Здавалка
Главная | Обратная связь

в технических системах»

ГРОЗНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА М. Д. МИЛЛИОНЩИКОВА

_______________________________________________________________

 

Кафедра «Автоматизация и управление»

Х.А. Садыков

Изучение блока стабилизированного питания

Методические указания к выполнению лабораторной работе

По дисциплине «Схемотехника и промышленная электроника»

Специальности 220301 – Автоматизация технологических

Процессов и производств, 220400 «Управление и информатика

в технических системах»

 

 

Грозный 2013

 

Составители:

 

Садыков Х.А., доцент кафедры «Автоматизация и управление»

 

Рецензент:

 

Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании

кафедры _____________Автоматизации и управления_______

Протокол № ___ от «___» _________ 2013 г.

 

 

© Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Грозненский государственный нефтяной технический

университет имени академика М.Д. Миллионщикова», 2013 г.

 

Изучение блока стабилизированного питания

Цель работы: Ознакомление с принципом работы и расчетом стабилизированных источников питания.

1. Расчет блока стабилизации

Блок питания будет иметь выходное напряжение - согласно варианта (ниже приведен пример для 9В). Ток нагрузки блока питания будет равным - согласно варианта (ниже приведен пример для 1 ампера).

Трансформатор обозначен на схеме как Т1. Понадобится диодный мост VD1 или диоды с максимальным током немного больше чем 1 ампер. С1 - электролитический конденсатор, который будет фильтровать и сглаживать выпрямленное диодным мостом напряжение, его параметры указаны на схеме. D1 - стабилитрон – стабилизирует напряжение. Стабилитрон - с напряжением стабилизации 9 вольт. Понадобятся постоянный резистор R1 и резистор R2. А так же два транзистора – VT1 с любой буковой в названии и VT2 тоже с любой буковой, транзистор может подойти и один, в зависимости от типа стабилитрона. Транзисторы и остальные элементы схемы выбираются к конкретному варианту.

Паять все это можно как на плате, так и навесным монтажем. Транзистор VT2 необходимо обязательно установить на радиатор. Оптимальную площадь радиатора можно выбрать экспериментально, но она должна быть не меньше 50 кв. см. При правильном монтаже схема совершенно не нуждается в настройке и начинает работать сразу. Подключаем тестер или вольтметр к выходу блока питания и устанавливаем резистором R2 необходимое нам напряжение.

Рис. 1.1. Схема блока питания

Блок питания состоит из двух основных узлов - это выпрямитель, состоящий из трансформатора, выпрямительных диодов и конденсатора и стабилизатор, состоящий из всего остального. При расчёте блока питания расчет трансформатора отсутствует, будет использоваться готовый трансформатор, подходящий по току и напряжению.

Рассчитаем стабилизатор.

2. Стабилизатор

 

Схема стабилизатора показана на рисунке.

Это, так называемый параметрический стабилизатор. Состоит он из двух частей:
сам стабилизатор на стабилитроне D с балластным резистором Rб и
эмиттерный повторитель на транзисторе VT.

 

Рис. 2.1. Схема стабилизатора

Непосредственно за уровнем напряжения следит стабилизатор, а эмиттерный повторитель позволяет подключать мощную нагрузку к стабилизатору. Он играет роль усилителя.

Два основных параметра нашего блока питания - напряжение на выходе и максимальный ток нагрузки:

Uвых = 9 В, а Imax = 1 А.

Сначала необходимо определить какое напряжение Uвх подать на стабилизатор, чтобы на выходе получить необходимое Uвых.
Это напряжение определяется по формуле:

Uвх = Uвых + (2 или 3)

За счет падения напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT. Таким образом, для работы нашего стабилизатора на его вход мы должны подать не менее 11-12 вольт.

 

 

3. Выбор транзистора

Определим, какой нужен транзистор VT. Для этого надо определить, какую мощность он будет рассеивать.

Pmax = 1.3 (Uвх - Uвых) Imax

Для расчета берется максимальное выходное напряжение блока питания.

Например:

Если мы берем Uвых = 9 В, то получаем Pmax = 1.3 * (11-9) * 1 = 2.6 Вт.
В справочнике выбираем транзистор.

Кроме только что полученной мощности, надо учесть, что предельное напряжение между эмиттером и коллектором должно быть больше Uвх, а максимальный ток коллектора должен быть больше Imax. Выбрали КТ817А.

 

4. Расчет стабилизатора

Сначала определяется максимальный ток базы выбранного транзистора:

Iб max = Imax / h21Э min

h21Э min - это минимальный коэффициент передачи тока транзистора и берется он из справочника. Если там указаны пределы этого параметра - что то типа 30…40, то берется самый меньший. В справочнике только одно число - 25, его будем использовать в расчете.

Iб max = 1/25 = 0.04 А (или 40 мА).

Далее будем выбирать стабилитрон.

Выбираем его по двум параметрам - напряжению стабилизации и току стабилизации.

Напряжение стабилизации должно быть равно максимальному выходному напряжению блока питания, то есть 9 вольтам, а ток - не менее 40 мА, то есть тому, что мы посчитали.

По напряжению нам подходит стабилитрон 2С112В. Но вот ток стабилизации… 5 мА не подходит. Будем уменьшать ток базы выходного транзистора. А для этого добавим в схему еще один транзистор (смотрим рисунок). Добавили в схему транзистор VT2. Эта операция позволяет снизить

 

Рис. 4.1. Пример схемы стабилизации

нагрузку на стабилитрон в h 21Э раз. h21Э, того транзистора, который только что добавили в схему. Выбираем КТ315. Его минимальный h 21Э равен 30, то есть можно уменьшить ток до 40/30 = 1.33 мА, что вполне подходит.

Теперь посчитаем сопротивление и мощность балластного резистора Rб.

Rб = (Uвх - Uст)/(Iб max + Iст min)

где Uст - напряжение стабилизации стабилитрона,
Iст min - ток стабилизации стабилитрона.

Rб = (11-9)/((1.33+5)/1000) = 310 Ом.

Определим мощность этого резистора

Prб = (Uвх-Uст) 2/Rб.

То есть

Prб = (11-9)2/310 = 0,01 Вт.

Таким образом, из исходных данных - выходного напряжения и тока, получили все элементы схемы и входное напряжение, которое должно быть подано на стабилизатор.

 

5. Выпрямитель

 

 

Учитывая то, что известно, какое напряжение нам надо подать на стабилизатор - 11 вольт, вычисляем напряжение

Рис. 5.1. Схема выпрямителя

 

на вторичной обмотке трансформатора. Для этого рассмотрим схему с конца. После конденсатора фильтра мы должны иметь напряжение 11 вольт.

Трансформатор рассчитан для выходного напряжения стабилизатора 9 В.

Определим емкость конденсатора фильтра по эмпирической формуле.

Cф = 3200 Iн / Uн Kн

где Iн - максимальный ток нагрузки,
Uн - напряжение на нагрузке,
Kн - коэффициент пульсаций.

В нашем случае
Iн = 1 Ампер,
Uн = 9 вольтам,
Kн = 0,01.

Cф = 3200 * 1/9 * 0,01 = 35000 мкФ.

Однако, поскольку за выпрямителем идет еще стабилизатор напряжения, можно уменьшить расчетную емкость в 5…10 раз и меньше. Выбираем - 2000 мкФ и это будет вполне достаточно. Выбираем выпрямительные диоды или диодный мост. Для этого надо знать два основных параметра - максимальный ток, текущий через один диод и максимальное обратное напряжение, так же через один диод.

Необходимое максимальное обратное напряжение считается:

Uобр max = 2Uн, то есть Uобр max = 2 * 11 = 22 В

Максимальный ток, для одного диода должен быть больше или равен току нагрузки блока питания. Для диодных сборок в справочниках указывают общий максимальный ток, который может протекать через эту сборку. Выбираем в справочнике диод КД 208А, у которого:

I пр, ср max = 1,5 А;

Uобр max = 100 В;

Таким образом, для диодного моста применим 4 диода – КД 208 А.

В качестве стабилизатора (стабилитрона и транзисторной системы) можно использовать интегральный стабилизатор из серии КРЕН, примеры характеристик некоторых из них приведены в таблице.

Наименование Напряжение стабилизации Ток максимальный
КРЕН 5А +5В 3,0 А
КРЕН 5Б +6В 3,0 А
КРЕН 5В +5В 2,0 А
КРЕН 5Г +6В 2,0 А
КРЕН 8А +9В 1,5 А
КРЕН 8Б +12В 1,5 А
КРЕН 8В +15В 1,5 А

 

 

Стабилизаторы этой серии представляют собой интегральную сборку с тремя выводами: вход, общий и выход (представлено на рис. 5.3.)

 

 

 

Рис. 5.2. Пример включения интегрального стабилизатора (LM109H)

 

 

 

Рис. 5.3. Общий вид стабилизатора и его типовая схема подключения

 

Варианты выполнения лабораторной работы:

 

№ варианта Напряжение стабилизации Uст , В Ток нагрузки Iст , А

 

4. Порядок выполнения лабораторной работы

4.1. Подготовка печатной платы

 

Печатная плата изготавливается из фольгированного текстолита в следующем порядке:

1) Приготовить пластину фольгированного текстолита размером, достаточным для размещения деталей схемы.

2) Сделать разметку под отверстия на пластине, уделив особое внимание размерам под микросхему.

3) Просверлить отверстия диаметром не более 1 мм.

4) Нанести рисунок монтажной схемы на фольгированный текстолит.

5) Вытравить печатную плату в растворе хлорного железа.

6) Удалить рисунок на монтажной плате, зачистить дорожки и впаять необходимые детали в соответствующие отверстия на печатной плате.

4.2. Выполнение лабораторной работы:

 

1) Пройти инструктаж по технике безопасности у лаборанта или преподавателя.

2) Ответить на вопросы по теории работы блока питания.

3) Собрать монтажную схему и проверить правильность соединений к источнику питания в присутствии лаборанта или преподавателя.

4) Подать напряжение на схему и проверить ее работоспособность.

5) Исследовать работу схемы мультиметром.

6) Оформить отчет о выполненной работе по варианту, предложенному преподавателем или лаборантом.





©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.