Расчет компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа.

Порядок расчета:

1. Выбор номинальной величины входного напряжения.

Задается минимальная величина падения напряжения на регулирующем транзисторе VT1 = 3В. Тогда минимальное входное напряжение

Определив минимальное входное напряжение, находят номинальное входное напряжение

2. Выбор типа регулирующего транзистора и площади теплоотвода.

Определяют максимальную мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора

Р_max=I_н(Е _вх.мах- U_н).

Принять Е _вх.мах=1,2U_н.

Из справочника выбирают транзистор с максимально допустимой мощностью рассеивания с теплоотводом, превышающую расчетную не менее чем в 1.5 раза. Кроме того, максимально допустимый ток транзистора должен быть не менее чем в 1.5 раза больше тока нагрузки. Максимально допустимое напряжение, больше чем Е_вх.мах.

3. Величину сопротивления R₁ резистора R1 определяют из условия обеспечения необходимого тока базы транзистора VT1 при минимальном входном напряжении, когда падение напряжения на VT1 равно минимальному ΔU = 3 В. При этом напряжение между коллектором и базой VT1 ΔU_кб1 (т.е. на R1) равно

ΔU_кб1 = ΔU - ΔU_эб1,

где ΔU_эб1 находят по входной характеристике выбранного транзистора при токе базы I_б1н, соответствующем току коллектора (току нагрузки I_н).

I_б1н = I_н / β₁,

где β₁ - коэффициент усиления транзистора VT1 в схеме с общим эмиттером.

Величину сопротивления R₁ находят по закону Ома

R₁ = ΔU_кб1/ I_б1.

Для определения мощности рассеяния резистора R1 определяют максимальный ток, который течет по нему при максимальном входном напряжении

I_R1мax = .

При этом мощность, рассеиваемая на резисторе, равна I_R1мax²·R₁. Из справочника выбирают резистор с близким значением сопротивления и мощностью, большей, чем расчетная.

4. Транзистор VT2 выбирают по максимальному току коллектора и максимальному напряжению коллектор-эмиттер с учетом максимальной мощности, рассеиваемой на коллекторе.

Максимальный ток коллектора VT2 I_к2мах возникает при максимальном входном напряжении и полностью открытом транзисторе VT2

I _{к2 мах} = (Е _{вх мах} – ΔU _кэ2) / R₁,

где ΔU_кэ2 можно принять, равным 1В.

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT2 равно максимальному входному напряжению, поэтому

U _{кэ2 мах} = Е _{вх мах}

Максимальная мощность, рассеивается на коллекторе транзистора VT2, при максимальном входном напряжении и минимальном токе нагрузки I_н = 0 .

В этом случае напряжение на коллекторе VT2 равно напряжению на нагрузке

U*_кэ2 = U_н,

а ток коллектора равен току в резисторе R1

I* _к2 = (Е _{вх мах} – U_н) / R₁

Таким образом, максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе VT2, равна

Р*_{к2 мах} = U*_кэ2 I* _к2

Из справочника выбирают транзистор с максимально допустимыми параметрами, превышающими максимальные величины тока, напряжения и мощности не менее чем 1.5 раза.

5. Выбор резистора R2.

Резистор R2 выбирают из условия обеспечения тока базы транзистора VT2, необходимого для создания максимального тока коллектора транзистора VT2

I_{б2 мах} = I_{к2 мах} / β₂,

где β₂ - коэффициент усиления транзистора VT2 в схеме с общим эмиттером.

Максимальное выходное напряжение операционного усилителя DA1, как правило, не превышает напряжение питания минус 2В. Поэтому величину резистора R2 находят по формуле

R₂ = (U_н - U_эб2 – 2) / I_{б2 мах},

где U_эб2 находят по входной характеристике выбранного транзистора при токе базы, равном I_{б2 мах}.

Мощность, рассеиваемую резистором, находят по формуле

Р_2мах = (U_н - U_эб2- 2) I_б2мах

6. Выбор операционного усилителя.

В данной схеме к операционному усилителю предъявляются следующие требования:

- возможность работы с однополярным источником питания (определяется по отсутствию вывода, соединяемого с нулевой клеммой источника питания),

- возможность работы с низкими значениями напряжения питания (для стабилизаторов с низким входным напряжением),

- относительно большой выходной ток (5-10)мА,

- достаточно большой коэффициент усиления (больше 10000).

7. Расчет цепи измерительного моста.

Цепь измерения разности выходного и опорного напряжений состоит из источника опорного напряжения, выполняемого на стабилитроне VD1 и резисторе R5, и делителя напряжения, состоящего из резисторов R3 и R4.

Стабилитрон VD1 выбирают из справочника с напряжением стабилизации U_ст, равным примерно половине напряжения нагрузки U_н, для облегчения работы ОУ с однополярным питанием. Ток стабилизации (I_ст) стабилитрона выбирают примерно в середине диапазона токов стабилизации данного стабилитрона.

Сопротивление R₅ резистора R5 находят по формуле

R₅ = (U_н - U_ст) / I_cт

Мощность, рассеиваемая резистором, равна

P₅ = I_cт² R₅

Величины резисторов R3 и R4 выбирают из следующих условий: напряжения на VD1 и R4 должны быть одинаковыми при U_н = U_н.ном. Напряжение на верхнем конце резистора R3 должно быть равно U_н. Величину сопротивления резистора R4 выбирают из диапазона (1 - 100)кОм, учитывая большое входное сопротивление ОУ. Можно принять R₄ = 10кОм. Сопротивление R₃ выбирается из условия

,

откуда следует

R₃ = ,

затем рассчитывают мощность, рассеиваемую на резисторах, и выбирают тип резисторов по справочнику.

8. Выбор конденсатора С1.

Величину емкости конденсатора С1 выбирают из условия примерного равенства величин реактивного сопротивления конденсатора для напряжения пульсации и номинального сопротивления нагрузки

Х_с1< R_н, или

Рабочее напряжение конденсатора должно быть чуть больше напряжения на нагрузке.

Из справочника выбирают электролитический конденсатор типа К50-б, К50-31, или другого типа, с параметрами, удовлетворяющими расчетным.

Расчёт маломощного трансформатора

Цель расчёта - выбор типоразмера магнитопровода, определение числа витков и диаметра обмоточных проводов.

Типоразмер магнитопровод определяется по потребляемой мощности.

Для маломощных трансформаторов рекомендуются броневые магнитопровода, позволяющие изготовить трансформатор меньших размеров, массы и стоимости.

Определяется число витков первичной обмотки:

И вторичных обмоток

где U_i– напряжения на i-й обмотки, В;

δU_i- допустимое относительное падение напряжения на i-й обмотке, %;

f – частота, Гц;

B_m– амплитуда магнитной индукции, B_m=1,6 Тл;

Выбора индукции в зависимости от габаритной мощности трансформатора при частоте 50Гц для стали 3411 с ленточным магнитопроводом.

S_м – площадь,

Определяется диаметр проводов обмотки

d_i = 1,13√I_ij,

где, I_i – ток в i-й обмотки, А;

j – плотность тока, А/мм.

В схеме управления необходимо предусмотреть органы управления преобразователем

Приложения

Титульный лист пояснительной записки КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Морской факультет Кафедра электрооборудования судов и автоматизации производства   Курсовой проект Курсовой проект допущен к защите защищен с оценкой «__»______20___ г. ________________     Руководитель: Руководитель: Голиков СП Голиков СП ______________ «__»______20__ г.