Параметры мощных оу

	Iвых, А	Uвых, В	Uп, В	Kuо, тыс	f1, МГц	Uсм, мВ	Прим.
К157УД1	0,3	12	15	50	0,5	5	-
К1040УД1	0,015	27	+5…+33	25	1,0	7	Два ОУ
К1040УД2	0,5	22,5	25	1	0,3	50	Два ОУ
К1408УД1	0,1	19	27	70	0,5	8	-
К1422УД1	1,0	-	15	50	4,5	5	-

Проектирование вип и стабилизаторов напряжения на имс

Задание 4.

Рассчитать вторичный источник питания, работающий от однофазной сети переменного тока 220В, 50 Гц, обеспечивающий заданные параметры на нагрузке, для чего:

• выбрать схему стабилизатора и рассчитать ее элементы;

• определить необходимый коэффициент сглаживания пульсаций и рассчитать элементы сглаживающего фильтра;

• определить требования к выпрямительным диодам и выбрать их тип для заданной схемы выпрямления;

• определить параметры трансформатора и выбрать стандартное изделие

• начертить схему спроектированного источника питания.

Методические указания

 Почти любая электронная схема - от простых схем на транзисторах и операционных усилителях и до сложнейших цифровых и микропроцессорных систем - требует для своей работы одного или нескольких стабильных источников постоянного тока. Простые нерегулируемые источники питания типа "трансформатор - неуправляемый выпрямитель - фильтр нижних частот" во многих случаях не годятся, так как их выходное напряжение зависит от тока нагрузки и напряжения в сети. К счастью, легко построить источник стабильного питания, используя отрицательную обратную связь и сравнивая выходное напряжение с некоторым постоянным эталонным (опорным) напряжением. Такие стабилизированные источники питания универсальны и могут быть изготовлены в виде интегральных микросхем стабилизаторов напряжения.

    Как правило, регулирующим элементом ИМС стабилизаторов напряжения является биполярный либо полевой транзистор. Если этот транзистор работает в активном режиме, то стабилизатор называют линейным (непрерывным), а если регулирующий транзистор работает в ключевом режиме - импульсным.

Основное назначение стабилизаторов - поддерживать выходное напряжение неизменным, равным номинальному значению в условиях изменяющегося входного напряжения, токов нагрузки, температуры окружающей среды и старения элементов.

    К точностным параметрам относятся: точность установления выходного напряжения, коэффициент стабилизации, выходное сопротивление, температурный коэффициент напряжения, временнaя стабильность, шум выходного напряжения.

    Точность установления выходного напряжения обычно указывается для стабилизаторов с фиксированным выходным напряжением. Она зависит, в основном, от технологических факторов. Отклонения выходного напряжения от номинального значения вызваны разбросом элементов, входящих в состав стабилизатора. Точность установления повышают путем лазерной подгонки сопротивлений делителя обратной связи.

    Коэффициент стабилизации определяется как отношение приращения входного напряжения к вызываемому им приращению выходного напряжения стабилизатора:

К_ст = ΔU_вх /Δ U_вых.

    Часто вместо этой величины в справочниках приводится так называемая "нестабильность по напряжению", под которой понимают относительное изменение выходного напряжения в % при изменении разности входного и выходного напряжений в заданных пределах. Иногда также приводится нестабильность по напряжению как абсолютное изменение выходного напряжения в мВ при изменении разности входного и выходного напряжений или просто входного напряжения в заданных пределах. Повышение коэффициента стабилизации достигается увеличением коэффициента усиления усилителя ошибки.

    Выходное сопротивление характеризует стабильность выходного напряжения стабилизатора при изменении тока нагрузки:

R_вых = ΔU_вых /Δ I_н.

    В справочниках вместо выходного сопротивления иногда приводится так называемая "нестабильность по току", под которой понимают относительное изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки в заданных пределах, в процентах от номинальной величины для стабилизаторов с фиксированным выходным напряжением и в милливольтах - для регулируемых стабилизаторов.

    Температурный коэффициент напряжения характеризует стабильность выходного напряжения стабилизатора при изменении температуры окружающей среды:

ТКН = Δ U_вых /Δ Т° .

    В справочниках часто приводится так называемая "температурная стабильность", под которой понимают относительное изменение выходного напряжения в процентах от номинальной величины при изменении температуры окружающей среды в допустимых для данной ИМС пределах. Используется также термин "температурный дрейф выходного напряжения", определяемый отношением ΔU_вых/(U_{вых.ном} ΔТ° ) и измеряемый в мВ/(° С*В).     Долговременная стабильность определяет относительное изменение выходного напряжения в процентах от номинального значения за 1000 часов работы при температуре окружающей среды, соответствующей верхней границе рабочего диапазона.   В упрощенном виде схема линейного стабилизатора напряжения приведена на рис.4.1. Схема состоит из операционного усилителя, включенного по схеме неинвертирующего усилителя с отрицательной обратной связью по напряжению и выполняющего роль усилителя ошибки. Выходной ток ОУ управляет регулирующим транзистором VТ1, включенным по схеме эмиттерного повторителя. Питание операционного усилителя осуществляется однополярным положительным напряжением. Это накладывает ограничения на допустимый диапазон входных и выходных сигналов, которые должны быть только положительными.

Рис.4.1. Схема линейного стабилизатора напряжения

    Для схем источников питания такое ограничение не играет роли, поэтому от использования отрицательного напряжения питания можно отказаться. Еще одно преимущество подобной схемы состоит в том, что положительное напряжение питания операционного усилителя можно удвоить, не опасаясь превысить его предельно допустимые параметры. Таким образом, стандартные операционные усилители можно использовать в схемах стабилизаторов со входным напряжением до 30 В. Хотя операционный усилитель питается от нестабилизированного входного напряжения U_вх, благодаря глубокой отрицательной обратной связи, влияние этого фактора на стабильность выходного напряжения невелико.

Для расчета источника питания исходными данными являются:

• полярность и величина напряжения питания схемы ;

• потребляемый ток , определяемый как сумма токов потребления всех цепей питаемого устройства либо из заданной мощности источника питания;

• требуемое значение коэффициента пульсаций на выходе источника питания (принять 0,1%);

• допустимые отклонения выходного напряжения

При проектировании источника питания не забывайте учитывать полярность необходимого вам напряжения

Расчет начинается с выбора схемы стабилизатора компенсационного типа обеспечивающего основные параметры питающего напряжения. В настоящее время выпускается большое число ИМС стабилизаторов непрерывного действия, некоторые из них имеют регулируемое выходное напряжение (см, табл. 4.1). При необходимости подачи в схему усилителя нескольких напряжений стабилизатор 1 рассчитывается на наибольшее , а остальные формируются с использованием параметрических стабилизаторов (рис. 4.2).

Рис 4.2. Параметрический стабилизатор

1. Определяем требуемый коэффициент стабилизации схемы

,

где ; - рассчитывается или задано; - из задания.

Расчет блока вентилей осуществляется путем выбора соответствующих коэффициентов из таблицы 4.1 для вашей схемы выпрямления.

Сглаживающий фильтр рассчитывается по известным соотношениям (1...5) c учетом

q >> 1, C_ф1000 мкФ; необходимость применения многозвенного фильтра обосновывается заданным коэффициентом сглаживания. По результатам этой части расчета должны быть выбраны:

• тип выпрямительного диода или диодной сборки;

• тип, емкость и допустимое напряжение конденсатора и дросселя (если он используется);

По результатам расчета составляется схема источника питания (выпрямитель, фильтр, стабилизаторы). Пример схемы выпрямителя с фильтром приведен на рис. 4.3.

Таблица 1

Схема выпрямления
Двухполупериодная нулевая	0,5	3,14	1,11	0,707	0,667
Двухполупериодная мостовая	0,5	1,57	1,11	1	0,667

Рис.4.3. Выпрямитель с LC фильтром

Основные расчетные соотношения для сглаживающего фильтра :

; (1) (2);

;(3) ; (4)

(5).

Расчет параметрического стабилизатора

Стабилитрон выбирается по заданному значению напряжения стабилизации U_ст = U_н.

Рабочий режим рекомендуется задавать в пределах диапазона токов стабилизации следующими значениями: I_{р max}=0.8^.I_{ст max}; I_{р min}=3^.I_{ст min}.

Проверка пригодности стабилизатора при заданных диапазонах изменения U_вх и I_н

(I_{р max} + I_{н min})^.(1-Н)-(I_{р min} + I_{н max})^.(1+B) > 0,

где Н = (U_ном-U_min)/U_ном; B = (U_max-U_ном)/U_ном;

U_{ном –} номинальное входное напряжение, В,

U_max, U_min – максимальное и минимальное входное напряжение, В,

I_{н min}, I_{н max} – пределы изменения тока нагрузки, А.

Если неравенства не выполняются, рекомендуется выбрать более мощный стабилитрон, либо задаться меньшими изменениями U_вх, или уменьшить изменение тока в нагрузке.

При возможности режима холостого хода необходимо принять I_{н min} = 0, чтобы избежать повреждения стабилитрона.

Для проверки номинального значения входного напряжения пользуются следующей формулой:

.

Определяем сопротивление балластного резистора, Ом, по формуле:

.

Коэффициент стабилизации рассчитывается по формуле .