Расчет вторичного источника питания. Выбор и расчет сглаживающего фильтра

Задание.

Провести полный расчет вторичного источника питания, структурная схема которого:

1.  Первичная сеть 220 В, 50 Гц с возможными отклонениями напряжения +5% и -15%.

2.  В соответствии с вариантом:

·  Ток нагрузки I_н = 9,5 мА = 0,0095 А;

·  Напряжение на нагрузке U_н = 15 В с пределами регулирования ΔU_n+ = +2 В, ΔU_n- = -1 В

·  Допустимый коэффициент пульсаций ε_вых = 10^-3;

·  Минимальный коэффициент стабилизации напряжения К_{ст мин} = 58;

3.  Схема двухполупериодного мостового выпрямителя:

1.  Выбор и расчет стабилизатора напряжения.

Так как ток в нагрузке, но необходимо регулировать напряжение на нагрузке (заданы ΔU_n+,ΔU_n-), то выбираем компенсационный стабилизатор напряжения.

 

1) Определяем максимальный ток коллектора транзистора VT1:

2) Определяем значения выходного напряжения на нагрузке:

• Минимальное:             
• Максимальное:            

3) Определяем напряжения на входе КСН:

·  Минимальное:                           ,

где ориентировочно принимаем      ;

• Номинальное:     
• Максимальное:  

4) Максимальные значения напряжения коллектор-эмиттер и рассеиваемой мощности на транзисторе VT1 ,будут равны:

5) В блоках питания применяются низкочастотные транзисторы. По найденным значениям , по справочнику выбираем транзистор n-p-n структуры и выписываем его параметры: 

Тип транзистора		мА	В	В	Вт	мкА
МП35	13…125	20	15	0,3	0,15	30

6) Определяем максимальный ток базы транзистора VT1:

< 5 мА, значит РЭ выполняем на одном транзисторе VT1. Из схемы исключаются R2 и VT2, а база VT1 подключается к коллектору VT3 вместо базы VT2.

7) Принимаем ток коллектора транзистора VT3 равным:

8) Определяем максимальное, минимальное и номинальное значения напряжения на коллекторе VT3 относительно общего минуса:

для мощных транзисторов

9) Рассчитываем сопротивление резистора R1 и его мощность:

Выбираем резистор R1: Е6 (номинальная мощность 0,125Вт, сопротивление Ом)

10) Вычисляем максимальный ток коллектора транзистора VT3:

Где R1 – сопротивление выбранного резистора

11) Напряжение стабилитрона VD1 выбираем в пределах 6…8 В, но при этом напряжение на коллектор-эмиттер транзистора VT3 должно быть не менее 3 В, т.е.

12) По найденному значению и учитывая, что ток стабилизации VD1 не должен превышать максимально допустимый ток стабилитрона [,   6,0041<17]выбираем тип стабилитрона и выписываем его параметры:

Тип стабилитрона
КС175Ж		4	17	40

13) Уточняем напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT3:

6,9В

14) Определяем мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT3:

0,0041 = 0,019251Вт

15) По найденным значениям  по справочнику выбираем транзистор n-p-n структуры и выписываем его параметры.

Тип транзистора		мА	В	В	Вт	мкА
МП101	10…25	20	20	0,3	0,15	3

16) Вычисляем сопротивление резистора R3 и его мощность:

Выбираем резистор R3: Е6 (номинальная мощность 0,25Вт, сопротивление Ом)

17) Проверяем максимальный ток стабилитрона VD1:

,  0,028<17

18) Рассчитываем ток базы транзистора VT3:

19) Находим сопротивления резисторов делителя и их мощность.

Для этого принимаем ток делителя

Тогда полное сопротивление делителя ,

а сопротивление резисторов делителя и их мощности найдем по формулам, приняв

Выбираем резисторы R4, R5, R6.

R4: Е12 (номинальная мощность 0,125Вт, сопротивление 820 Ом)

R5: Е6 (номинальная мощность 0,01Вт, сопротивление 68 Ом)

R6: Е6 (номинальная мощность 0,125Вт, сопротивление 680 Ом)

20) Определяем достигаемый коэффициент стабилизации:

Где  - коэффициент передачи по напряжению делителя;

 - коэффициент усиления по напряжению УПТ на VT3.

 - входное сопротивление транзистора VT3. Берется либо из справочника, либо рассчитывается по ВАХ. Обычно оно составляет для транзисторов малой мощности – 200…300 Ом, средней мощности – 70…100 Ом и большой мощности – 20…30 Ом.

21) Входные параметры КСН:

• Входной ток КСН

• Входное напряжение КСН 
• Входное сопротивление КСН 

22) Оценим коэффициент полезного действия КСН при номинальной нагрузке:

Ориентировочный расчет стабилизатора напряжения закончен.

2.  Выбор и расчет сглаживающего фильтра.

Так как I_н<0,1 A, то выбираем П-образный RC-фильтр

 

1) Разделяем фильтр на два звена: емкостный фильтр – С1 и Г-образный фильтр – R1С2.

2) Коэффициент пульсации напряжения:

 e₁= 0,02…0,04;

Коэффициент сглаживания емкостного фильтра С1:

3) Коэффициент сглаживания второго звена:

4) Общий коэффициент сглаживания П-образного RC-фильтра:

5) Сопротивление резистора R7 и мощность:

6) Определяем величину емкостиС1, исходя из необходимой постоянной времени фильтра:

7) Определяем величину емкостиС2:

Проверяем расчет:

а) Условие согласования фильтра с нагрузкой – выполняется:

                            

б) Условие допустимых габаритов – выполняется:

С1<0,004 Ф,

С2<0,004 Ф;

0,000056<0,004 Ф

0,00039<0,004 Ф

3.  Расчет выпрямителя.

1) Постоянная составляющая напряжения на выходе выпрямителя – входе фильтра:

2) Определяем среднее напряжение на входе выпрямителя – на вторичной обмотке трансформатора:

 для германиевого диода

Для мостовой схемы выпрямителя:

3) Определяем напряжение на вторичной обмотке трансформатора:

• амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора:

• действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора:

4) Определяем токи во вторичной обмотке трансформатора:

• постоянная составляющая тока на выходе выпрямителя I_в равна входному току СН

• среднее и действующие значения тока во вторичной обмотке