Материал: Параметры трансформатора

Из-за большой мощности лучше всего взять проволочный резистор R₃ ПЭВ-75.

Рассчитаем крайние величины тока коллектора при максимальном и минимальном входных напряжениях:

Определим входное напряжение, при котором ток коллектора будет равен 1А:

Расчет резистора R₂

Резистор R₂ должен обеспечить поступление в базу транзистора необходимого для открывания тока. Этот ток можно определить по формуле:

Т.к. изменение входного напряжения вызывает изменение тока насыщения коллектора транзистора и изменение тока через резистор R₂, то надо рассчитать сопротивление для крайних значений тока. Для этого сначала надо найти необходимый ток базы при минимальном и максимальном входных напряжениях:

Используем формулу:

но ток через резистор R₁ значительно меньше тока базы транзистора в открытом состоянии, поэтому им можно пренебречь. При открывании транзистора компаратор уже открыт, поэтому нижний вывод R₂ получается подключенным к нулевому потенциалу, т.е. к «земле».

Ток через это сопротивление можно определить по следующей формуле:

трансформатор резистор тиристор сопротивление

Выразим из этой формулы R₂ и, подставив крайние величины входного напряжения и базового тока при этом напряжении, найдем две величины сопротивления:

Из них надо выбрать минимальное сопротивление, т.к. оно будет обеспечивать наибольший ток, т.е. надо выбрать из стандартного ряда сопротивлений номинал, близкий к  в меньшую сторону (опять же для обеспечения наибольшего тока базы). Ближайшее стандартное сопротивление - 3300Ом. Рассчитаем мощность, рассеиваемую на этом сопротивлении. Через этот резистор половину периода ток практически равен нулю, а вторую половину ток равен:

Средний ток, протекающий через R₂, равен половине этого значения, т.е. примерно 25 мА. Средняя рассеиваемая мощность равна:

Возьмем резистор R₂ МЛТ-1-3500±5%, т.к. он обеспечивает определенный запас по рассеиваемой мощности.

Выбор стабилитрона VD₁ и резистора R₅

Стабилитрон VD₁ и резистор R₅ используются для подачи опорного напряжения на один из входов компаратора. Резистор задает ток, проходящий через стабилитрон. Параметры стабилитронов в основном имеют сходственный характер, поэтому выбор какого-то конкретного стабилитрона существенно не повлияет на параметры всей схемы. Он должен обеспечить подачу опорного напряжения на один из входов компаратора.

Исходя из величины этого напряжения будет рассчитываться делитель для подачи напряжения с выхода на второй вход компаратора. Я выбрал стабилитрон КС211Ж, обладающий следующими параметрами:

· номинальное напряжение стабилизации U_ст.ном. = 11 В.

· номинальный ток стабилизации I_ст.ном.= 4 мА.

· минимальный ток стабилизации I_ст.min = 0,5 мА.

· максимальный ток стабилизации I_ст.max = 11 мА.

· сопротивление стабилизатора r_ст = 40 Ом.

Ток через резистор при среднем входном напряжении должен быть равен номинальному току стабилитрона, т.к. входной ток компаратора пренебрежимо мал по сравнению с ним, т.е.

Из этой формулы выразим R₅ и определим его величину:

Ближайшее стандартное сопротивление - 18 кОм. Определим величину минимального и максимального токов, протекающих по этой цепи, которые будут при минимальном и максимальном входном напряжении соответственно:

Величины этих токов лежат в пределах допустимых норм, поэтому можно использовать данный стабилитрон и резистор. Определим среднюю рассеваемую на нем мощность (средний ток через резистор равен 3,975 мА):

Можно взять резистор R₅ МЛТ - 0,5-18,5к±5%.

Расчет делителя R₆-R₇

Для расчета данного делителя необходимо задаться определенным током, протекающим через него. Причем этот ток должен значительно превышать входной ток компаратора (100 нА), чтобы последний не влиял на делитель напряжения, а также он должен быть значительно меньше тока нагрузки (0,5 А), чтобы в свою очередь не вносить существенного вклада в процесс заряда и разряда конденсатора С₂. Таким образом, ток делителя должен быть порядка единиц миллиампер. Поэтому величины сопротивлений R₆ и R₇ должны быть порядка единиц килоом. Определим коэффициент делителя, т.е. соотношение номиналов его резисторов.

т.е. номинал резистора R₆ должен в 0,18 раз быть меньше номинала R₇, причем их величины должны быть порядка единиц килоом. В стандартном ряду сопротивлений наиболее хорошо удовлетворяют этому соотношению сопротивления 1,35 и 7,5 кОм. Поэтому возьмем в качестве сопротивления R₆ 1,35 кОм, а в качестве R₇ - 7,5 кОм. Определим ток, протекающий при этом через делитель:

Определим мощность рассеиваемую на этих сопротивлениях:

В качестве обоих резисторов можно взять соответственно R₆ МЛТ - 0,125-1,35к±5% и R₇ МЛТ - 0,125-7,5к±5%.

Расчет резистора R₄

Воспользуемся формулой для определения напряжения в точке А, когда компаратор находится в состоянии низкого импеданса:

      (2.4.20)

Сопротивление резистора R₄ значительно больше сопротивлений R₁ и R₂, поэтому их величинами можно пренебречь и использовать для расчета R_экв=R₄.

                  (2.4.21)

Из последних двух формул выразим изменение напряжения в точке А:

     (2.4.22)

С другой стороны изменение напряжения в точке А можно определить, зная заданное изменение выходного напряжения следующим образом:

Выразим из формулы (2.98) значение сопротивления R₄:

  (2.4.24)

, поэтому значением величины  справа можно пренебречь.

Выберем ближайшее стандартное сопротивление в большую сторону 47 МОм, необходимо брать его в большую сторону, т.к. при этом будет обеспечено более маленькое изменение выходного напряжения. Через этот резистор будет протекать очень маленький ток, поэтому на нем мощность рассеивания практически равна нулю. Поэтому следует выбрать резистор R₄ МЛТ - 0,125 - 47М±5%.

Определим величины изменения выходного напряжения при токе коллектора VT₁ в режиме насыщения, равном 1А (при U_вх.ср.), а также в крайних значениях входного напряжения (при U_вх.max и U_вх.min):

Расчет конденсатора С₂

Частота импульсов задана: 20кГц. Определим период:

Рассчитаем емкость конденсатора по формуле (2.66) при условии, что ток коллектора VT₁ в насыщенном режиме равен 1А. При этом через конденсатор все время идет ток, равный 0,5А, но меняющийся по направлению. Изменение напряжения на выходе схемы при этом равно . Время заряда и время разряда конденсатора будут одинаковы, поэтому. Изменение напряжения на конденсаторе равно заданному изменению выходного напряжения. Подставим в формулу (2.4.3) все численные значения и определим емкость конденсатора:

Ближайшая стандартная емкость - 101 мкФ. Этот конденсатор должен выдерживать напряжение, равное выходному, т.е. 10 В, поэтому я выбрал конденсатор С₂ К50-7 - 101 мкФ.

Расчет КПД стабилизатора

КПД схемы определяется по следующей формуле:

КПД рассчитан без учета потерь при переключении транзистора, когда он находится в активном режиме, и имеют место относительно большое падение напряжения на нем и относительно большой ток, протекающий через транзистор.

Заключение

В курсовой работе был кратко описан принцип работы источника питания. Описан расчёт одной из множества возможных схем источника питания. Рассчитанный источник питания полностью удовлетворяет заданным параметрам.

Источник питания обладает рядом достоинств: имеет три выходных канала, что позволяет запитывать различную аппаратуру, кроме того на выходе обеспечивается достаточно малое значение сопротивления; при этом схема достаточно проста и обладает высокой надёжностью. Недостатки: необходимость применения радиаторов для отвода тепла от транзистора; большие масса и габариты, обусловленные применением радиаторов и трансформатора; невысокое значение КПД обусловлено рассеиванием энергии на транзисторе и диодах.