Расчет параметров напряжения и надежности электронного узла.

Расчет стабилизатора напряжения

Цель расчета: рассчитать стабилизатор напряжения для световой индикации, входящей в состав терморегулятора.

При изменении тока нагрузки выпрямителя, изменяется среднее значение выпрямленного напряжения и коэффициента его пульсации. Тоже самое наблюдается и при колебаниях сетевого напряжения. Чтобы напряжение на нагрузке не зависело от этих параметров, выпрямитель необходимо дополнить стабилизатором.

Стабилизатор напряжения

В качестве источника входного напряжения для стабилизатора используется трансформатор, понижающий сетевое напряжение до 15В при токе нагрузки до 1А. Таким образом, постоянное напряжение на входе стабилизатора будет составлять 20В. Изменение сетевого напряжения может быть в пределах от 17 до 23В.

Определяем максимальную рассеиваемую мощность транзистором VT1 по формуле 3.1, Вт

P_vt1max = (Uвх_max – Uвых)_*Iн_max (3.1)

где Uвх_max – напряжение максимальное входное,B

Uвых – выходное напряжение, B

Iн_max – максимальный ток нагрузки, A

Максимальный ток, потребляемый схемой индикации составляет 0.4А, следовательно P_vt1max = (23-9)_*0.4 = 5.6Вт

По справочнику выбираем транзистор КТ815Б с максимальной, рассеиваемой коллектором мощностью 10Вт. Находим по справочнику минимальное и максимальное значение статического коэффициента передачи тока базы h21_эmax и h21_эmin и определим ток базы транзистора, при максимальном токе нагрузки.

Iб_max = ,А (3.2)

где Iб_max – максимальный ток базы; А

Iн_max – максимальный ток нагрузки; А

h21_эmin – минимальный статический коэффициент передачи тока.

Iб_max = 0.4/20 = 0.02А,

а также при отключенной нагрузке

Iб_min =,А(3.3)

где I_R2 – ток на резисторе R2; А

Ток через резистор R2 должен составлять 1-2% от максимального тока нагрузки.

I_R2 = Iн_max*0.02А(3.4)

I_R2 = 0.4_*0.02 = 0.008A

по формуле 3.3 находим

Iб_min = 0.008 / 80 = 0.0001A

Теперь рассчитаем параметрический стабилизатор. По справочнику выбираем стабилитрон VD1 типа Д814Б с номинальным напряжением стабилизации 8.75В . Допускаемый разброс напряжения составляет плюс-минус 0.75В. Таким образом имеем следующие данные для расчета:

Uвх_max – 23B

Uвх_min – 17B

Uст_max – 9.5B

Uст_min – 8В

Iн_max – 0.4А

Iст_max – 0.036А

Iст_min – 0.003А

Согласно формуле 3.5 находим R1_min

R1_min , Ом(3.5)

где Uст_min – минимальное напряжение стабилизации, В

Iст_max – максимальный ток стабилизации, А

Uвх_max – формула 3.1, В

R1_min

По формуле 3.6 находим R1_max

R1_max, Ом(3.6)

где Uвх_min – минимальное входное напряжение, В

Uст_max – формула 3.5, В

Iст._ном – номинальный ток стабилизации, А

Iст._min – минимальный ток стабилизации, А

R1_max

Выбираем резистор R1 сопротивлением 560Ом с допустимыми отклонениями ст10%. Мощность, рассеиваемую резистором? рассчитываем по формуле 3.7

P_R1 = , Вт(3.7)

где Uвх_max – формула 3.1

Uст_min – формула 3.5

P_R1 = (23-8)² / 560 = 0.4Вт

Выбираем резистор R1 типа МЛТ-0.5 560Ом.

Теперь рассчитаем резистор R2. Исходными данными для расчета являются: Uвых – 9В, ток через резистор R2 согласно формуле 3.4 составляет 0.008А.

По формуле 3.8 находим резистор R2

R2 =, Ом (3.8)

R2 = 9 / 0.008 = 1125 Ом

По формуле 3.9 рассчитаем мощность, рассеиваемую резистором R2.

P_R2 = Uвых _* I_R2, Вт (3.9)

гдеUвых – формула 3.1

I_R2 – ток на резисторе R2, Ом

P_R2 = 9 _* 0.008 = 0.072Вт (3.10)

Выбираем резистор R2 типа МЛТ-0.25 – 1 кОм 10%

Рассчитываем емкость конденсатора, сглаживающего фильтра С1 по формуле 3.10

C1 =, мкФ

гдеg – коэффициент сглаживания пульсаций

m – число фаз

Rн – рассчитывается по формуле 3.11

Rн = Uвых / Iн_max, Ом(3.11)

где Iн_max – формула 3.2

Rн = 9 / 0.4 = 22.5 Ом

Число фаз m = 1

Выбираем коэффициент сглаживания пульсации g = 1.2, отсюда

C1 = 16000_*1.2 / 1_*22.5 = 853 мкФ

Выбираем емкость конденсатора на 50% выше номинальной, типа К50-6 2000 мкФ х 40В.