Выбор и расчет элементов электрической схемы

1 Расчет мостового выпрямителя

Для правильного выбора элементов схемы необходимо знать величины токов, текущих по цепям. Рассмотрим выбор диодов выпрямителя и расчет сопротивления нагрузки.

Рассчитаем сопротивление нагрузки. Максимально допустимое напряжение:

U_{max доп} = U_вх , (1)

где U_вх – напряжение источника питания.

Согласно требованиям технического задания U_вх = 24 В. Следовательно, U_{max доп} = 34 В. Исходя из этих данных можно выбрать диоды. Диоды выбирают так, чтобы значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения были равны расчетным значениям или превышали их. В данной схеме целесообразно использовать диоды типа КД103Б, у которых U_обр max = 50 В, I_{пр max} = 100 мА и U_{пр max} = 1,2 В [].

Предположим, что ток нагрузки I_н = 0,1 А. Напряжение на нагрузке можно вычислить по формуле:

U_н = U_вх – U_{пр max 2}, (2)

где U_н – напряжение на нагрузке;

U_вх – напряжение источника питания;

U_{пр max 2} – напряжение для последовательного соединения диодов мостовой схемы.

Известно, что у каждого из четырех диодов U_{пр max} = 1,2 В. В мостовой схеме два диода всегда соединены последовательно, а значит U_{пр max2} = 2,4 В. Подставив данные значения в формулу (2), получим значение напряжения на нагрузке U_н = 21,6 В.

Зная ток нагрузки I_н и напряжение нагрузки U_н, по закону Ома можно найти сопротивление нагрузки R_н =216 Ом.

2 Расчет сглаживающего фильтра

Поскольку в схеме частота сети 50 Гц (после удвоения на выпрямителе – 100 Гц), то типичная емкость конденсатора находится в диапазоне от 100 мкФ до 30000 мкФ.

Конденсатор подбирают так, чтобы выполнялось условие []:

, (3)

где f – частота пульсаций;

R_н – сопротивление нагрузки;

C – емкость конденсатора.

При этом происходит ослабление пульсаций за счет того, что постоянная времени для разрядки конденсатора существенно превышает время между перезарядками [].

Выразив из (3) величину С:

(4)

и подставив численные значения, получим емкость конденсатора .

Для определения коэффициента пульсации выходного напряжения воспользуемся формулой 5:

(5)

где I – средний ток нагрузки

C – емкость конденсатора

f – частота переменного напряжения в герцах

Подставив численные значения, получим q ≈ 0,2.

3 Стабилизатор напряжения

В данном проекте используются стабилизаторы серий 142ЕН. Основными критериями выборов данных стабилизаторов, послужили их номинальные значения, приведенные в таблице 1 и коэффициент нестабильности по напряжению стабилизатора, влияющий на нестабильность напряжения всего ИОН, которая должна соответствовать заданию.

Емкость входного конденсатора С₁ должна быть не менее 0,33 мкФ, а емкость выходного конденсатора С₂ не менее 1 мкФ [].

4 Делителя напряжения

Простейший делитель напряжения – схема, которая для данного напряжения на входе создает на выходе напряжение, являющееся частью входного, приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Делитель напряжения

5 Расчет источников опорного напряжения

Для получения выходных напряжений минус 8,14 В используется схема, на основе стабилизатора 142ЕН11 изображенная на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема включения 142ЕН11

Требуемый уровень выходного напряжения, указанного в задании, устанавливается резисторами R1 и R2 []. Для первого источника выходное напряжение должно быть минус 8,14 В. Следовательно U_вых варьируется между минус 8,123 и минус 8,156. Для стабилизатора серии 142ЕН11 U_вых рассчитывается по формуле 3.6 []. (6)

Следовательно:

(7)

U_обр – образцовое напряжение, формируемое внутренним источником микросхемы, для данного стабилизатора U_обр = -1,25 В, а резистор R1 = 120 Ом []. Подставив значения получим, что при выходном напряжении минус 8.123 R2 = 659 Ом, а при минус 8.156 R2 = 663 Ом.

Для получения выходных напряжений 15,4 В и 4,5 В (второй и третий источник) используется схема, на основе стабилизаторов 142ЕН8А – во втором источнике и 142ЕН5А – в третьем источнике, изображенная на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схема включения стабилизаторов 142ЕН8А и 142ЕН5А

Требуемый уровень выходного напряжения, указанного в задании, устанавливается резисторами R1 и R2 []. При данном включении таких стабилизаторов, сопротивление резистора R2 вычисляется по формуле 8 [].

(8)

U_вых – выходное напряжение источника;

U_выхст – выходное напряжение стабилизатора, для стабилизатора 142ЕН8А оно равно 9 В, а для 142ЕН5А равняется 5В;

I_п – ток потерь микросхемы, для обоих стабилизаторов он равен 10 мА;

R1 = 300 Ом [].

Подставив в формулу 8 численные значения, получим, что в третьем источнике опорного напряжения при выходном напряжении 15,37 В сопротивление резистора R2= 210 Ом, при выходном напряжении 15,43 В сопротивление резистора R2 = 212 Ом; в четвертом источнике опорного напряжения при выходном напряжении 4,49 В сопротивление резистора R2 = 22,5 Ом, при выходном напряжении 4,51 В сопротивление резистора R2 = 45 Ом.

Так же в четвертом источнике опорного напряжения, так стабилизатор выдавал напряжение выше указанного в задании, я его понизил его двумя диодами по 0,7 В.

Во всех источниках регулировка выходного напряжения осуществлялась за счет регулируемого резистора R2 соответственно.

Нестабильность напряжения источников, рассчитывается по формуле 9

(9)

К_u – коэффициент нестабильности по напряжению стабилизатора;

У стабилизатора 142ЕН11 К_u = 0,02 , у стабилизаторов 142ЕН8А и 142ЕН5А К_u = 0,05. Подставив значения выходных напряжений, указанных в задании и коэффициенты соответствующих стабилизаторов, получим значения нестабильности, указанные в таблице 2.

Выходное сопротивление источников рассчитывалось по формуле (3.10)

(10)

К_I – коэффициент нестабильности по току стабилизатора

Таблица 1 –

	142ЕН11	142ЕН8А	142ЕН5А
Uвх, В	5…45	11,5…35	7,5…15
Uвых, В	1,2...37	8,73…9,27	4,9…5,1

2