Методика расчета последовательного компенсатора

  • Вид работы:
    Контрольная работа
  • Предмет:
    Физика
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    48,81 Кб
  • Опубликовано:
    2012-09-18
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Методика расчета последовательного компенсатора

Методика расчета последовательного компенсационного стабилизатора

Вариант

4

Номинальное выходное напряжение Uвых с плавной регулировкой в пределах ±2В

14

Номинальный ток нагрузки Iвых, А

0.6

Допустимое отклонение на входе стабилизатора от номинального значения в сторону увеличения и уменьшения aвх=bвх%

10

Ток нагрузки постоянен


Коэффициент стабилизации Kст

>=80

Допустимое отклонение на входе стабилизатора от номинального значения в сторону увеличения и уменьшения aвх=bвх%

0.2


Схема стабилизатора


Порядок расчета

.Требуемое значение коэффициента стабилизации

ст треб = aвх +bвх /aвых + bвых = 10/0.2 = 50

2.Минимальное напряжение на входе стабилизатора

вх min = Uвых + Uкэi min + ΔUвых = 14 + 3+ 2 = 19В

кэi min - минимальное допустимое напряжение эммитер-коллектор регулирующего транзистора, при котором работа еще происходит на линейном участке выходной характеристики Iк=f(Uкэ) при Iв= const

ΔUвых - отклонение напряжения на выходе стабилизатора от номинального

Напряжение Uкэi min для большинства транзисторов не превышает 3В. Примем для расчета 3В

ΔUвых определяется верхним пределом регулировки выходного напряжения, т.е. 2В

. Номинальное напряжение на входе стабилизатора с учетом допустимых отклонений входного напряжения aвх=bвх

стабилизатор напряжение рассеивание резистор

Uвх = Uвх min/(1-bвх/100) = 1.9/(1-0.1) = 21В

4. Максимальное напряжение на входе стабилизатора

вх max = Uвх*(1+aвх/100) = 21*(1*0.1) = 23В

5. Максимальное падение напряжения на участке эмиттер-коллектор регулирующего транзистора

кэi max = Uвх max - Uвых = 23 -14 = 9В

6. Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе регулирующего транзистора

ki max = Uкэi max*Iвых max = 9*0.60012 = 5,4Вт

Где Iвых max максимальное значение тока нагрузки Iвых max = Iвых +(авых/100) = 0,0012 + 0,6 = 0,60012А

. Выбираем тип регулирующего мощного, низкочастотного транзистора VT1

Iвых <= Iki max доп; Uкэi max <= Uкэi max доп; Pki max <= Pki max доп;

Взяв параметры из справочника мы выбираем транзистор VT1 - 2Т321А

60мА = 800мА; 9В < 50В; 5,4Вт = 20Вт.

8. Выбираем тип согласующего транзистора VT2, аналогичный VT1(в нашем случае, это транзистор 2Т321А), который предназначен для согласования большого выходного сопротивления УПТ с малым входным сопротивлением регулирующего транзистора. Кроме того VT1 и VT2, образуя составной транзистор имеют общий коэффициент усиления по току β = β12 = 120, что позволяет значительно повысить коэффициент стабилизации схемы. Принимая Ik2 ~ Iэ2 ~ Iб1 и учитывая, что

б1~ Ik1/ β1 ~ Iвых/ β1 = 0.6/120 = 0.005А, получим Ik2

Кроме того Uкэi max ~ Uкэi2 max и мощность , рассеиваемая на коллекторе VT2 Pk2 max ~ Ukэ2 max*Ik2

. Выбираем тип стабилитрона, используемого в качестве источника эталонного напряжения. Номинальное напряжение стабилизации

ст = (0.6 - 0.7) Uвых = (0.6 - 0.7)*14 = 8В

Исходя за данных напряжения стабилизации выбираем стабилитрон типа Д809 (Iст = 5мА; Uст ,min = 8B; Uст max = 9,5B)

. Находим коэффициент деления напряжения делителем

α = U2вых/Uвых = 8,4/14 = 0,6

11. Выбираем тип управляющего транзистора. На транзисторе VT3 собран усилитель, который должен реагировать на самые незначительные колебания выходного напряжения и усиливать их до величины, достаточной для управления регулирующим транзистором. Обычно величина тока Ik3 выбирается в пределах 0,5 - 2 мА. Возьмем Ik3 = 2 мА. Требуемое значение коэффициента усиления по напряжению для управляющего транзистора

К3 треб = (ΔUвх*100)/(Uвых(авых + ввых) *α) = 4*100/14*0,4*0,6 = 119,

где ΔUвх = Uвх max - Uвх min = 23 - 19 = 4B

Из данного параметра выбираем транзистор марки 1Т101( Ik3 = 2мА, β3 = 30).

. Определяем фактический коэффициент усиления управляющего каскада

3 рас = (ΔIk3/ΔIбэ3)*R1 = 30*36* = 10800

ΔIk3/ΔIбэ3 = S3 - крутизна характеристики VT3. Для маломощных низкочастотных транзисторов, используемых в схемах стабилитронов напряжения, значение лежит в пределах от 20 до 40 мА/В. Примем S3 = 30 мА/В

R1 = сопротивление нагрузки в цепи коллектора VT3

. R1 = сопротивление нагрузки в цепи коллектора VT3 находиться из формулы

1 = (0,5Uкэ1 min 12)/Iвых = 0,5*3*120*120/0,6 = 36 кОм

Мощность рассеивания на резисторе

PRI = K3*R1 + (IK22)R1 = * 36**(**36* = 9*Вт

Выбираем R1

. Сравниваем K3 расч > K3 треб

10800 > 119 => ВЕРНО

15. Определяем мощность, рассеиваемую на коллекторе VT3

PK3 MAX = UKЭ3 MAX*IK3 = 7,6* 0,002 = 0.0152 Вт,

где UKЭ3 MAX = UВЫХ + ΔUВЫХ - UСТ = 14 + 2 - 8,4 = 7,6В

Сравнивает PКЭ MAX < PКЭ MAX ДОП

0,0152Вт < 50 Вт = > ВЕРНО

16. Найдем сопротивление выходного делителя. Ток делителя IД обычно выбирают на один-два порядка выше тока базы управляющего транзистора VT3. Номинальный ток базы VT3

IБЗ = IКЗ3 = 2*/30 = 6.7*А,

Выбирая ток делителя Iд, найдем общее сопротивление делителя

RД = 14/0.0134 = 1044 Ом

17.Выходное сопротивление стабилизатора должно регулироваться в пределах ±2В. Определить сопротивление нижнего плеча делителя для крайних значений UВЫХ, UСТ

R4 = RД.Н. MIN = RД(UСТ. MIN/(UВЫХ + ΔUВЫХ)) = 1044*(8/(14+4)) = 464 Ом

RД.Н. MAX = RД(UСТ. MAX/(UВЫХ - ΔUВЫХ)) = 1044*(9.5/(14-4)) = 992 Ом

18. Величина сопротивлений R2 и R3, где R3 - регулировочный резистор.

R3 = RД.Н. MAX - RД.Н. MIN = 992 - 464 = 528 Ом

R2 = RД - R3 - R4 = 1044 - 528 - 464 = 52 Ом

Рассчитав мощность рассеивания резисторов по формуле P = *R, выбираем резисторы

R1 = *R = *1044 = 4,1 Вт

R4 = *R = *464 = 8,33 Вт

R2 = *R = *580 = 94.8 Вт

R5 = *R = *13.16 = 0,32 Вт

R3 (переменный) = *R = *528 = 1 Вт

Исходя из мощности, выбираем марки резисторов

R1 - C542В (5Вт, 5.1Ом),

R2 - C5-40 (100Вт, 9.1Ом),

R3 - CП II (1Вт, 1Ом),

R4 - П3ВР (10Вт, 9.1Ом)

R5 - С213 (1Вт, 13.3Ом)

19.Сопротивление R5 берется такой величины, чтобы задаваемый им ток через стабилитрон составлял Iст. н

R5 = Uвых - Uст / Iст. н 14 - 13,93 /0.005 = 13.16 Ом

20. Для увеличения быстродействия стабилизатора применяют ёмкостную связь между выходом стабилизатора и входом УПТ. С этой целью в схему стабилизатора подключают конденсатор С1 марки К5016 емкостью 10 мкр Фа.

21.Конденсатор С2 марки К5018 емкостью 2000 мкр Фа, который служит для повышения устойчивости стабилизатора и одновременно позволяет уменьшить выходное сопротивление схемы.

22.Коэффициент стабилизации рассчитанного стабилизатора

KСТ. РАС = α*K3 РАС*(UВЫХ/UВХ) = 0.6*1.08* *(14/21) = 4323

KСТ. РАС > Kст треб

> 50 => ВЕРНО

23.К.П.Д стабилизатора в номинальном режиме

η = UВЫХ*IВЫХ/UВХ*IВХ = 14*0,6/21*0,6184 = 65%

IВХ=IВЫХ + IСТ + IД = 0,6 + 0,005 + 0,0134 = 0,6184 А.

Вывод

Мы провели расчет и разобрали схему компенсационного стабилизатора. Напряжение стабилизации равно 8.4 В, КПД при номинальном режиме 65%. Коэффициент стабилизации данного стабилизатора по сравнению с требуемым больше почти в 86,5 раз, что обеспечивает высокое качество стабилизации напряжения у данного стабилизатора.

Проведя необходимые расчеты мы выбрали марки транзисторов, конденсаторов и резисторов из справочников, данные которых соответствуют ГОСТ 20003-74.

Транзисторы

1.      VT1 - 2Е321А

2.      VT2 - 2Т321А

3.      VT3 - Д809

Резисторы

1.      R1 - C542В

2.      R2 - C5-40

3.      R3 - CП II

4.      R4 - П3ВР

5.      R5 - С213

Конденсаторы

1.      C1 - К5016

2.      C2 - К5018


Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!