Файл: Расчет источника питания 12В (мп п).docx

Рассматриваемый источник вторичного питания имеет следующие параметры:

• 
  Входное напряжение
  
• 
  Выходное напряжение при напряжении сети 220 В
  
• 
  Нестабильность выходного напряжения при изменении напряжения сети от 176 до 240 В
  
• 
  Нестабильность выходного напряжения от изменения тока нагрузки, не более
  
• 
  Размах пульсаций выходного напряжения на эквиваленте активной нагрузки, не более
  

2 Практическая часть

2.1 Покаскадный расчёт стабилизатора напряжения 12 В
Цель данного расчёта – рассчитать стабилизатор напряжения, составленный по той же схеме, что и исходная (рис. 1.2), обеспечивающий те же характеристики, но построенный на основе других активных элементов. Понятно, что новые активные элементы в этом случае должны иметь параметры, максимально приближённые к параметрам «исходных» элементов. Поэтому в процессе расчёта предстоит подобрать такие элементы, и заново провести расчёт обвязки, т.к. подобранные элементы, сколь не были бы похожи на «исходные», всё равно будут отличаться от них. Соответственно, номиналы элементов обвязки также изменятся. Но при этом их тип и расположение останутся неизменными. Поэтому, например, в ходе расчёта можем оставить те же полупроводниковые диоды, что и в исходной схеме, и их параметры останутся неизменными. Отсюда следует также возможность дополнить исходные данные, проанализировав исходную принципиальную схему (рис. 1.2).

2.2 Анализ исходной схемы

Таким образом, для выпрямительного диода (КД226Б) максимальный постоянный прямой ток [4]. С учётом реальных условий эксплуатации, можем определить прямой ток через этот диод в рабочем режиме: , который к тому же является и входным током для стабилизатора напряжения.

По схеме можно определить, что в цепи опорного источника напряжения и в цепи резистивного делителя действует одно и то же напряжение

---

. Это связано с тем, что на фильтре низких частот потеря напряжения составит 0,3 В, а остальные 12 В, как и предполагается, поступят на нагрузку.

Замена транзистора схемы управления приведёт к необходимости пересчёта номиналов сопротивлений делителя напряжения, но при этом общее напряжение 12,3 В и ток останутся неизменными. Поэтому зная номиналы резисторов и напряжения в исходной схеме, определим этот ток:

(1)

Итак, после анализа исходной схемы, когда все необходимые данные были получены, можно приступать непосредственно к расчёту.

2.3 Расчёт компенсационного стабилизатора напряжения 12 В

Так как величина выходного напряжения при расчёте останется такой же, как в исходной схеме, то нет необходимости пересчитывать источник опорного напряжения. Поэтому оставляем этот каскад без изменений. Итак, в качестве стабилитрона остаётся стабилитрон с номинальным напряжением стабилизации [4]. Резистор R30 в цепи стабилитрона имеет номинал Ом и допустимую мощность до мВт.

Рассчитаем резистивный делитель напряжения и усилитель схемы управления. Последний состоит из одного маломощного транзистора, эмиттер которого подключён к источнику опорного напряжения, а база – к резистивному делителю напряжения. Транзистор подключен к цепи стабилитрона таким образом, что напряжение база – эмиттер задаёт «нулевой» уровень потенциала на стабилитроне, тогда как верхний уровень определяется выходным напряжением 12,3 В. Данное включение приводит к тому, что стабилитрон работает в номинальном режиме, т.е. стабилизирует напряжение , хотя фактически он стабилизирует выходное напряжение, то есть 12,3 В. Действительно:

(2)

где приведено без учёта падения напряжения на p – n переходе база-эмиттер.

Отсюда вытекает требование к резистивному делителю – обеспечить подачу напряжения на базу транзистора

---

, значение которого определяется «нулевым» потенциалом стабилитрона и напряжением насыщения база-эмиттер. Последний параметр является справочным, поэтому для продолжения расчёта необходимо выбрать новый активный элемент, схожий по параметрам с «исходным» транзистором . В качестве такового выбрали транзистор [5]. Критерием выбора послужила схожесть параметров, указанных в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Сравнение характеристик транзисторов и

Транзистор	КТ315Б	КТ342А
Тип проводимости	n-p-n	n-p-n
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ, h21Э	50…350	100…250
Напряжение насыщения база-эмиттер, UЭБ нас (В)	0,6	0,6
Постоянное напряжение база-эмиттер, UЭБ max (В)	6	5
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер, UКЭ max (В)	20	30
Постоянный ток коллектора, IКЭ max (мА)	100	50
Постоянная рассеиваемая мощность коллектора PК max(мВт)	150	250
Граничная частота коэффициента передачи тока, fгр (МГц)	250	250

Значение является вполне допустимым, т.к. более чем в пять раз больше тока, протекающего в цепи делителя в стационарном режиме:

(3)

Максимальное напряжение база – эмиттер вместе со значением напряжения насыщения удовлетворяют требованиям схемы по заданию «нулевого» потенциала стабилитрона:

(4)

Исходя из последнего неравенства, можно определить величину напряжения, которое должно падать на переменном резисторе

---

:

(5)

Так как из анализа исходной схемы известен ток, протекающий по цепи резистивного делителя , то можно рассчитать номиналы резисторов и в новой схеме:

(6)

(7)

Поскольку переменный резистор должен иметь диапазон регулирования, то выберем его номинал примерно в два раза больший расчётного .

Рассчитаем мощность рассеяния на резисторах :

(8)

Таким образом, резистор должен иметь допустимую рассеиваемую мощность до 125 мВт.

Рассчитаем цепь регулирующего элемента, составленную из двух транзисторов, включённых по схеме Дарлингтона. В качестве маломощного активного элемента выбрали транзистор [5], основываясь на идентичности рассматриваемых параметров с параметрами «исходного» активного элемента:

Таблица 2.2 – Сравнение характеристик транзисторов КТ502Б и КТ502А

Транзистор	КТ502Б	КТ502А
Тип проводимости	p-n-p	p-n-p
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ, h21Э	80…240	80…240
Напряжение насыщения база-эмиттер, UЭБ нас (В)	<1	<1
Постоянное напряжение база-эмиттер, UЭБ max (В)	5	5
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер, UКЭ max (В)	25	25
Постоянный ток коллектора, IКЭ max (мА)	350	350
Постоянная рассеиваемая мощность коллектора PК max(мВт)	350	350
Граничная частота коэффициента передачи тока, fгр (МГц)	5	5

---

В качестве регулирующего элемента взяли [4], поскольку значения его параметров хорошо согласуются со значениями «исходного» транзистора [6].
Таблица 2.3 – Сравнение характеристик транзисторов и

Транзистор	КТ837Ф	КТ835Б
Тип проводимости	p-n-p	p-n-p
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ, h21Э	50…150	10…100
Напряжение насыщения база-эмиттер, UЭБ нас (В)	0,5	1
Постоянное напряжение база-эмиттер, UЭБ max (В)	5	4
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер, UКЭ max (В)	40	30
Постоянный ток коллектора, IКЭ max (А)	7,5	7,5
Постоянная рассеиваемая мощность коллектора PК max (Вт)	30	25

Резистор задаёт напряжение коллектор – эмиттер на регулируемом элементе. Входное напряжение стабилизатора , а в цепях резистивного делителя и ИОН . Величины этих напряжений и входной ток в результате расчёта не меняются, а значит не изменится ни напряжение на резисторе ни его номинал, ни допустимая мощность рассеяния на нём. Итак, резистор имеет номинал Ом и допустимую мощность до Вт.

Переход коллектор – база мощного транзистора должен быть зашунтирован дополнительным резистором, который закорачивает неуправляемые токи коллектора и базы, наличие которых может привести к самопроизвольному «приоткрыванию» транзистора, что как минимум негативно скажется на качестве стабилизации, а может привести и к выходу из строя регулирующего элемента. Номинал этого резистора зависит от напряжения насыщения транзистора, коэффициента передачи тока и самого тока нагрузки. Для составного транзистора номинал данного сопротивления берётся с запасом:

---