Расчет деталей блока питания

      В зависимости от способа выполнения регулирующего элемента стабилизаторы подразделяются на последовательные и параллельные. В стабилизаторах первого типа регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой, в стабилизаторах второго типа – параллельно.

      Стабилизатор  последовательного типа (рис.3.а) состоит из регулирующего элемента Р, включенного последовательно с нагрузкой, схемы сравнения СС и усилитель постоянного тока У. 

 
 
 
 
 
 
 
 

      Схема сравнения включает в себя источник опорного напряжения и сравнивающий делитель. В схеме сравниваются выходное и опорное напряжения. Сигнал разности этих двух напряжений подается на вход усилителя постоянного тока. При изменении выходного напряжения на выходе схемы сравнения появляется сигнал рассогласования, который усиливается усилителем постоянного тока и поступает на вход регулирующего элемента. Изменение сигнала на входе регулирующего элемента приводит к изменению падений напряжения на нем, и выходное напряжение изменится до первоначального значения с определенной степенью точности.

      Параллельная схема стабилизатора (рис.3.б) состоит из тех же элементов. Отличие заключается в том, что регулирующий элемент включен параллельно нагрузке, а последовательно с ней включен гасящий резистор Rг. При изменении выходного напряжения появляется сигнал на выходе схемы сравнения, усиливается усилителем постоянного тока и воздействует на регулирующий элемент так, что ток последнего изменяется.

      Изменение тока регулирующего элемента вызывает изменение тока через гасящий  резистор, что приводит к изменению  падения напряжения на нем, в результате чего компенсируется изменение выходного напряжения с определенной степенью точности.

      Из  рассмотренных выше схем видно, что  качественные параметры их приблизительно одинаковые, в проектировании нашего источника питания будем использовать схему с последовательным включением регулирующего элемента, имеющую более высокий КПД и применяющуюся в разработках более часто.

      Опираясь  на исходные данные курсового проекта, выберем схему стабилизатора из справочной литературы, которая наиболее подходит по своим параметрам, а так как параметры этой схемы неполностью соответствуют нашим данным, то внесем в нее некоторые изменения, чтобы она полностью подходила под наши данные.

 

5. Энергетический расчет ИП.

5.1. Расчет элементов  стабилизатора постоянного  напряжения.

      Исходные  данные для расчета (берем из ТЗ):

      

      Расчет  силовой части стабилизатора.

      Максимальный  ток через регулирующий транзистор равен ; .

      VD5 и VD6 - два диода типа КД521 с прямым падением напряжения 1в. Так как в качестве нагрузки усилителя используется эмитерный повторитель, то определяем минимальное напряжение Возьмем    Найдем ориентировочную амплитуду пульсации на входе стабилизатора

      Минимальное напряжение на входе стабилизатора  Примем

      По  задаче   Определим номинальное и максимальное напряжение на входе стабилизатора:

      

      Прикинем  ориентировочную величину внутреннего  сопротивления фильтра  .

      Найдем  максимальное напряжение на входе стабилизатора  .

      Рассчитаем  максимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора : .

       Величина максимальной мощности рассеиваемая на регулирующем транзисторе:

      По  величинам  выбираем из справочника тип регулирующего транзистора - КТ815.

      Для выбора транзистора  определим:

1. минимальный и максимальный токи базы транзистора :

       

( -параметры в дальнейших расчетах определяются по справочнику);

      2) ток через  :

, где  - обратный ток коллектора транзистора КТ815 при максимальной температуре коллекторного перехода, а - число транзисторов , включенных параллельно ( =1); .

Определим величину сопротивления  : . Пусть =3300 Ом, тогда . Выбираем в качестве резистор типа ОМЛТ-1-5.2±5% кОм.

      3) максимальное значение тока эмиттера  транзистора  :

;

4) максимальное значение напряжения  коллектор-эмиттер транзистора :

5) максимальную величину мощности, рассеиваемую транзистором  :  .

      По  величинам  = 0.109 А, = 23.4 В, = 2.3 Вт выбираем транзистор типа КТ502.

      Определим минимальный и максимальный токи базы транзистора  :

      

      Так как ток  > (0.3 ÷ 0.5) мА, то увеличиваем число транзисторов, вводя в составной, до трех.

      Для выбора транзистора  определим:

      1) ток через резистор  :      

      

      2) величину сопротивления  : . Пусть = 22000 Ом, тогда . Выбираем в качестве резистор типа ОМЛТ-0.5-22±5% кОм;

       3) максимальный  ток эмиттера транзистора  :

                                                 ;

      4) максимальное значение напряжения коллектор-эмиттер транзистора : 

      5) максимальную величину мощности, рассеиваемую транзистором  :

           .

      По  полученным величинам  , , выбираем в качестве транзистор типа КТ315.

      Найдем  максимальный ток базы транзистора  :

       , < (0.3 ÷ 0.5) мА – значит количество транзисторов, входящих в составной, равно трем.

      Расчет  схемы сравнения и усилителя  постоянного тока.

       Определим величину опорного напряжения = 27 В. В качестве источника опорного напряжения выберем стабилитрон типа КС527. Его основанные параметры:

      Зададимся максимальным током коллектора усилительных транзисторов и : .

      Определим максимальное напряжение коллектор-эмиттер  транзистора  :

      Определим максимальную мощность, рассеиваемую транзистором : Выбираем из справочника по полученным величинам , , транзисторы и типа КТ315.

      Найдем  величину сопротивления в цепи эмиттера следующим образом: . Пусть , тогда мощность будет равна .

      В качестве выбираем резистор типа ОМЛТ-1-2.7±5% кОм.

      Расчет  эмиттерного повторителя, состоящего из , и диодов VD5-VD6.

       Сопротивление резистора  определяем из выражения: , где , а для диодов КД521 , тогда . Пусть , тогда мощность, рассеиваемая на : . Поэтому в качестве сопротивления возьмем один резистор типа ОМЛТ-0,25-7.5±5% кОм.

      Определим сопротивление  :           .

Пусть , тогда рассеиваемая мощность на будет равна                                               .                                             . Поэтому в качестве сопротивления выбираем резистор типа ОМЛТ-0.125-280Ом.

       Транзистор  выбираем исходя из следующих величин:  

      По  этим данным выбираем транзистор типа КТ361Б. Из его характеристик , а так как < , то транзистор выбран верно.

      Убедимся, что величина максимального тока через стабилитрон Д3 не превышает предельно допустимого значения: что меньше, чем = 0.13 А, значит все в порядке.

      Сопротивление резистора  определяем из выражения , пусть =330 Ом, тогда мощность, рассеиваемая на соответственно равна . Поэтому в качестве сопротивления возьмем резистор типа ОМЛТ-1-330±10% Ом.

      Зададимся током делителя . Определим максимальный и минимальный коэффициенты передачи делителя:

      

      Определим сопротивление делителя . Сопротивление резистора верхнего плеча делителя . Пусть = 620 Ом, тогда . В качестве выбираем резистор типа ОМЛТ-0.125-620±10% кОм.

       Сопротивление резистора нижнего плеча делителя: . Пусть , тогда.  

                                              

      Поэтому в качестве сопротивления  используем резистор типа ОМЛТ-0.5-6.8±10% кОм.

      Сопротивление переменного резистора определим  из: . Пусть , тогда . Поэтому в качестве резистора будем использовать резистор типа СПО-0.5-2.2 кОм.

      Определим основные параметры стабилизатора: и внутреннее сопротивление r.

      Для данного стабилизатора:

      (*) , где - коэффициент усиления составного транзистора по напряжению; - коэффициент усиления усилителя постоянного тока; а - коэффициент передачи делителя; - коэффициент, учитывающий влияние входного сопротивления усилителя на коэффициент передачи делителя; - сопротивление коллектора транзистора в схеме с общим эмиттером; - число регулирующих транзисторов, включенных последовательно (в нашем случае он один).

      Для нахождения данных параметров воспользуемся  рядом табличных формул:

      

      где = 50000 Ом – сопротивление коллектора для кремневых транзисторов, определяется из справочника при токе 50 мА через диод КД521 – 2 Ом; так как в схеме два диода, соединенных последовательно, то = 2·2 = 4 Ом, тогда .

      Найдем  сопротивление, шунтирующее вывод усилителя:

, где  = 20000 Ом – сопротивление коллектора для кремневых транзисторов.  

      Найдем  .

      Определим , где = 20000 Ом для КТ361.

      Найдем  где

      

      Тогда .

      Используя вышеизложенные вычисления и выражение  получаем: , что удовлетворяет нашему техническому заданию.

      Найдем  внутреннее сопротивление стабилизатора: , где - число регулирующих транзисторов включенных параллельно, - крутизна регулирующего транзистора, при , . Определим нагрузочную емкость . В качестве выберем конденсатор типа К-50-29-63В-470мкФ.