Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет стабилизатора напряжения постоянного тока

Практическая работа№3 Расчет стабилизаторов параметрического и компенсационного типа.

Цель работы: научиться рассчитывать схемы стабилизаторов параметрического и компенсационного типа с подбором стандартных элементов схемы из справочной литературы.

Краткие теоретические сведения

Параметрические стабилизаторы постоянного напряжения.

Принцип работы параметрического стабилизатора напряжения заключается в поддержании постоянного напряжения на выходе за счет перераспределения токов, протекающих через линейный (Roгр.) и нелинейный элементы. Характеристики стабилизатора зависят от параметров нелинейного элемента – стабилитрона. Особенностью ВАХ стабилитрона является наличие в области отрицательных напряжений участка, где напряжение не зависит от тока (участок пробоя стабилитрона). Каждый стабилитрон имеет свое определенное напряжение пробояUпр, которое определяет напряжение стабилизации Uст: Uст≈Uпр. Стабилитрон включается последовательно с гасящим сопротивлением R и параллельно нагрузке. Если напряжение на входе стабилизатора увеличится, то ток через стабилитрон также увеличится, что приведет к увеличению падения напряжения на сопротивлении К и гашению избыточного напряжения. Если напряжение на входе стабилизатора уменьшится, то ток в стабилитроне тоже уменьшится и, следовательно, уменьшится падение напряжения на сопротивлении R. В результате напряжение на нагрузке стабилизируется. При изменении тока в нагрузке часть тока стабилизатора переходит в нагрузку, при этом напряжение на нагрузке остается постоянным благодаря тому, что напряжение на участке пробоя стабилитрона не зависит от тока. Значение гасящего сопротивления R выбирается в зависимости от напряжения стабилизации, требуемого Кст и мощности нагрузки (R=6…120 Ом).

Параметры стабилитрона также должны подбираться с учетом требуемого напряжения на выходе стабилизатора и допустимых токов нагрузки. Схемы параметрических стабилизаторов могут применяться только для слаботочных цепей (приборов малой мощности). Кст параметрических стабилизаторов не превышает 50.

Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения.

Компенсационные стабилизаторы используют для обеспечения высокого коэффициента стабилизации Кст ≥1000. Такой стабилизатор представляет собой систему автоматического регулирования, в которой выходное напряжение сравнивается с эталонным опорным напряжением. В зависимости от способа включения регулирующего элемента различают компенсационные стабилизаторы последовательного и параллельного типа.

Транзистор VT1играет роль РЭ, VT2 является усилителем сигнала рассогласования. Делитель R3R4 служит для сравнения Uвых с Uоп, он обеспечивает плавную регулировку напряжения на выходе стабилизатора. В данной схеме нет дополнительного источника опорного напряжения, а напряжение для сравнения формируется за счет падения напряжения между базой и эмиттером, которое сравнивается с Uоп, задаваемым стабилитроном VD. Пусть напряжение на входе увеличится и составит Uвх+∆Uвх. При этом начнет увеличиваться ток через VT1, следовательно начнет возрастать напряжение на базе VT2, что повлечет за собой увеличение запирающего положительного потенциала на базе VT1. Ток в нем начнет уменьшаться, приводя к компенсации увеличения входного напряжения. В результате внутреннее сопротивление VT1 повысится, компенсируя увеличение напряжения на входе и приводя к стабилизации напряжения на выходе. При снижении входного напряжения работа схемы происходит в обратном направлении. Аналогично работает схема компенсации напряжения на выходе при снижении или увеличении тока нагрузки. Для увеличения коэффициента усиления по току можно заменить VT1 составным, т.е. состоящим из двух транзисторов с коэффициентами усиления β1 и β2. Коэффициент усиления составного транзистора βс12, что позволяет создавать стабилизаторы с коэффициентом стабилизации в несколько тысяч.

Читайте так же:
Драйвер стабилизатор тока led

Расчет компенсационных стабилизаторов напряжения

С ОДЕРЖАНИЕ

1. Обзор и анализ источников питания 3

2. Выбор и анализ структурной схемы 4

3. Разработка принципиальной электрической схемы 6

4. Расчет схемы электрической принципиальной 7

4.1 Исходные данные для расчета 7

4.2 Расчет схемы компенсационного стабилизатора 7

4.3 Расчет схемы защиты КСН от перегрузок 15

4.4 Разработка схемы КСН на базе ИМС 17

5. Анализ и оценка ошибок 20

7. Список литературы 23

Приложение 1. Схема электрическая принципиальная

на базе дискретных элементов 24

Приложение 2. Схема электрическая принципиальная

Приложение 3. ВАХ транзистора КТ827 28

Приложение 4. ВАХ транзистора КТ603 29

Приложение 5. ВАХ транзистора КТ312 30

Приложение 6. Влияние разброса параметров

электронных компонентов 31

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день появляются все более сложные электронные системы, использующие в качестве элементной базы новейшие полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы с высокой степенью интеграции.

Успешное развитие науки и техники в рамках жестокой конкуренции во многом обусловлено успехами электроники. Трудно себе представить какую-либо отрасль производства, в которой бы в той или иной степени не использовались электронные приборы или электронные устройства автоматики.

Неотъемлемой частью многих радиоэлектронных и электронных устройств являются стабилизаторы постоянного напряжения. В одних устройствах они используются как высокостабильные источники питания, обеспечивающие необходимую надежность работы, в других — не только как источники питания, но и как источники эталонного (образцового) напряжения. Образцовое напряжение необходимо во многих системах авторегулирования и телеметрии, измерительных схемах, схемах преобразования непрерывных величин в дискретную форму, в схемах электрического моделирования.

Развитие полупроводниковой техники дало возможность получить простые высокостабильные источники образцового напряжения практически любой мощности.

Полупроводниковые стабилизаторы могут также использоваться в замен аккумуляторных и сухих батарей в измерительных и поверочных лабораториях.

Читайте так же:
Параметрический стабилизатор с усилителем тока

Наиболее характерной чертой дальнейшего научно-технического прогресса в нашей стране является переход к полностью автоматизированному производству на базе использования электронной техники.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Основным источником питания электронных устройств в настоящее время являются выпрямительные устройства, преобразующие переменный ток в ток одного направления, называемый выпрямленным. Постоянное напряжение или ток, получаемые от выпрямителей, по различным причинам могут изменяться, что может нарушить нормальную работу различных устройств, питание которых осуществляется от выпрямительных устройств. Основным причинами нестабильности является изменение напряжения сети и изменение тока нагрузки. Для обеспечения постоянного напряжения на сопротивлении нагрузки применяют стабилизаторы напряжения.

Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающие автоматически и с требуемой точностью напряжение на нагрузке при изменении дестабилизирующих факторов в обусловленных пределах.

Не смотря на применение сглаживающих фильтров, напряжение на сопротивлении (сглаживающих фильтров) нагрузки выпрямителя может изменяться. Это объясняется тем, что сглаживание пульсаций фильтром уменьшается только переменная составляющая выпрямленного напряжения, а величина постоянной составляющей может изменяться и при колебаниях напряжения сети, и при изменении тока нагрузки.

Существует два принципиально разных метода стабилизации напряжения: параметрический и компенсационный.

Сущность компенсационного метода стабилизации сводится к автоматическому регулированию выходного напряжения.

В компенсационных стабилизаторах производится сравнение фактической величины входного напряжения с его заданной величиной и в зависимости от величины и знака рассогласования между ними автоматически осуществляется корректирующее воздействие на элементы стабилизатора, направленное на уменьшение этого рассогласования.

2. ВЫБОР И АНАЛИЗ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

Схемы компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения бывают последовательного и параллельного типов [1] .

Рис. 2.1

Различие приведенных схем состоит в следующем. В последовательных стабилизаторах напряжение на регулирующем элементе возрастает при увеличении напряжения на нагрузке, а ток приблизительно равен току нагрузки. В параллельных стабилизаторах напряжение на регулирующем элементе не зависит от входного напряжения, а ток находится в прямой зависимости от напряжения на нагрузке.

Читайте так же:
Устройство стабилизатора напряжения переменного тока

Стабилизаторы параллельного типа имеют невысокий КПД и применяются сравнительно редко. Для стабилизации повышенных напряжений и токов, а также при переменных нагрузках обычно применяются стабилизаторы напряжения последовательного типа. Их недостатком является то, что при коротком замыкании на выходе к регулирующему элементу будет приложено все входное напряжение. Это обстоятельство необходимо учитывать при эксплуатации стабилизатора.

Основными параметрами, характеризирующими стабилизатор, являются:

1. Коэффициент стабилизации, представляющий собой отношение относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора.

K сти =  U вх / U вх :  U вых / U вых ,

где: U вх и U вых — номинальное напряжение на входе и выходе стабилизатора.

 U вх и  U вых — изменение напряжений на входе и выходе стабилизатора.

Коэффициенты стабилизации служат основными критериями для выбора рациональной схемы стабилизации и оценки ее параметров.

2. Выходное сопротивление, характеризующее изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки и неизменном входном напряжении.

R вых =  U вых /  I вых , при U вх = const.

Коэффициент полезного действия, равный отношению мощности в нагрузке к номинальной входной мощности.

 = U вых  I вых / U вх  I вх .

4. Дрейф (допустимая нестабильность) выходного напряжения. Временной и температурный дрейф характеризуется величиной относительного и абсолютного изменения выходного напряжения за определенный промежуток времени или в определенном интервале температур.

Стабилизаторы напряжения и тока

Понятие, сущность, классификация, основы проектирования и расчета стабилизатора напряжения последовательного типа. Методика проектирования однофазного мостового выпрямителя, работающего на нагрузку с сопротивлением, порядок вычисления его параметров.

  • посмотреть текст работы «Стабилизаторы напряжения и тока»
  • скачать работу «Стабилизаторы напряжения и тока» (курсовая работа)

Подобные документы

Вольтамперная характеристика полупроводникового стабилитрона. Параметрические стабилизаторы напряжения. Соотношения токов и напряжений. Относительное приращение напряжения на выходе стабилизатора. Температурный коэффициент напряжения стабилизации.

лабораторная работа, добавлен 03.03.2009

Понятие и сфера применения выпрямителя электрического однофазного. Экспериментальное исследование характеристик мостового выпрямителя переменного тока с различными видами сглаживающих фильтров. Освоение методики исследования и расчета выпрямителя.

Читайте так же:
Импульсный стабилизатор тока что это

лабораторная работа, добавлен 18.06.2015

Схема управляемого выпрямителя. Основные параметры выпрямителя в управляемом режиме. Выбор защиты тиристоров от перегрузок по току и напряжению. Расчет стабилизатора напряжения, выпрямителей. Моделирование выпрямителя, расчет источника питания.

курсовая работа, добавлен 02.02.2011

Производство надежных и эффективных преобразователей переменного тока в постоянный. Расчет понижающего мостового выпрямителя с удвоением напряжения при автотрансформаторном питании от сетки. Расчет бестрансформаторного выпрямителя с умножением напряжения.

курсовая работа, добавлен 04.05.2015

Схема ключевого преобразователя напряжения с импульсным трансформатором. Регулировка напряжения и тока через нагрузку. Схема управления обмотками трансформатора. Комплексный расчет однокаскадный параметрический стабилизатор напряжения постоянного тока.

курсовая работа, добавлен 28.04.2014

Классификация и параметры стабилизаторов напряжения тока. Характеристики стабилитрона и нагрузочного сопротивления. Компенсационный транзистор постоянного напряжения с непрерывным регулированием. Различные параметры мощности импульсного стабилитрона.

реферат, добавлен 18.07.2013

Стабилизатор напряжения, его предназначение. Экспериментальное определение характеристик полупроводниковых параметрического и компенсационного интегрального стабилизатора напряжения постоянного тока. Определение мощности, рассеиваемой на стабилизаторе.

лабораторная работа, добавлен 18.06.2015

Работа источника питания радиоэлектронной аппаратуры. Расчет стабилизаторов напряжения, однофазного мостового выпрямителя с емкостным фильтром, параметров трансформатора, коэффициента полезного действия. Выбор микросхемы, стабилитрона и транзистора.

курсовая работа, добавлен 20.03.2014

Понятие и принцип работы однофазного инвертора напряжения, его функциональные особенности и сферы практического использования. Выбор и обоснование силовой части, порядок расчета параметров трансформатора. Система управления инвертором, ее основные части.

контрольная работа, добавлен 21.04.2013

Потенциометры и реостаты — простейшие регуляторы напряжения и тока. Виды и принцип работы. Высокая эффективность управляемых выпрямителей для регулирования U и I. Параметрические стабилизаторы постоянного и переменного тока, недостатки и применение.

реферат, добавлен 10.02.2009

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • »

Расчет стабилизатора

Для получения более постоянного напряжения на нагрузке при изменении потребляемого тока к выходу выпрямителя подключают стабилизатор, который может быть выполнен по схеме, приведенной на рис. 1. В таком устройстве работают стабилитрон V5 и регулирующий транзистор V6 . Расчет позволит выбрать все элементы стабилизатора, исходя из заданного выходного напряжения U н и максимального тока нагрузки I н . Однако оба эти параметра не должны превышать параметры уже рассчитанного выпрямителя. А если это условие нарушается, тогда сначала рассчитывают стабилизатор, а затем — выпрямитель и трансформатор питания. Расчет стабилизатора ведут в следующем порядке.

Читайте так же:
Чем отличаются стабилизаторы тока от стабилизаторов напряжения

1. Определяют необходимое для работы стабилизатора входное напряжение (U вып ) при заданном выходном (U н ) :

Здесь цифра 3, характеризующая минимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора, взята в расчете на использование как кремниевых, так и германиевых транзисторов. Если стабилизатор будет подключаться к готовому или уже рассчитанному выпрямителю, в дальнейших расчетах необходимо использовать реальное значение выпрямленного напряжения U вып .

2. Рассчитывают максимально рассеиваемую транзистором мощность:

Р mах = 1,3 (U вып — U н ) I н ,

3. Выбирают регулирующий транзистор. Его предельно допустимая рассеиваемая мощность должна быть больше значения Р max , предельно допустимое напряжение между эмиттером и коллектором — больше U вып , а максимально допустимый ток коллектора — больше I н .

4. Определяют максимальный ток базы регулирующего транзистора:

I б.макс = I н / h 21Э min ,

где: h 21Эmin — минимальный коэффициент передачи тока выбранного (по справочнику) транзистора. .

5. Подбирают подходящий стабилитрон. Его напряжение стабилизации должно быть равно выходному напряжению стабилизатора, а значение максимального тока стабилизации превышать максимальный ток базы I б max .

6. Подсчитывают сопротивление резистора R1 :

R1 = (U вып — U ст ) / (I б max + I ст min ) ,

Здесь R1 — сопротивление резистора R1, Ом;
U ст — напряжение стабилизации стабилитрона, В;
I б.max — вычисленное значение максимального тока базы транзистора, мА;
I ст.min — минимальный ток стабилизации для данного стабилитрона, указанный в справочнике (обычно 3. 5 мА). .

7. Определяют мощность рассеяния резистора R1 :

P R1 = (U вып — U ст ) 2 / R1 ,

Может случиться, что маломощный стабилитрон не подойдет по максимальному току стабилизации и придется выбирать стабилитрон значительно большей мощности — такое случается при больших токах потребления и использовании транзистора с малым коэффициентом h 21Э . В таком случае целесообразно ввести в стабилизатор дополнительный транзистор V7 малой мощности (рис. 2), который позволит снизить максимальный ток нагрузки для стабилитрона (а значит, и ток стабилизации) примерно в h 21Э раз и применить, соответственно, маломощный стабилитрон.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию