Проектирование стабилизированного источника питания

Число витков вторичной  обмотки: .

Определим диаметр провода  обмоток (без изоляции):

;

.

По справочнику определим  диаметр провода обмоток с изоляцией: d₁ = 0,495мм, d₂ = 1,07мм.

Определим значение емкости фильтра:

.

По ГОСТу выбираем емкость К50-16-50-500 мкФ.

4.2 Расчет стабилизатора

В качестве стабилизатора в данной схеме будем использовать компенсационный стабилизатор, в состав которого входит схема защиты по току, регулирующий элемент, усилитель постоянного тока и измерительный элемент.

Определим .

Т.к. максимальный ток нагрузки I_{Н МАХ} = 1,02А больше 0,6А и меньше 4А, то выбираем регулирующий элемент, состоящий из трех транзисторов.

 

1. Рассчитаем транзистор VT1:

.

Максимально допустимый ток коллектора:

.

Максимальная мощность, рассеиваемая транзистором:

.

 

По полученным значениям выбираем транзистор КТ903Б с параметрами:

I_К.МАХ = 3 А;

U_КЭ.МАХ = 80 В;

Р_К.МАХ = 30 Вт;

I_КБ01 = 10 мА;

h_21Э1 = 40.

 

2. Рассчитаем транзистор VT2:

Максимально допустимый ток коллектора:

.

Максимальная мощность, рассеиваемая транзистором:

.

 

По полученным значениям  выбираем транзистор КТ801А с параметрами:

I_К.МАХ = 2 А;

U_КЭ.МАХ = 80 В;

Р_К.МАХ = 5 Вт;

I_КБ02 = 10 мА;

h_21Э2 = 17.

 

Рассчитаем резистор R4:

.

.

Выберем резистор МЛТ-0,125 – 1,2 кОм.

3. Рассчитаем транзистор VT3:

Максимально допустимый ток коллектора:

.

Максимальная мощность, рассеиваемая транзистором:

.

 

По полученным значениям  выбираем транзистор КТ603Б с параметрами:

I_К.МАХ = 0,3 А;

U_КЭ.МАХ = 30 В;

Р_К.МАХ = 0,5 Вт;

I_КБ03 = 10 мкА;

h_21Э3 = 60.

 

Рассчитаем резистор R1:

.

.

Выберем резистор МЛТ-0,125 – 3 кОм.

 

4. Рассчитаем стабилитрон:

Определим напряжение стабилизации:

.

 

Рассчитаем резистор R3:

.

.

Выберем резистор МЛТ-0,125 – 1 кОм.

 

Найдем максимальный ток стабилизации:

 

Выбираем стабилитрон  Д814А с параметрами:

U_CT = 8 B;

I_CT.MAX = 0,04 A;

Р_{СТ МАХ} = 1 Вт

U_ОБР = 1 B;

I_ОБР = 0,1 мкA;

R_ДИН = 6 Ом.

5. Рассчитаем транзистор УПТ:

Максимально допустимый ток коллектора:

.

.

 

По полученным значениям  выбираем транзистор КТ312Б с параметрами:

I_К.МАХ = 0,03 А;

U_КЭ.МАХ = 35 В;

Р_К.МАХ = 0,225 Вт;

I_КБ04 = 10 мкА;

h_21Э4 = 25.

 

Рассчитаем резистор R6:

.

.

Выберем резистор МЛТ-0,125 – 1,1 кОм.

 

6. Рассчитаем делитель:

Полное сопротивление делителя:

 

Рассчитаем резистор R8:

.

.

Выберем резистор СП3-38А-0,125 – 1 кОм.

 

Рассчитаем резистор R9:

.

.

Выберем резистор МЛТ-0,125 – 2,7 кОм.

 

Рассчитаем резистор R7:

.

.

Выберем резистор МЛТ-0,125 – 300 Ом.

 

4.2 Расчет схемы защиты

Схема позволяет в  режиме короткого замыкания ограничить ток нагрузки на уровне, близком  к нулю, т.к. необходимое напряжение для открытия VT5 обеспечивается напряжением б-э транзистора VT1, что в сумме с падением напряжения на R2 достаточно, чтобы открыть при токе срабатывания и удержания на уровне < (0,01..0,1)I_Н.

При устранении перегрузки устройство всегда возвращается в исходное состояние, т.к. появление малейшего напряжения на выходе способствует запиранию VT5.

 

1. Ток через делитель .

Сопротивление делителя: .

 

2. Коэффициент деления делителя:

.

 

Находим из условия:

.

 

3. Выбираем кремниевый транзистор КТ503В с параметрами:

U_КЭ.МАХ = 60 В;

U_ЭБ = 5 В;

I_К.МАХ = 0,35 А;

I_КБО = 0,1 А;

P_К.МАХ = 0,35 Вт;

h_21Э4 = 60.

 

4. Возьмем R2 = 1 Ом, тогда при токе срабатывания:

.

 

При максимальном токе нагрузки 0,812 А:

,

 

Рассчитаем резистор R5:

.

.

Выберем резистор МЛТ-0,125 – 3,6 кОм.

5. Проверим работу транзистора VT5:

а) I_R2 = I_СРАБ

.

Следовательно транзистор VT5 открывается.

 

б) I_R2 = I_Н.МАХ

.

U_ЭБ5 меньше напряжения отсечки, значит транзистор VT5 закрыт и схема работает в нормальном режиме.

 

6. В результате проверки стало видно, что R2 = 1Ом выбран верно.

.

Выбираем резистор С5-16-5 – 1 Ом.

 

7. В качестве сигнализатора выбираем светодиод АЛ107Б с параметрами:

I_{ПР.ПОСТ} = 0,3 А;

P_ИЗЛ = 10 мВт.

 

5. МОДЕЛИРОВАНИЕ

 

Моделирование стабилизированного источника питания производилось  при помощи САПР «Electronics Workbench 5.0». Принципиальная схема промоделированного источника питания приведена в П.2

 

В П.3 изображены осциллограммы  на входе и выходе стабилизатора  при подключении R_Н.MIN = 15 Ом. При таком включении напряжение на входе стабилизатора уменьшилось и начались заметные пульсации. На выходе, DU_Н приблизительно равно нулю, что соответствует требованиям задания.

 

В результате моделирования  никаких изменений в параметры  схемы не вносилось, т. к. при заданных параметрах схема ведет себя корректно.

 

 

 

6. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА

 

Печатная плата сделана вручную. На печатной плате детали располагаются  согласно их размерам по ГОСТ. На печатной плате не устанавливается трансформатор, диоды VD1 – VD4, конденсатор C1, регулирующий транзистор VT1 и светодиод HL1. Печатная плата изготавливается из любого фольгированного материала методом травления. На плате имеются 4 крепежных отверстия и границу трассировки.

 

Заключение

 

Спроектированное и  рассчитанное устройство, содержащее реальные компоненты, было продемонстрировано на САПР – «Electronics Workbench 5.0». Результаты моделирования показали, что спроектированное устройство соответствует требованиям технического задания и может быть смонтировано по данной принципиальной схеме.

 

Список литературы

 

1. Белопольский И. И. Источники питания радиоустройств.- М.: Энергия, 1971.-312с.: ил.
2. Источники вторичного электропитания / Под ред. Ю.И.Конева. - М.: Радио и связь, 1983.-323 с.: ил.
3. Н.И.Воробьев - Проектирование электронных устройств. - М.:Высшая шк., 1989,-223 с.: ил.
4. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. М.: Изд. Стандартов, 1992.-316 с.: ил.
5. Полупроводниковые приборы: Справочник / Под ред. Н.Н.Горюнова, - М.: Энергоатомиздат,1987.-904 с.:ил.
6. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справочник. Минск.:Беларусь, 1994.-591 с.: ил.
7. Трейстер Р. и др. 44 источника электропитания для электронных устройств: Пер. с англ. - М: Энергоатомиздат, 1990.-288 с.: ил.

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Затем определить остальные вспомогательные коэффициенты можно с помощью графиков на рис. 2.3.1, 2.3.2.

Рис. 2.3.1. Графики для расчета  коэффициентов D, F, B

На рис. 2.3.2 показаны зависимости: 1 – для однополупериодных выпрямителей; 2 – для двухполупериодных и мостовых выпрямителей.

Рис. 2.3.2. Графики для расчета  коэффициента H

 

 

 

 

 

 

Приложение 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 3