Контрольная работа по Электронике - Расчет вторичных источников.. Контрольная работа 1 Расчёт блока питания

• Название: Контрольная работа 1 Расчёт блока питания
• Дата: 05.04.2023
• Размер: 2.71 Mb.
• Имя файла: Контрольная работа по Электронике - Расчет вторичных источников..doc
• Тип: Контрольная работа; #1038308
• страница: 1 из 4

Контрольная работа №1

Расчёт блока питания
Целью контрольной работы является закрепление знаний по разделу «Источники питания», привитие навыков в расчёте и выборе элементов источников питания, научиться пользоваться справочниками и оформлять принципиальные электрические схемы по ГОСТу, применять методы программированного расчёта.

В соответствии с заданием согласно варианту (приложение А) составить принципиальную схему блока питания, состоящую из трёх источников питания ИП1, ИП2, ИП3 (рис.1, а, б, в). Каждый источник питания построен по традиционной схеме и содержит понижающий трансформатор Т, выпрямитель В, сглаживающий фильтр СФ и стабилизатор напряжения СН. Схемы выпрямителей приведены на рис.2, сглаживающих фильтров – на рис.3, стабилизаторов напряжения – на рис.4. На рис.5 приведены схемы стабилизаторов напряжения с регулируемым выходным напряжением на основе потенциометров, подключаемых параллельно стабилитрону (стабилитронам).

Произвести электрический расчёт схем трёх источников питания. Расчёт всех электрических схем обычно начинается с конца: сначала рассчитывается стабилизатор напряжения, затем сглаживающий фильтр, выпрямитель и заканчивается расчётом силового трансформатора.

1. Расчет и выбор элементов стабилизатора напряжения.

Расчёт стабилизаторов напряжения по схемам рис.4, а, б проводится по методике приложения Б. При расчёте схемы стабилизатора по рис.4,б исходить из условия:

I_{б VT1} = I_{к VT2},
т.е. ток базы I_{б VT1} регулирующего транзистора VT1 должен быть равен току коллектора I_{к VT2} транзистора VT2 – усилителя постоянного тока, играющего роль схемы сравнения выходного напряжения U_н и опорного напряжения U_ст. Сигнал рассогласования на выходе схемы сравнения на VT2 управляет величиной сопротивления регулирующего транзистора VT1 таким образом, что изменения напряжения U_в на входе стабилизатора будут скомпенсированы и напряжение U_н на выходе стабилизатора будет постоянным.

Стабилизаторы напряжения по рис.4, а, б по своей схеме являются эмиттерными повторителями, т.е. напряжение U_н на выходе стабилизатора примерно равно напряжению U_ст на выходе параметрического стабилизатора, состоящего из резистора R и стабилитрона VD (рис 4, а, б) (прил. Г и Д).

Условие U_н = U_ст может быть выполнено двумя путями: либо подбором соединённых последовательно нескольких стабилитронов с разными U_ст (по справочнику) (рис.5, а), либо применением схем стабилизаторов напряжения с регулируемым выходным напряжением (рис.5, б, в, г, д).

Первый путь (рис5, а) в схемном отношении является простым, однако из-за значительного разброса величин U_ст даже для одной партии стабилитронов точно подобрать нужное значение U_ст трудно, т.к. требуется определить экспериментально значения U_ст большого количества стабилитронов. Второй путь более предпочтителен. Он заключается в параллельном подсоединении стабилитрону (стабилитронам) (рис.5, б, в, г, д) потенциометра R2, с движка которого снимается нужное значение U_ст­. Схема рис.5, в содержит два потенциометра R2 и R3, отличающиеся по величине сопротивления примерно на порядок (R2 = 2-4 кОм, R3 = 300-600 Ом). Это позволяет осуществить грубую (Г) настройку U_ст потенциометром R2, а потенциометром R3 – точную (Т). Следует учитывать, что начиная с токов нагрузки I_н­ = 0,2-0,3 А, регулирующий транзистор в схемах рис4, а, б, в, надо устанавливать на алюминиевый радиатор для отвода тепла.

Диоды VD2, VD3, VD4 в схеме рис.4, б выполняют защиту стабилизатора от коротких замыканий и при превышении напряжения U_н выше допустимого.

Величина сопротивления резистора защиты R2 в схеме рис. 4, б рассчитывается по методике [2].

Стабилизатор напряжения в интегральном исполнении (рис.4, в) не рассчитывается, а выбирается микросхема DA1 по справочнику в соответствии с заданными U_н и I_н (приложение Е).

2. Выбор и расчёт элементов сглаживающих фильтров.

В схемах фильтров рис.3 элементы рассчитываются:

,

где f = 50 Гц – частота питающего напряжения U₁ = 220 В;

q = 0,05-0,5 – коэффициент пульсаций сглаживающего фильтра;

- сопротивление нагрузки.

В качестве конденсаторов фильтра C_ф выбираются электролитические полярные конденсаторы, например, К50-6…К50-35 и др.

Индуктивность фильтра L_ф рассчитывается по формуле:

.

По результатам расчёта L_ф по справочнику [5] подбирается подходящий дроссель.

Расчёт резисторов R1 и R2 в схемах выпрямителей с умножением напряжения по рис.2, д и 2,е. Напряжение на каждом из данных резисторов при условии равенства их сопротивлений (R1 = R2) равно половине напряжения U_н на нагрузке. Приняв токи через резисторы R1 и R2 в 10 раз меньше тока нагрузки I_н, определяем величины R1 и R2

.

Допустимая мощность рассеяния на R1 и R2

.

В схемах RC-фильтров (рис.3, в, г) величина R_ф. должна отвечать условию: потери напряжения на R_ф от протекания по нему тока нагрузки I_н не должны превышать 20-30% от напряжения нагрузки U_н.

3. Выбор диодов выпрямителей.

Диоды выпрямителей выбираются по двум параметрам:

U_{обр. макс.} - максимально допустимое обратное напряжение;

I_{пр.макс.} – максимально допустимый прямой ток.

U_{обр. макс.} определяется:

для однополупериодного выпрямителя (рис.2, а)

U_{обр. макс.} = π · U_н ≈ 2· U_2m,

где U_2m – амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора;

для двухполупериодного выпрямителя со средней точкой (рис.2, б)

U_{обр. макс.} =2 · π · U_н ≈ 4· U_2m;

Для мостовой схемы (рис.2, в)

U_{обр.макс.} = U_2m;

Для удвоителя напряжения (рис.2, г)

U_{обр. макс. VD1} = π · U_н ≈ 2· U_2m

U_{обр. макс. VD2} =2 · π · U_н ≈ 4· U_2m;

Для утроителя напряжения (рис.2, д)

U_{обр. макс. VD1} = π · U_н ≈ 2· U_2m

U_{обр. макс. VD2} =2 · (π · U_н)≈ 4· U_2m

U_{обр. макс. VD3} =3 · (π · U_н) ≈ 6· U_2m;

Для учетверителя напряжения (рис.2, е)

U_{обр. макс. VD1} = π · U_н ≈ 2· U_2m

U_{обр. макс. VD2} =2 · π · U_н ≈ 4· U_2m

U_{обр. макс. VD3} =3 · (π · U_н)≈ 6· U_2m

U_{обр. макс. VD4} =4 · (π · U_н) ≈ 8· U_2m;

По прямому току диоды выбираются из условия

.

Рекомендуется выбирать диоды: КД202, КД203, КД205, КД208, КД209, 2Д217, 2Д222, 2Д234, 2Д238, Д242, Д303, Д304.

4. Расчёт силовых трансформаторов и выбор по справочнику стандартных унифицированных трансформаторов.

Расчёт трансформаторов проводится по методике приложения В, а выбор подходящих унифицированных типов трансформаторов ТН или ТПП – по справочнику [5]. Выбор проводится по параметрам рассчитанного трансформатора.

5. По выбранным и рассчитанным элементам составить спецификацию для каждого источника питания (приложение Ж).

6. Разработать программы расчётов всех узлов источников питания, произвести по ним расчёты и сравнить их с результатами ручного расчёта.

Отчёт по контрольной работе должен содержать:

– принципиальную схему блока питания по ГОСТу (А4);

– краткое описание работы источников питания;

– методику и результаты ручного расчёта источников питания;

– программы расчётов элементов и их результаты;

– сравнение результатов ручного расчёта и по программам.

– выводы. В выводах отметить эффективность проектирования источников питания применением программированного расчёта.

Номер варианта контрольной работы соответствует номеру в ведомости группы.

Варианты контрольной работы представлены в приложении А и на рис.1-4.

При выполнении контрольной работы использовать справочники, указанные в списке рекомендуемых источников.
Литература

1. 
   Назаров С.В. Транзисторные стабилизаторы напряжения. – М.: Энергия, 1980. – 96с. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1007).
   
2. 
   Андреев В. Схемотехника экономичных стабилизаторов. – Радио, 1998, №6, с.50-51.
   
3. 
   Стабилизатор на К142ЕН5 с регулируемым выходным напряжением. – Радио, 1991, №10, с.34.
   
4. 
   Рябко В. «Специалист» с индексом М. – «М–К», 1991, №4, с.25.
   
5. 
   Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справ. / Н.Н.Акимов, Е.П. Ващуков, В.А.Прохоренко, Ю.П.Ходоренок. – Мн.: Беларусь, 1994. – 591с.: ил.
   
6. 
   Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник / В.Л.Аронов, А.В.Баюков, А.А.Зайцев и др. Под общ. ред. Н.Н.Горюнова. – 2-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 904 с., ил.
   
7. 
   Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник / А.В.Баюков, А.А.Зайцев и др.; Под общ. ред. Н.Н.Горюнова. – 3-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 744 с., ил.
   
8. 
   Диоды и тиристоры / Чернышев А.А., Иванов В.И., Галахов В.Д. и др.; Под общ. ред. А.А.Чернышева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1980. – 176 с., ил. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1005).
   
9. 
   Резисторы: Справочник / В.В.Дубровский, Д.М.Иванов, Н.Я.Пратусевич и др.; Под. ред. И.И.Четверткова и В.М.Терехова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1991. – 528 с., ил.
   
10. 
    Галкин В.И. Начинающему радиолюбителю. – 3-е изд., перераб. и доп. – Мн.: Полымя, 2001. – с.412: ил.
    

Рис.1. Структурная схема блока питания



Рис.2. Схемы выпрямителей: а) однополупериодный; б) двухполупериодный со средней точкой; в) мостовой; г) двухполупериодный удвоитель напряжения; д) двухполупериодный утроитель напряжения; е) двухполупериодный учетверитель напряжения.



Рис.3. Схемы фильтров: а) емкостной; б) индуктивный; в) Г - образный RC; г) Г - образный LC; д) П – образный RC; е) П - образный LC.



Рис.4. Схемы стабилизаторов напряжения: а) простейший; б) с усилителем постоянного тока; в) в интегральном исполнении.



Рис.5. Схемы стабилизаторов напряжения с регулируемым выходным напряжением.

Приложение А

Варианты заданий Таблица

№ вар.	ИП1 (рис.1а) СН1 (рис.4а)				ИП2 (рис.1б) СН2 (рис.4б)				ИП3 (рис.1в) СН3 (рис.4в)
	Uн1,В	Iн1,А	B1, рис2	Cф1, рис3	Uн2,В	Iн2,А	B2, рис2	Cф2, рис3	Uн3,В	Iн3,А	B3, рис2	Cф3, рис3
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	12	0,3	в	а	15	0,5	г	б	5	0,8	в	а
2	5	0,4	г	г	12	0,3	в	в	9	0,5	в	е
3	10	0,3	а	в	9	0,4	е	е	11	0,7	г	г
4	15	0,8	е	г	20	0,5	д	д	7	0,5	а	д
5	9	0,5	д	е	18	0,9	г	б	8	0,4	е	б
6	14	0,4	б	б	10	0,4	а	а	6	0,5	в	в
7	13	0,6	г	г	7	0,5	б	в	10	0,6	г	г
8	11	0,9	в	а	11	0,9	в	д	12	0,8	е	б
9	16	1,0	в	б	12	1,0	г	е	9	1,0	б	г
10	15	1,2	г	г	15	1,5	е	г	12	1,5	а	а
11	12	1,5	б	е	14	1,2	в	е	14	1,3	г	в
12	20	1,0	д	г	15	1,3	г	в	15	0,9	е	д
13	13	0,8	г	д	12	0,8	в	г	9	0,8	в	а
14	9	0,7	е	б	13	0,7	е	б	10	1,0	б	г
15	5	0,4	д	а	9	0,8	а	е	8	1,2	г	а
16	9	0,6	г	в	11	0,6	г	а	7	1,0	д	б
17	7	0,5	а	е	10	0,8	д	д	6	0,8	е	е
18	5	0,6	в	д	9	0,7	е	в	13	0,9	а	а
19	6	0,7	е	г	8	0,9	г	б	15	0,8	в	а
20	13	0,4	а	б	13	1,0	в	а	5	0,7	г	г
21	12	0,3	д	д	8	0,8	г	г	9	1,0	в	а
22	10	0,6	г	е	9	0,7	а	е	12	1,5	в	а
23	11	0,7	е	д	6	0,5	е	в	9	2,0	в	а
24	8	0,6	д	е	10	0,6	д	б	5	1,3	в	а
25	15	1,0	г	а	12	0,5	в	а	15	1,5	в	а
26	20	0,5	в	г	9	0,4	е	а	9	1,0	д	б
27	18	0,9	б	г	13	0,8	г	в	8	2,0	в	а
28	12	0,7	е	д	12	0,7	д	б	5	0,8	в	а
29	11	0,6	г	в	15	0,6	в	е	6	0,7	в	а
30	9	0,5	а	б	17	0,9	е	д	9	0,9	в	а
31	20	0,4	в	а	13	0,6	д	г	8	1,0	г	г
32	10	0,6	г	д	16	0,5	г	е	12	0,8	в	а
33	11	0,5	е	г	12	0,8	б	г	9	1,2	в	а
34	8	0,4	а	а	13	0,7	в	д	5	1,5	в	а
35	9	0,7	д	д	12	0,6	е	в	6	1,0	г	г
36	10	0,6	г	е	15	0,5	г	г	12	1,5	в	е
37	12	0,5	а	в	13	0,9	д	д	9	2,0	в	а
38	15	0,7	д	б	13	0,9	г	е	8	1,2	в	а
39	14	1,7	б	а	8	1,3	а	а	15	1,6	б	е
40	10	1,5	в	б	15	0,8	б	б	5	2,0	г	в
41	9	0,8	г	в	12	1,5	в	в	9	2,0	е	д
42	15	1,2	д	г	5	2,5	г	г	6	2,5	а	б
43	5	0,9	е	д	9	1,0	д	д	12	1,0	г	а
44	12	0,5	в	е	14	2,0	е	е	5	0,8	в	г
45	18	0,6	б	а	11	0,8	а	а	5	1,0	д	а