Приклад розрахунку стабілізованого джерела постійної напруги

Розрахувати стабілізоване джерело постійної напруги для живлення навантаження потужністю- Р_н = 0,2 Вт; U_H = 10 В з використанням двопівперіодної з нульовим виводом схеми випростувана, параметричного стабілізатора від мережі змінної напруги U₁ =220 В, якщо середнє значення випростаної напруги U_d =13 В. Коефіцієнт пульсацій на виході згаджувального LC-фільтра K_п.вих = 0,01. Напруга мережі змінюється в межах від 0,9 U₁ до 1,1 U₂

Розв'язок: Визначаємо параметри навантаження (струм, опір)

Розрахуємо параметричний стабілізатор напруги (рис. ПЗ).

Оскільки напруга навантаження U_н = 10 В, то для її стабілізації но­мінальна напруга стабілітрона повинна дорівнювати U_ст.н =U_н =10 В. З табл. З (див.Додатки) вибираємо стабілітрон, що задовольняє цій умові, а саме, Д814В, паспортні дані якого: U_ст.н=10В; I_ст.мін =ЗмА; I_{ст.макс} =32мА; R_Д =12 Ом.

Визначаємо номінальне значення струму стабілізації стабілітрона

I_ст.н=(I_ст.мін+ I_{ст.макс})/2=17,5 мА

Обчислюємо опір баластного резистора

де U = U_d =13 В — напруга на виході фільтра, яку приймаємо рівною середньому значенню випростаної напруги, нехтуючи незначним спадом напруги в LC-фільтрі.

За шкалою номінальних величин вибираємо опір баластного резистора R_Б = 82 Ом.

Перевіряємо забезпечення умов стабілізації джерела постійної напруги. Для цього побудуємо робочу ділянку ВАХ стабілітрона та навантажувальні прямі з врахуванням зміни напруги мережі.

Робочу ділянку ВАХ стабілітрона будуємо за значеннями динамічного опору стабілітрона R_д, напруги U _ст.н та струму І_ст.н (рис. П2). Кут між робочою ділянкою ВАХ стабілітрона та віссю ординат з врахуванням масштабів струму та напруги дорівнює

де т_u =1 В/см; m_i =0,01 А/см — масштаби по осі напруги та струму відповідно, які вибираються за значеннями струму та напруги стабілітрона.

Рис.П1. До пояснення побудови навантажувальної прямої

Для побудови навантажувальної прямої при номінальній напрузі джерела необхідно зробити деякі перетворення. Оскільки вітка з джерелом напруги U (внутрішнім опором джерела нехтуємо) й резистором R_Б та вітка з навантаженням R_H з'єднані паралельно й містять тільки лінійні елементи (рис. П1), то замінимо їх еквівалентною віткою, параметри якої визначаємо за виразами:

Рівняння електричної рівноваги з врахуванням цього перетворення матиме вигляд U' = R'I_ст+U_cт. Побудуємо за цим рівнянням навантажувальну пряму. Для цього визначаємо координати двох точок навантажувальної прямої, а саме на осі абсцис при І_ст = 0 напруга U_ст = = U' = 11,17 В, і на осі ординат при (U_ст = 0 струм визначається за виразом І_ст= U'/R' = U/R _Б =0,158 А. Через ці точки проводимо навантажувальну пряму (рис.П2).

Для перевірки забезпечення умови стабілізації джерела необхідно побудувати дві навантажувальні прямі, що відповідають зміні напруги мережі в межах від 0,9U₁ до 1,1 U₁. Коливання напруги мережі в цих межах зумовить зміну напруги на вході параметричного стабілізатора на величину. Побудова цих навантажувальних прямих здійснюється шляхом проведення двох прямих, паралельних до навантажувальної прямої при номінальній напрузі джерела, через точки, що зсунені вліво та вправо на 0,1U' від напруги U' = 11,17 В. З рис. П2 видно, що побудовані паралельні прямі перетинають робочу ділянку ВАХ стабілітрона в точках, які розташовані в межах від I_ст.мін до І_{ст.макс}. Отже, умови стабілізації забезпечуються.

Рис.П2. Графічна інтерпретація роботи параметричного стабілізатора

За умовою до прикладу в стабілізованому джерелі застосовується двопівперіодний випростувач з нульовим виводом(рис.ПЗ). Проведемо його розрахунок.

За виразами, поданими в табл.4Д, визначаємо струм через вентиль та максимальну зворотну напругу на вентилі

І_v = 0,5І_d = 0,0187 A; U_{зв.макс} = 3,14U_d = 40,84 В, де I_d =I_н+I_ст.н =0,02 + +0,0175= 0,0375 А — середнє значення випростаного струму.

Вибір вентилів здійснюється за умовами I_пр.доп > I_v та U _зв.доп ≥ U_{зв.. макс}. З табл.2Д (див. Додатки) вибираємо діод типу Д105, який задовольняє цим умовам. Його паспортні дані: І_пр..доп = 0,03 A; U_зв.доп = 75 В.

Визначимо параметри анодного трансформатора. За виразами з

табл.4 обчислюємо:

діюче значення напруги вторинної обвитки трансформатора U₂=1,11U_d=14,43B;

коефіцієнт трансформації к = U₁ /U₂ = 220/14,43 = 15,25;

діюче значення струму вторинної обвитки

І₂ = 0,785 I _d = 0,785 * 0,0375 = 0,029 A

діюче значення струму первинної обвитки I₁ = І₂/к = 0,0019 А;

типову потужність трансформатора S_T = l,48P_d = 0,72 ВА, де Р_d=U_dI_d= = 0,487 Вт.

Розрахуємо параметри згладжувального LC-фільтра (рис. ПЗ). Коефіцієнт згладжування фільтра визначаємо за виразом

де К_{п. вх} = 0,667 — коефіцієнт пульсацій на виході двопівперіодного випростувача з нульовим виводом.

За рекомендаціями щодо розрахунку LC-фільтра визначаємо індуктивність фільтра

де За шкалою номінальних величин

уточнюємо значення індуктивності L_ф = 1,5 Гн.

Визначаємо ємність фільтра

Вибираємо ємність Сф =120 мкФ.

На рис.ПЗ до прикладу зображено схему стабілізованого джерела постійної напруги.

Рис. ПЗ. Схема стабілізованого джерела постійної напруги

Дата добавления: 2015-07-18