Методика розрахунку випрямляча і фільтра

Вихідні дані:

U_o – вихідна напруга;

I_o – вихідний струм;

К_п – максимально-допустимий коефіцієнт пульсації на виході схеми;

U_вх – вхідна напруга;

F_мер – мережна частота.

1. Знайдемо опір навантаження:

2. Знайдемо потужність навантаження:

3. Вибирається схема випрямлення (наприклад, мостова: k_{п вх}=0,67; m=2) і згладжуючий (наприклад C-фільтр: характер навантаження — ємнісний).

4. Визначаються параметри діодів:

Знаходиться зворотня напруга на діоді:

Знайдемо струм, який протікає через один діод:

Із довідника вибираємо діод. Його дані:

Допустимий прямий струм – І_доп;

Допустима зворотня напруга – U_{звор. доп};

Напруга зміщення – U_пр=1,1В.

В мостовій схемі використовується чотири діоди.

5. Знайдемо диференціальний опір діода:

В плече моста ввімкнено два діоди послідовно, тому опір плеча моста .

6. Знайдемо параметр А і кут

6.1 Активний опір трансформатора:

6.2 Знайдемо індуктивність розсіювання обмоток трансформатора:

6.3 Тоді реактивний опір трансформатора буде дорівнювати:

7. Визначимо опір фази:

8. Визначаємо параметр А:

9. Знайдемо кут :

10. Із графіка, приведеного в довіднику, B=f(A); D=f(A); H=f(A) знайдемо коефіцієнти B, D, H:

11. Уточнюємо значення струму і зворотньої напруги на діоді:

12. Визначаємо параметри трансформатора:

12.1 Напруга вторинної обмотки:

12.2 Струм вторинної обмотки:

12.3 Напруга первинної обмотки , струм первинної обмотки:

13. Габаритна потужність первинної і вторинної обмоток трансформатора однакові:

14. Знайдемо ємність конденсатора С_о:

Найближчий (більший) по ГОСТу конденсатор. Тоді коефіцієнт пульсацій буде дорівнювати:

Одержаний коефіцієнт пульсацій повинен бути менший заданого, що свідчить про правильний вибір конденсатора.

15. При холостому ході конденсатор буде заряджатися до амплітудного значення:

Рисунок 3 – Принципова схема розрахованого випрямляча і фільтра

Методика розрахунку компенсаційного стабілізатора

Вихідні дані:

U_ВИХ – номінальна вихідна напруга стабілізатора;

ΔU – межі регулювання;

І_ВИХ – номінальний струм навантаження;

А_ВХ – допустиме відхилення вхідної напруги від номінальної в сторону збільшення;

В_ВХ – допустиме відхилення вхідної напруги від номінальної в сторону зменшення;

А_ВИХ – допустиме відхилення вихідної напруги від номінальної в сторону збільшення;

В_ВИХ – допустиме відхилення вихідної напруги від номінальної в сторону зменшення;

В результаті розрахунку треба визначити тип транзисторів і стабілітрона, номінали всіх деталей, які входять в схему і забезпечують заданий режим його роботи, необхідну величину вхідної напруги, коефіцієнт стабілізації схеми по напрузі і ККД стабілізатора.

1. Знаходимо потрібне значення коефіцієнта стабілізації по формулі:

2. Знаходимо мінімальну напругу на вході:

де: U_вих – номінальна вихідна напруга стабілізатора.

U – межі регулювання.

U_к.е.min – мінімальна напруга між колектором та емітером транзистора (для більшості транзисторів становить 1...3 В).

Номінальна і максимальна напруга на вході стабілізатора з урахуванням допустимих відхилень буде:

3. Визначимо максимальне падіння напруги на ділянці колектор – емітер регулюючого транзистора:

4. Знаходимо максимальну потужність, що розсіюється на колекторі регулюючого транзистора:

де:

5. Вибираємо тип регулюючого транзистора VT1. При виборі треба користуватись умовою:

6. Вибирається тип узгоджуючого транзистора VT2 (найчастіше це такий самий транзистор як і регулюючий, або схожий за параметрами на нього)

Утворюючи складений транзистор загальний коефіцієнт підсилення по струму буде:

Струм колектора VT2 буде можна прийняти рівним струму бази VT1, а струм бази VT1 буде:

7. Вибираємо тип стабілітрона, який повинен мати напругу стабілізації:

З довідника вибирається стабілітрон і виписуються дані:

U_ст В; І_ст= мА; І_ст.max= мА

8. Находимо коефіцієнт ділення напруги подільником R2, R3, R4.

9. Вибираємо тип керуючого транзистора VT3. На цьому транзисторі зібраний підсилювач, який повинен реагувати на незначні відхилення вихідної напруги і підсилювати їх до величини, достатньої для керування регулюючим транзистором.

Визначається потрібне значення коефіцієнта підсилення по напрузі:

Після вибору транзистора визначається фактичний коефіцієнт підсилення каскаду:

Визначається опір R1:

Розсіювана потужність R1 складає:

Визначити величину потужності що розсіюється на колекторі транзистора:

Приймаючи:

10. Визначимо величини опорів резисторів і ємності конденсаторів схеми:

Струм подільника вибирається в 10 раз більше струму бази.

Визначається загальний опір подільника:

Визначимо опір нижнього плеча подільника для крайніх значень U_ст і U_вих:

Величини опорів R2 і R3 рівні:

Приймаємо стандартні значення та визначаємо тип резисторів.

Опір R5 береться такої величини, щоб протікаючий через стабілітрон струм складав номінальний струм стабілізації.

Приймаємо стандартне значення та визначаємо тип резистора.

Для збільшення швидкодії стабілізатора використовується ємнісний зв’язок між виходом стабілізатора та входом підсилювача. З цією метою в схему стабілізатора включають конденсатор С1. величина ємності даного конденсатора вибирається в межах 1...10 мкФ.

Конденсатор С2 служить для збільшення стійкості стабілізатора і одночасно дозволяє зменшити вихідний опір схеми. Ємність конденсатора С2 вибирається в межах 220...4700 мкФ.

11. Знаходимо коефіцієнт стабілізації:

12. ККД стабілізатора в нормальному режимі знаходимо по формулі:

де

Рисунок 4 – Схема розрахованого стабілізатора