Выбор и расчёт элементов сглаживающих фильтров

Контрольная работа №1

Расчёт блока питания

Целью контрольной работы является закрепление знаний по разделу «Источники питания», привитие навыков в расчёте и выборе элементов источников питания, научиться пользоваться справочниками и оформлять принципиальные электрические схемы по ГОСТу, применять методы программированного расчёта.

В соответствии с заданием согласно варианту (приложение А) составить принципиальную схему блока питания, состоящую из трёх источников питания ИП1, ИП2, ИП3 (рис.1, а, б, в). Каждый источник питания построен по традиционной схеме и содержит понижающий трансформатор Т, выпрямитель В, сглаживающий фильтр СФ и стабилизатор напряжения СН. Схемы выпрямителей приведены на рис.2, сглаживающих фильтров – на рис.3, стабилизаторов напряжения – на рис.4. На рис.5 приведены схемы стабилизаторов напряжения с регулируемым выходным напряжением на основе потенциометров, подключаемых параллельно стабилитрону (стабилитронам).

Произвести электрический расчёт схем трёх источников питания. Расчёт всех электрических схем обычно начинается с конца: сначала рассчитывается стабилизатор напряжения, затем сглаживающий фильтр, выпрямитель и заканчивается расчётом силового трансформатора.

Расчет и выбор элементов стабилизатора напряжения.

Расчёт стабилизаторов напряжения по схемам рис.4, а, б проводится по методике приложения Б. При расчёте схемы стабилизатора по рис.4,б исходить из условия:

I_{б VT1} = I_{к VT2},

т.е. ток базы I_{б VT1} регулирующего транзистора VT1 должен быть равен току коллектора I_{к VT2} транзистора VT2 – усилителя постоянного тока, играющего роль схемы сравнения выходного напряжения U_н и опорного напряжения U_ст. Сигнал рассогласования на выходе схемы сравнения на VT2 управляет величиной сопротивления регулирующего транзистора VT1 таким образом, что изменения напряжения U_в на входе стабилизатора будут скомпенсированы и напряжение U_н на выходе стабилизатора будет постоянным.

Стабилизаторы напряжения по рис.4, а, б по своей схеме являются эмиттерными повторителями, т.е. напряжение U_н на выходе стабилизатора примерно равно напряжению U_ст на выходе параметрического стабилизатора, состоящего из резистора R и стабилитрона VD (рис 4, а, б) (прил. Г и Д).

Условие U_н = U_ст может быть выполнено двумя путями: либо подбором соединённых последовательно нескольких стабилитронов с разными U_ст (по справочнику) (рис.5, а), либо применением схем стабилизаторов напряжения с регулируемым выходным напряжением (рис.5, б, в, г, д).

Первый путь (рис5, а) в схемном отношении является простым, однако из-за значительного разброса величин U_ст даже для одной партии стабилитронов точно подобрать нужное значение U_ст трудно, т.к. требуется определить экспериментально значения U_ст большого количества стабилитронов. Второй путь более предпочтителен. Он заключается в параллельном подсоединении стабилитрону (стабилитронам) (рис.5, б, в, г, д) потенциометра R2, с движка которого снимается нужное значение U_ст­. Схема рис.5, в содержит два потенциометра R2 и R3, отличающиеся по величине сопротивления примерно на порядок (R2 = 2-4 кОм, R3 = 300-600 Ом). Это позволяет осуществить грубую (Г) настройку U_ст потенциометром R2, а потенциометром R3 – точную (Т). Следует учитывать, что начиная с токов нагрузки I_н­ = 0,2-0,3 А, регулирующий транзистор в схемах рис4, а, б, в, надо устанавливать на алюминиевый радиатор для отвода тепла.

Диоды VD2, VD3, VD4 в схеме рис.4, б выполняют защиту стабилизатора от коротких замыканий и при превышении напряжения U_н выше допустимого.

Величина сопротивления резистора защиты R2 в схеме рис. 4, б рассчитывается по методике [2].

Стабилизатор напряжения в интегральном исполнении (рис.4, в) не рассчитывается, а выбирается микросхема DA1 по справочнику в соответствии с заданными U_н и I_н (приложение Е).

Выбор и расчёт элементов сглаживающих фильтров.

В схемах фильтров рис.3 элементы рассчитываются:

,

где f = 50 Гц – частота питающего напряжения U₁ = 220 В;

q = 0,05-0,5 – коэффициент пульсаций сглаживающего фильтра;

- сопротивление нагрузки.

В качестве конденсаторов фильтра C_ф выбираются электролитические полярные конденсаторы, например, К50-6…К50-35 и др.

Индуктивность фильтра L_ф рассчитывается по формуле:

.

По результатам расчёта L_ф по справочнику [5] подбирается подходящий дроссель.

Расчёт резисторов R1 и R2 в схемах выпрямителей с умножением напряжения по рис.2, д и 2,е. Напряжение на каждом из данных резисторов при условии равенства их сопротивлений (R1 = R2) равно половине напряжения U_н на нагрузке. Приняв токи через резисторы R1 и R2 в 10 раз меньше тока нагрузки I_н, определяем величины R1 и R2

.

Допустимая мощность рассеяния на R1 и R2

.

В схемах RC-фильтров (рис.3, в, г) величина R_ф. должна отвечать условию: потери напряжения на R_ф от протекания по нему тока нагрузки I_н не должны превышать 20-30% от напряжения нагрузки U_н.