Команда
Контакти
Про нас

    Головна сторінка


Курсовий проект має обсяг 19 сторінок, міститься шість малюнків, використано 6 джерел. Розроблений стабілізатор постійної напруги призначений для стабільності роботи транзисторних і мік





Скачати 28.22 Kb.
Дата конвертації25.04.2018
Розмір28.22 Kb.
Типреферат
реферат

Курсовий проект має обсяг 19 сторінок, міститься шість малюнків, використано 6 джерел. Розроблений стабілізатор постійної напруги призначений для стабільності роботи транзисторних і мікроелектронних пристроїв. Був розроблений двополюсний стабілізатор на основі операційного підсилювача з захистом по струму. Отримані параметри До СТАБ = 16666,7, К П 0,005%, вхідні і вихідні значення напруг і струмів задовольняють технічним завданням.

зміст

Вступ

2

1 Вибір і обгрунтування структурної схеми

3

2 Вибір і обгрунтування принципової схеми

5

2.1 Захист ПСН на основі ОУ від перевантажень по струму і КЗ в навантаженні

7

3 Розрахунок принципової схеми

10

3.1 Розрахунок схеми порівняння і підсилювача

10

3.1.1. вибір стабилитрона

10

3.1.2 Розрахунок опорів R 3, R 4, R 5

10

3.1.3 Розрахунок опорів R 7, R 8

11

3.1.4 Розрахунок ОУ

11

3.2 Розрахунок регулюючого елемента

12

3.3 Розрахунок захисту від перевантажень по струму і КЗ в навантаженні

13

3.4 Розрахунок параметрів стабілізації

14

4 Розрахунок ККД пристрою

15

5 Конструкторська частина

16

висновок

17

Список літератури

18

додаток

19

Вступ

Широкий розвиток радіоелектроніки та впровадження її в усі галузі науки і техніки є реалією нашого часу. Для нормального функціонування всіх видів радіоелектронних пристроїв (обчислювальних комплексів, апаратури радіо і зв'язку, робототехнічних засобів і т.д.) необхідні системи енергетичного постачання.

Високі техніко-економічні показники радіоелектронних пристроїв багато в чому залежать від параметрів джерел вторинного електроживлення.

Найбільш поширеною є ІВЕ (джерела вторинного електроживлення), що складаються з джерела змінної напруги, випрямлячів і стабілізується торів постійної напруги. В одних пристроях вони використовуються як стабільні джерела живлення, що забезпечують надійність роботи, в інших - ще й як джерела еталонного (зразкового) напруги.

Розвиток напівпровідникової техніки дало можливість отримати прості високостабільні джерела зразкового напруги практично будь-якої потужності і невеликих габаритів. Подальший розвиток ІВЕ призвело до створення і розвитку класу силових інтегральних мікросхем.

1 Вибір і обгрунтування структурної схеми

По використовуваному принципом дії напівпровідникові стабілізатори напруги (ПСН) діляться на параметричні та компенсаційні.

У першому типі ПСН використовують сталість напруги на деяких видах приладів при зміні протікає через них струму. У другому типі ПСН завдання стабілізації напруги вирішують по компенсаційним принципом, заснованому на автоматичному регулюванні напруги підводиться до навантаження.

По режиму роботи розрізняють ПСН безперервного і імпульсної дії.

У ПСН безперервної дії регулюючий елемент (РЕ) працює в активному режимі і стабілізація U вих здійснюється безперервно, за рахунок компенсації зміни напруги на навантаженні зміною напруги на РЕ.

У ПСН імпульсної дії РЕ працює в імпульсному, тобто ключовому режимі. В імпульсному ПСН енергія надходить від джерела переривчасто, при цьому можливо два режими регулювання напруги на навантаженні:

- при постійній частоті, зміною тривалості імпульсу;

- при постійній тривалості імпульсу, зміною їх частоти.

Імпульсні стабілізатори мають такі переваги в порівнянні з ПСН з безперервним регулюванням:

- в кілька разів менше потужність розсіювання регулює

транзистора;

- більш високий ККД;

недоліки:

- велика величина пульсації U ВИХІД;

- велика складність схеми;

- погані динамічні властивості при імпульсному зміні струму навантаження.

ПСН безперервної дії мають високий коефіцієнт стабілізації, низький вихідний опір і малу величину пульсації вихідної напруги. За місцем включення РЕ щодо навантаження ПСН діляться на паралельні і послідовні. У перших з них регулюючий транзистор включається паралельно навантаженню (Малюнок 1б), а по-друге - послідовно з нею (Малюнок 1а).

а) б)

РЕ - регулюючий елемент, І - джерело опорного (еталонного) напруги, ЕС - елемент порівняння, У - підсилювач постійного струму.

Малюнок 1


2 Вибір і обгрунтування принципової схеми

Високі якісні показники мають ПСН, як УПТ яких застосовані ОУ в інтегральному виконанні. Поліпшення параметрів ПСН при застосуванні в них ОУ обумовлюється високим коефіцієнтом посилення ОУ і глибокої ООС, охоплює стабілізатор.

Малюнок 2 - Принципова схема ПСН на основі ОУ

Регулюючий елемент виконаний на транзисторі VT1, як УПТ застосований ОУ DA1.

Неінвертуючий вхід ОП підключений до параметричного стабілізатора на резисторі R2 і стабілітрон VD1, службовцю джерелом опорного напруги. З дільника R3, R4, R5 знімається частина вихідної напруги, яке в ОУ порівнюється з опорною напругою. Вихід ОУ підключений до бази VT1, включеного за схемою з ОК, що обумовлює більш низький вихідний опір ПСН, ніж при включенні VT1 по схемі з ОЕ.

Для живлення ОП і пристроїв на них застосовуються, як правило, двухполярной напруга. Для його отримання можуть використовуватися 2 однакових ПСН (Малюнок 3).

У номінальному режимі потенціал середньої точки дільника R7 - R8 буде дорівнює потенціалу загальної шини, тобто 0. Т. о., U ДІФ2 = U 02 = 0. При зменшенні негативного U вих2 потенціал инвертирующего входу DA2 стає позитивним. Ця напруга посилюється і інвертується, тому U ВИХІД DA2 стає більш негативним; струми бази, колектора, емітера збільшуються, U КЕ VT2 падає, а U ВИХІД збільшується до номінального значення.

При зменшенні позитивного U ВИХ1 через зовнішніх факторів або за рахунок регулювання резистором R4, потенціал середньої точки дільника R7 - R8 стає негативним. Ця напруга посилюється і інвертується ОУ DA2. його вихідна напруга стає більш

негативним. В результаті U БЕ2 падає, його струми бази, колектора, емітера зменшуються, а U КЕ2 зростає до тих пір, поки потенціал середньої точки дільника R7 - R8 не стане рівним 0. це станеться при U ВИХ1 = U вих2.


малюнок 3

2.1 Захист ПСН на основі ОУ від перевантаження ок по току і КЗ в навантаженні

Перевантаження по струму в напівпровідникових ПСН виникають при неприпустимому зниженні опору навантаження і при КЗ виходу стабілізатора. При цьому струм через РЕ збільшується до неприпустимою величини і він вихід з ладу. Згодом з ладу можуть вийти ОУ, випрямляч, трансформатор. Для запобігання виходу з ладу елементів стабілізатора в його схему вводиться захист по струму.

RS1 - шунт (датчик струму), УПТ - підсилювач постійного струму, ІУ - виконавчий пристрій;

Малюнок 4 - Структурна схема захисту

Робота захисту здійснюється наступним чином: в номінальному режимі роботи стабілізатора через опір навантаження і шунт RS1 протікає струм I H ном, що не перевищує встановленої величини струму захисту I З. У УПТ струм через RS1 або пропорційні йому падіння напруги на RS1 порівнюються з величиною U З або I З і перевищення струму через RS1 над I З викликає появу сигналу на виході УПТ і спрацьовування ІУ, яке або розриває ланцюг навантаження, вимикаючи РЕ, або подзапірает регулює транзистор. Т.ч., захист може здійснюватися двома способами:

а) повне знеструмлення навантаження, тобто відсічення струму навантаження;

б) обмеження струму навантаження на певному рівні.

Як елементи захисту, як правило, використовуються напівпровідникові елементи і іноді електромагнітні реле.

Малюнок 5 - Схема стабілізатора із захистом по другому сп особу

Захист з обмеженням струму заснована на формі вхідний характеристики кремнієвого транзистора, що має вигляд:

малюнок 6

Точка перегину вхідний характеристики U ПОР (порогове) характеризує напруга між базою і емітером, вище якого спостерігається швидке зростання струму бази, тому при перевищенні струмом I H значення I З = U ПОР / RS1, I Б починає різко збільшуватися, VD2 входить в

насичення, при якому U КЕ2 приблизно дорівнює нулю, і шунтирует емітерний перехід VT1 в замикаючому напрямку, тому I Е VT1 не може перевищувати заданої величини I З. Як VT2 необхідно вибирати кремнієвий транзистор з частотними властивостями не гірше, ніж у VT1. елементи RS1 і VT2 можуть бути включені в загальну шину живлення.

Повне замикання РЕ за першим способом захисту можна здійснити, якщо базу VT1 підключити до загальної шині стабілізатора через дуже малий опір. При цьому в якості елемента захисту можна використовувати тиристор (транзисторний тригер).

3 Розрахунок принципової схеми

3.1 Розрахунок схеми порівняння і підсилювача

3.1.1. вибір стабилитрона

Для вибору типу стабілітрона, що використовується в якості джерела опорного напруги, знайдемо величину необхідного опорного напруги по формулі:

U ОП = (0,6 ... 0,7). U ВИХІД min,

U ОП = 0,7. 3 = 2,1 В.

Тип кремнієвого стабілітрона підбираємо, маючи на увазі, що напруга стабілізації вики ного приладу повинна відповідати значенням опорного напруги (U СТ ~ U ОП). Параметри стабілітрона КС191С наведені в таблиці 1.

Таблиця 1 - параметри стабілітрона КС 191с

U ст, В

9,1

ТКН,% / ° C

0,005

IСТ.МИН., МА

3

IСТ.МАКС., МА

20

Rст., Ом

70

Таким чином опір резистора R 2 (I R 2 = I VD 1):

U ВИХІД max - U СТ 30 - 9,1

R 2 = ----------- = ---- = 6966,666 ~ 6967 Ом.

I CT min 3. 10 -3

З ряду Е24 вибираємо номінал 6,8 кОм. Потужність, що розсіюється на R 2 дорівнює:

P R 2 = (U ВИХІД max - U СТ) 2 / R 2 = (30 - 9,1) 2/6967 = 0,063 Bт.

3.1.2 Розрахунок опорів R 3, R 4, R 5

Для розрахунку задаємося струмом подільника (зазвичай I д = (5 ... 10) мА). Далі знаходимо загальний опір вихідного дільника:

R Д = R 3 + R 4 + R 5 = U ВИХІД max / I Д = 30/10. 10 -3 = 3000 Ом.

Обчислюємо мінімальний і максимальний коефіцієнти передачі подільника:

α min = U СТ min / U ВИХІД max = 9,1 / 30 = 0,3,

α max = U СТ max / U ВИХІД min = 9,1 / 3 = 3.

Опір резистора R 5 одно:

R 5 = α min. R Д = 0,3. 3000 = 900 = 0,9 кОм

З ряду Е24 вибираємо номінал 1 кОм.

Опір резистора R 3 одно:

R 3 = R 5. (1 - α max) / α min = 900. (1 - 3) / 0,3 = 6 кОм.

З ряду Е24 вибираємо номінал 6,2 кОм.

Опір змінного резистора R 4 одно:

R 4 = R Д - R 3 - R 5 = 3000 + 6200 - 900 = 8300 = 8,3 кОм.

Вибираємо номінал 8,2 кОм.

Резистор R 4 вибираємо типу СП5-39-8,2 кОм ± 10%

3.1.3 Розрахунок опорів R 7, R 8

R Д розраховуємо аналогічно резисторам R 3, R 4, R 5:

R Д = R 7 + R 8 = U ВИХІД max / I Д = 30/10. 10 -3 = 3000 Ом,

R 7 = R 8 = R Д / 2 = 3000/2 = 1500 = 1,5 кОм.

З ряду Е24 вибираємо номінал 1,5 кОм.

3.1.4 Розрахунок ОУ

Критеріями вибору ОУ є виручкою я: синфазное напруга U СФ, рівне U СТ, вхідна напруга U ВХ, швидкість наростання вихідної напруги ОП V U ВИХІД. Для зниження динамічних втрат в РЕ необхідно, щоб фронт і зріз вихідних імпульсів ОУ не перевищував

1-2 мкс. Орієнтовно необхідну величину V U вих можна визначити за формулою:

U ВХ 36

V U ВИХІД ³ ----- ³ --- ³ 13 - 36 В / мкс

t ф 1 - 2

Зазначеним вимогам задовольнять ОУ типу КР554УД2А. Параметри ОУ КТ315А наведені в таблиці 2.

Таблиця 2 - параметри ОУ типу КР554УД2А

До U

20000

± U ПІТ, У

15

I Потро, мA

7

± U ВИХІД, В

± 10

U СФ, В

10

V U ВИХІД, В / мкс

20

R Н, кому

2

R ВХ, Мом

10

Резистор R0 вибираємо в розрахунку, що у обох ОУ ± U ПІТ = 15в, а I Потро = 7 мА, таким чином

R0 = (39-15) / (2 * 0.007) = 1714,29

З ряду Е24 вибираємо номінал 1,8 кОм.

Обмеження вихідного струму ОУ DA 1 здійснюється резистором

R 1, який не повинен перевищувати 5 міліампер.

ОУ DA 2 вибираємо такий же як DA 1, отже, струм на резіс торі R 6 також не повинен перевищувати 5 міліампер.

3.2 Розрахунок регулюючого елемента

Згідно з завданням вихідний струм один ампер, тобто ток I Е = 1 А. Струм бази VT 1 дорівнює току резистора R 1:

I Б = 5 мА.

Струм колектора транзистора VT 1 дорівнює:

I К = I Е - I Б = 1 - 5. 10 -3 = 0,995.

Тоді коефіцієнт посилення по току РЕ і УМ дорівнює:

До II К / I Е = 0,995 / 1 = 0,995.

Як РЕ необхідний транзистор з допустимою напругою колектор-емітер:

U ке.доп. ≥ 1,5 · U ВХ,

U ке.доп. ≥ 1,5 · 36 = 54 В.

Виберемо транзистор VT1 КТ630Е. Параметри транзистора КТ630Е наведені в таблиці 3.

Таблиця 3 - параметри транзистора КТ630Е

Марка транзистора

КТ630Е

Тип транзистора

NPN

I н max, А

1

Доп. напруга колектор-емітер, U к мах, В

60

Розсіює потужність колектора, P мах, Вт

0,8

Мінімальний коеф. передачі струму бази, h 21Е min

160

Опір резистора R 1 розрахуємо за формулою:

R 1 = (U ВИХ.ОУ max - U БЕНАС) / I R 5,

де I R 1 = 5 · 10 -3 А;

R 1 = (24- 0,85) / 5 · 10 -3 = 4,63 · 10 3 Ом.

З ряду Е24 вибираємо номінал 4,7 кОм.

Потужність, що розсіюється на резисторі R 1, дорівнює:

P R 1 = I R 1 2 · R 1 = (5 · 10 -3) 2 · 4,7 · 10 3 = 1,17. 10 -3 Вт.

Подібно VT1 вибираємо транзи стор VT3. Параметри транзистора КТ933Б наведені в таблиці 4.

Таблиця 4 - параметри транзистора КТ933Б

Марка транзистора

КТ933Б

Тип транзистора

PN-Р

I н max, А

0,5

Доп. напруга колектор-емітер, U к мах, В

60

Розсіює потужність колектора, P мах, Вт

50

Резистор R 6 вибираємо такий же як R 1.

3.3 Розрахунок захисту від перевантажень по струму і КЗ в навантаженні

Розрахунок регулюючого транзистора і резистора

Задамо значення I з = 50 мА, а U ПОР = 50 В.

I з = U ПОР / RS1,

RS1 = U ПОР / I з = 50/50. 10 -3 = 1 кОм.

Вибираємо транзісторVT2 тип а КТ608Б. Параметри транзистора КТ608Б наведені в таблиці 5.

Таблиця 5 - параметри транзистора КТ608Б

Марка транзистора

КТ608Б

Тип транзистора

N-Р-N

I н max, А

0,8

Доп. напруга колектор-емітер, U к мах, В

60

Розсіює потужність колектора, P мах, Вт

0,5

Подібно VT2 вибираємо транзистор VT4. Параметри транзистора КТ620А наведені в таблиці 6.

Таблиця 6 - параметри транзистора КТ620А

Марка транзистора

КТ620А

Тип транзистора

Р-N-Р

I н max, А

0,5

Доп. напруга колектор-емітер, U к мах, В

50

Розсіює потужність колектора, P мах, Вт

0,2

Резистор RS2 вибираємо такий же як RS1.

3.4 Розрахунок параметрів стабілізації

3.4.1 Розраховуємо коефіцієнт стабілізації розрахованого стабілізатора напруги, а також величину пульсацій на виході:

До СТ = (U H * K) / U BX = (30 * 20000) / 36 = 16666,7

Розраховуємо коефіцієнт пульсацій:

Δ U ВИХІД = Δ U ВХ / К = 36/20000 = 0,0018

K П = (Δ U ВИХІД * 100) / U ВХ = (0,0018 * 100) / 36 = 0,005

3.4.2 Перевіряємо відповідність розрахованих параметрів заданим умовам:

До ст = 16666,7> До ст.зад = 5000;

До п = 5 10 -3% <До п.зад = 50'10 -3%.

Отримані параметри задовольняють заданим умовам.

4 Розрахунок ККД пристрою


Визначаємо номінальне і мінімальне значення ККД:

U H * I H 30 * 1

η ном = --- = --- = 0,83

U ВХ * I H 36 * 1

U Hмін * I H 3 * 1

η хв = ---- = --- = 0,083

U ВХ * I H 36 * 1

5 Конструкторська частина

В результаті структурної і принципової електричних схем стабілізатора постійної напруги була додатково розроблена друкована плата 140'102 мм з відповідними навісними радіоелементами. Для поліпшення тепловіддачі радіоелементи розташовані на великій відстані один від одного.

Друкована плата виконана з двостороннього фольгованого склотекстоліти товщиною 1,5-2 мм фотохимическим методом. Пайка висновків елементів виконана припоєм ПО З-61. Крок координатної сітки 2,5 мм.

висновок

Курсовий проект виконаний відповідно до завдання на проектування, отримані результати До СТАБ = 16666,7, К П 0,005% задовольняють необхідним завданням.

Номінальний ККД пристрою перевищує 80%, це говорить про ефективність використання стабілізаторів напруги на основі операційного підсилювача.

Список літератури

1. Додік С.Д. Напівпровідникові стабілізатори постійної напруги і струму (з безперервним регулюванням) .- М .: Сов.радіо, 1980.- 618 c.

2. Вересів Г.П. Стабілізовані джерела живлення радіоаппаратури.- М .: Енергія, 1978.- 192 с.

3. Гершунский Б.С. Довідник по розрахунок у електронних схем. - Київ: Вища школа, 1983. - 240 с.

4. Фрумкін Г.Д. Розрахунок і конструювання радіоелектронної радіоапаратури. - М .: Вища школа, 1989. - 463 с.

5. Напівпровідникові прилади: Транзистори. Довідник / В. Л. Аронов, А. В. Баюк, А. А. Зайцев та ін. За заг. ред. М.М. Горюнова. - 2-е изд., Перераб. - М .: Вища школа, 1986. - 904 с.

6. Напівпровідникові прилади. Діоди випрямляючі, стабілітрони, тиристори: Довідник / А. Б. Гітцевіч, А. А. Зайцев, В. В. Мокряк та ін. Під ред. А. В. Голомедова. - М .: Радио и связь, 1988. - 528 с.

додаток А

ВАХ транзисторів КТ630Е, КТ933Б, КТ608Б


  • 2.1 Захист ПСН на основі ОУ від перевантажень по струму і КЗ в навантаженні
  • 4 Розрахунок ККД пристрою
  • Малюнок 1
  • Список літератури