «электронные системы» / Сост. В.И. Тараканов, Н.Е. Дубровина, – Запорожье: Изд-во ЗГИА, 2003. – 43 с.
Страницы: 1, 2, 3
