Реферат: Расчет компенсационных стабилизаторов напряжения

Р2 = Iк4 ´ Uк4 max = 4´10-3 ´ 2.90 = 11.6´10-3 Вт          (4.17)

По полученным значениям Uк4 max , Iк4 , Р4 выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

По статическим ВАХ выбранного транзистора находим:

h11Э4 = 208,3 Ом ,

m3 = 1 / h12Э4 = 1 /  0.034 = 29.41

        Рассчитываем ток базы VT4

        IБ4 = Iк4 / h21Э4 min = 4´10-3 / 50 = 8´10-5 А.                     (4.18)

        Ток последовательно соединенных резисторов R5, R6, R7 берем равным 5Iб4 и определяем суммарное сопротивление делителя

        Rдел = Uн / Iдел­ = 15 / (5 ´ 8´10-5) = 37500 Ом.              (4.19)

Находим сопротивления резисторов:

        R5 = 0.3 Rдел = 0.3 ´ 37500 = 11250 Ом;

        R6 = 0.1 Rдел = 0.1 ´ 37500 = 3750 Ом;

        R7 = 0.6 Rдел = 0.6 ´ 37500 = 22500 Ом.                     (4.20)

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор R5 типа МЛТ- 0.125  11 кОм ±5%, резистор R7 типа МЛТ- 0.125  22кОм ±5% . Резистор R6 выбираем СП3-44 0.25Вт 3.3кОм.

        Рабочее напряжение стабилитрона VD1 определяем из соотношения

        UVD1 = 0.1 Uвх max = 0.1 ´ 22 = 2.2 В.                             (4.21)

Выбираем тип стабилитрона и выписываем его основные параметры:

        стабилитрон 2С119А;

        I VD1 = 5´10-3 А – средний ток стабилизации;

        r VD1 = 15 Ом – дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Вычисляем сопротивление резистора R1, задавши средний ток стабилитрона (I R1 = I VD1)

        R1 = 0.9 Uвх max / I R1 = 0.9 ´ 22 / 5´10-3 = 3960 Ом.     (4.22)

Мощность, рассеиваемая на резисторе R1, равняется

        R1 = 0.9Uвх max ´ I R1 = 0.9´ 22´ 5´10-3 = 99´10-3Вт    (4.23)

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа МЛТ- 0.125  3.9 кОм ±5%.

        Определяем начальные данные для выбора транзистора VT1. Рассчитываем ток коллектора транзистора VT1

        Iк1 = Iк4 + Iб2 = 4´10-3 + 12´10-5 =412´10-5                     (4.24)

Находим напряжение коллектор-эмиттер VT1

        Uк1max = Uвх max  - UR2 + Uк4max - UVD2 = 4.1 В,                 (4.25)

где UR2 = UVD1 - Uбэ1 – падение напряжения на резисторе R2.

        Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзисторa VT1

        Р1 = Uк1max ´ Iк1 = 4.1 ´ 412´10-5 = 16´10-3 Вт.            (4.26)

По полученным значениям Uк1 max , Iк1 , Р1 выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

        Рассчитываем сопротивление резистора R2

        R2 = UR2 / IК1 = 1.5 / 412´10-5 = 364 Ом,                       (4.27)

        РR2 = UR2 ´ IК1 = 1.5 ´ 412´10-5 = 618´10-5 Вт.           (4.28)

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа МЛТ- 0.125  360 Ом ±5%.

        Рассчитываем основные параметры составного транзистора:

входное сопротивление транзистора

        h11Э ск =h11Э2+h11Э3h21Э2min= 36.36 + 33´60 =2016 Ом;  (4.29)

коэффициент передачи напряжения транзистора

        mск = m2m3 / (m2 + m3) = 45.4´4.2 / (45.4 + 4.2)=3.84        ;     (4.30)

выходное сопротивление транзистора

        rск = mск h11Э ск  / h21Э2min h21Э3min = 0.1723 Ом.               (4.31)

Рассчитываем входное сопротивление источника стабильного тока

RTD­ = R1 ´ R2 / r VD1 = 3900´360 / 15 = 57024 Ом.      (4.32)

Рассчитываем параметры усилителя обратной связи:

сопротивление нагрузки усилителя

RК = h11Э ск RTD / (h11Э ск + RTD) = 1947.49 Ом;              (4.33)

коэффициент усиления напряжения усилителя

        Кu = 0.7 h21Э4min RК / (h11Э4 + h21Э4min r VD2) = 71.13 .      (4.34)

Рассчитываем коэффициент стабилизации рассчитанного стабилизатора напряжения, а также величину пульсаций на выходе

        Кст = mскКuUн / Uвх = 3.845 ´ 71.13 ´ 15 / 22 = 186.4,   (4.35)

        DUвих = DUвх / mскКu = 4 / 3.845 ´ 71.13 = 12´10-4,        (4.36)

Рассчитываем коэффициент пульсаций

        Кп = DUвих ´ 100 / Uвх = 12´10-4 ´ 100 / 15 = 8´10-3%.    (4.37)

        Выходное сопротивление компенсационного стабилизатора будет

        Rвых = rск / mскКu = 0.17 / 3.845 ´ 71.13 = 63´10-5 Ом.   (4.38)

Проверяем соответствие рассчитанных параметров заданным условиям:

Кст = 186.4  >  Кст.зад = 100;

Кп = 8´10-3%  < Кп.зад = 10´10-3%.

Найденные параметры удовлетворяют заданным условиям.

4.3 Расчет схемы защиты компенсационного стабилизатора от перегрузки.

        Устройства защиты стабилизаторов напряжения от перегрузок можно разделить на встроенные, воздействующие на регулирующий элемент стабилизатора, и автономные, содержащие отдельный ключевой элемент. Обычно к стабилизаторам с защитой от короткого замыкания выходной цепи предъявляется требование автоматического возврата в рабочий режим после устранения перегрузки.

Разрабатываем схему защиты компенсационного стабилизатора напряжения от перегрузки (рис 4.1).

        Рис. 4.1

Схема защиты компенсационного стабилизатора от перегрузки реализована на элементах VT5 и R8.

Для расчета принимаем ток срабатывания защиты равный 110% от Iн .

Iн max = 1.1 Iн = 1.1 ´ 5 = 5.5 А.                               

Рассчитываем сопротивление R8 в соответствии с методикой изложенной в [3]:

R8 = Uбе5  / Iн max = 0.7 / 5.5 = 0.127 Ом.                               (4.39)

Рассчитываем мощность проволочного резистора

РR8 = Uбе5 ´ Iн max = 0.7 ´ 5.5 = 3.85 Вт.                       (4.40)

Выбираем транзистор VT5 из условия Iк5 = Iб3 ;

Uк5 max =Uбэ3 + R8´Iн max = 0.7 + 0.127 ´ 5.5 =1.4 B;       (4.41)

P5 = Uк5 max ´ Iб3 = 1.4  ´  6.7´10-3 = 9.38 ´10-3 Вт.       (4.42)

По полученным значениям Uк5 max , Iк5 , Р5 выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

4.3    Разработка схемы компенсационного стабилизатора напряжения на базе ИМС.

Разработка схемы компенсационного стабилизатора напряжения на базе ИМС сводится к выбору стандартной серийно выпускаемой ИМС и расчета (если необходимо) навесных элементов.

Таблица 4.1

        В качестве интегрального стабилизатора напряжения выбираем ИМС серии SD 1084. Составляем схему стабилизатора (рис. 4.2).

Рис. 4.2

        Выбираем навесные элементы в соответствии и с методикой изложенной в [4].

Рабочее напряжение стабилитрона VD1 определяем из соотношения

        UVD1 = 0.9 Uвых  = 0.9 ´ 15 = 13.5 В.                              (4.43)

Выбираем тип стабилитрона и выписываем его основные параметры:

        стабилитрон 2С515А;

        I VD1 = 45´10-3 А – средний ток стабилизации;

        r VD1 = 25 Ом – дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Рассчитываем сопротивление резистора R1

        R1 = 0.9Uвых / I VD1= 0.9´15 / 45´10-3 = 300 Ом.           (4.44)

РR1 = 0.9Uвых´I VD1= 0.9´15´45´10-3 = 608´10-3 Вт.   (4.45)

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа МТ-1,0  300 Ом ±5%.

        Рассчитываем сопротивление делителя R2R3

        R23 = UVD1 / ( 3´ Iп) = 13.5 / ( 3 ´ 5´10-3) = 900 Ом,      (4.46)

где Iп – ток потерь микросхемы, А (5´10-3 А).

        Рассчитываем сопротивление резисторов R2 и R3:

        R2 = 2 ´ R23 / 3 = 2´ 900 / 3 = 600 Ом,                        (4.47)

R3 = R23 / 3 = 900 / 3 = 300 Ом,                                   (4.48)

РR2 = (3´ Iп)2 ´ R2 = 600´225´10-6 = 135´10-3 Вт,      (4.49)

РR3 = (3´ Iп)2 ´ R3 = 300´225´10-6 = 67.5´10-3 Вт.     (4.50)

В соответствии с рядом Е24 выбираем резисторы  типа МТ-0,25  600 Ом ±5% и СП5-16Т  300 Ом ±5% соответственно.

        Конденсаторы С1 и С2 имеют емкости 100мкФ и 5мкФ соответственно. Более точный расчет емкости конденсаторов и их выбор производится в соответствии с данными про сопряженные со стабилизатором устройства.

        5. АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ОШИБОК

        Качество работы компенсационного стабилизатора напряжения во многом зависит от разброса параметров электронных компонентов, входящих в его состав. Во многом это связано с невозможностью изготовления компонентов с одинаковыми параметрами. Сильное влияние на разброс параметров оказывает колебания температуры окружающей среды и температуры мощности рассеивания этих элементов. С целью уменьшения колебаний параметров от температуры мощности рассеивания для элементов высокой мощности устанавливаются радиаторы.

        Для примера влияния разброса параметров элементов на работу компенсационного стабилизатора напряжения приведем расчет основных параметров схемы для критических случаев с помощью ЭВМ (Приложение 6).

        Физические явления в компонентах устройств, вызывающие переход в подмножество неисправных состояний, называется дефектами. В зависимости от структуры системы дефект может порождать или не порождать ошибку. Ошибка не всегда следствие дефекта. Одна и та же ошибка может быть следствием разных дефектов [5].

        Приводим расчет работы схемы на отказ.

Таблица 5.1

        Рассчитываем наработку на отказ

        Т0 = 1 / l = 1  /  0.81´10-6 = 123456.79 час,                   (5.1)

где l  - интенсивность отказов.

        Рассчитываем вероятность отказов

                                                                ,                               (5.2)

                                                                                .               (5.3)

        Строим график вероятности отказов.

Рис. 5.1

6.  ВЫВОД

Курсовой проект выполнен в соответствии с заданием на проектирование, и полученные результаты удовлетворяют требованиям действующих ГОСТов на радиоаппаратуру. По результатам проверки и анализа работы схемы видно, что данная схема отличается высокой работоспособностью и наработкой на отказ. В данный момент наиболее перспективно использование компенсационных стабилизаторов напряжения на базе ИМС, так как это снижает затраты на монтаж, уменьшает энергоемкость стабилизатора, уменьшает его габаритные размеры, что сказывается на стоимости устройства.

В данной схеме возможно установить элементы индикации о состоянии регулирующего элемента, о перегрузке компенсационного стабилизатора, о наличии питающего напряжения. Кроме вышеперечисленного возможно установить в схеме тепловую защиту регулирующего элемента.

При выборе элементной базы производился сравнительный анализ отечественного и импортного ассортимента радиоэлементов. Анализ проводился по качественным, технологическим и экономическим показателям. В большинстве случаев предпочтение было отдано в пользу отечественных компонентов. 

7.  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1.   Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем. - К: Вища школа, 1983. - 240с.

2.   Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Аналоговая и цифровая электроника» для студентов специальности 7.091.002. / Составитель И.П.Пашкин. – Житомир: ЖИТИ, 1998,- 35с.

3.   Терещук З.М., Терещук К.М., Седов С.А. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. Справочник радиолюбителя. – К: Наукова думка, 1989. – 820с.

4.   Овсянников Н. ИМС серии К403. «РАДИО» №12, 1992г. стр.61.

5.   Электронные промышленные устройства. / Ю.М. Гусин, В.И. Васильев, и др. – М.: Высш. шк., 1988. – 303с.

6.   Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы. Справочник. – М: СОЛОН, МИКРОТЕХ, 1996. – 176с.