<<
>>

Пример расчёта и моделирования компенсационного стабилизатора

Исходные данные: - номинальное выходное напряжение стабилизатора Uвых – 11 В; - номинальный ток нагрузки стабилизатора Iвых – 3 А;

- используется источник V1 достаточной мощности, с выходным напряжением U1 = 2,5…3,5?Uвых = 35 В.

- номинальное сопротивление нагрузки RH = Uвых / Iвых = 3,67 Ом.

Выполнение работы:

1. Выберем стабилитрон измерительного моста. Стабилитрон VD1 выбирается со значением напряжения стабилизации Uст, равном половине выходного напряжения Uвых стабилизатора:

Uст = Uвых / 2 = 11 В / 2 = 5,5 В. Максимально близкий по напряжению стабилизации – 1N4734, Uст = 5,6 В, Iст = 45 мА.

2. Найдём резистор Rб: На резисторе падает напряжение:

URб = Uвых – Uст = 11 В – 5,6В = 4,4В

Зная падение напряжения и ток стабилизации, по закону Ома определяем сопротивление резистора:

Rб = URб / = 4,4 В / 0,045 А = 98 Ом

Ближайшее значение сопротивления резистора по номинальному ряду - 100 Ом. Мощность резистора находим из условия РRб = URб ? Iст ? K = 4.4 В ? 0,045А ? 2 = 0,396 Вт, где К-коэффициент запаса по мощности. Ближайшее наибольшее значение мощности резистора по номинальному ряду – 0,5 Вт. Таким образом, параметры Rб – 100 Ом; 0,5 Вт.

3. Определим возможные значения выходного напряжения стабилизатора, при которых происходит стабилизация. Они ограничены предельными токами стабилитрона, стоящего в мостовой измерительной цепи. а) Определим минимальное (регулируемое) напряжение стабилизации: По справочнику минимальный ток стабилизации 1N4734 Iст мин= 0,2?Iст = 0,2?45 мА = 9 мА, при этом токе значение выходного напряжения стабилизатора составит:

Uвых мин = Uст + (Iст мин ? Rб) = 5,6 В + (0,009 А ? 100 Ом) = 6,4 В

б) Определим максимальное (регулируемое) напряжение стабилизации: По справочнику максимальный предельный ток стабилизации 1N4734 Iст макс справочник = 162 мА. Это большой ток, при котором стабилитрон будет работать в максимальном режиме и нужны дополнительные меры защиты, поэтому ограничимся значением в 2 раза ниже максимального тока стабилизации Iст макс - 81 мА. При этом токе значение выходного напряжения стабилизатора составит:

Uвых макс = Uст + (Iст макс ? Rб) = 5,6 В + (0.081 ? 100) = 17,75 В (далее в расчётах 18 В)

Поскольку мощность, прикладываемая к резистору возросла, для того, чтобы резистор Rб не вышел из строя от большой рассеиваемой мощности, его мощность следует увеличить до значения:

РRб = I2ст макс ? Rб ? 2 = 0,0812 А ? 100 Ом ? 2 = 1,3322 Вт

Ближайшее значение 2 Вт.

4. Рассчитаем делитель R1, R2, R3: Нам известно, что на стабилитроне 1N4734 падает – 5,6 вольта. В режиме стабилизации, транзистор VT1 находится в "рабочей точке", это означает, что на его переходе база-эмиттер "падает" напряжение 0,65 вольта. А это в свою очередь означает, что на базе должно быть всегда 5,6 + 0,65 = 6,25 вольта относительно корпуса стабилизатора. База соединена с "ползунком" среднего регулировочного резистора, значит, это напряжение 6,25 вольта всегда присутствует на его "ползунке".

Исходя из этого, можно составить, систему уравнений с тремя неизвестными. При максимальном напряжении стабилизации Uвых макс = 18 В, ползунок находится в нижнем по схеме положении, ток стабилизации Iст макс= 81 мA, а ток делителя R1, R2, R3 в 10 раз меньше: Iцепи = 8,1 мА, следовательно:

R3 = 6,25 В / Iцепи = 6,25 В/ 8,1 мА = 772 Ом; R1 + R2 = (Uвых макс - UR3) / Iцепи = 18 В / 8,1 мА = 2222 Ом.

Суммарное сопротивление R1 + R2 + R3 = 720 + 2222 = 2942 Ом. При минимальном напряжении стабилизации Uвых мин = 6,4 В, ток делителя будет:

Iцепи = Uвых мин / (R1 + R2 + R3) = 6,4 В / 2942 Ом = 2,175 мА.

Найдём значение R1 = (Uвых мин – 6,25) / Iцепи = (6,4 В – 6,25 В) / 2,175 мА = 69 Ом, отсюда значение R2 = 2222 Ом – 69 Ом = 2153 Ом, округлим значения резисторов до значений номинального ряда Е24: R1 = 68 Ом, R2 = 2,2 кОм (переменный), R3 = 750 Ом

5. Рассчитаем второй источник опорного напряжения и смещения VT2. Номинальное напряжение стабилизации стабилитрона VD2 выбираем из условия Uст2=3…4 Uст, где Uст – номинальное напряжение стабилизации стабилитрона VD1.

В качестве стабилитрона выбираем стабилитрон 1N4747, номинальное напряжение стабилизации которого Uст2 = 22 В, Iст2 = 10 мА. Найдём Rсм. Rсм = (U1 - Uст2) / Iст2 = 35 – 22 / 10 мА = 1300 Ом. Мощность резистора РRсм = (U1 - Uст2) ? Iст = 13 В ? 10 мА = 0,013 Вт, ближайшая из номинального ряда - 0,125 Вт. Для стабильной работы цепи опорного напряжения Rсм VD2, необходимо, чтобы Rк не оказывал на эту цепь шунтирующего действия. Поэтому ток Rк должен быть не менее чем в 2 раза меньше тока стабилитрона. Кроме того, на нём падает разность между входным и выходным напряжением: URк = U1 - Uвых = 35 В – 11 В = 24 В,

отсюда: Rк = URк / (Iст2/2) = 24 В / 5 мА = 4800 Ом.

Мощность РRк = URк ? Iст2 / 2 = 24 В ? 5 мА = 0,12 Вт, ближайший 0,125 Вт.

6. В качестве VT1 подойдёт транзистор 2N3501. Он удовлетворяет требованиям: - достаточно высокий коэффициент усиления (передачи) h21Э = 100; - допустимое напряжение коллектор-эмиттер – 160 В,

- максимальный ток коллектора – 0,5 А.

В качестве VT2 подойдёт транзистор 2N3501. Коэффициент передачи h21Э = 100, что обеспечит усиление тока резистора Rк с 5 мА до 500 мА; В качестве VT3 выбираем 2N6284. Коэффициент передачи h21Э VT3 = 750, максимальная мощность рассеивания – 160 Вт. При выходном напряжении = 11 В и токе 3 А напряжение коллектор-эмитер VT3 должно будет 35 В -11В = 24 В В, таким образом, общая мощность рассеивания транзистора составит: РVT3 = UVT3 ? I VT3 = 24 В ? 3 А = 72 Вт. 7.Rэ = (0,65 / Iвых) ? h21Э VT3 = (0,65 В / 3 А) ? 750 = 162,5 Ом, где 0,65 В – падение на переходе база-эмиттер, Iвых – номинальный ток нагрузки = (3 ампера), h21Э VT3 - усреднённое значение коэффициента передачи транзистора (750).

Выбираем Rэ = 160 Ом.

8. RH = Uвых / Iвых

Рис. 4.17. Схема компенсационного стабилизатора напряжения непрерывного действия (пример). Построить амплитудную (передаточную) (пример на рис. 4.19) характеристику стабилизатора. Начальное напряжение источника V1 - 1 В, конечное V1 - 1,3?U1, число точек -100.

Рис. 4.18. Вид окон настройки анализа по DC.

Изменяя напряжение на выходе стабилизатора (ползунком переменного резистора R6) установить на выходе напряжение Uвых. Увеличить напряжение на входе стабилизатора на +25%, измерить Uвых(Uвх+25%), уменьшить напряжение на входе стабилизатора на -25%, измерить Uвых(Uвх-25%) и определить

ΔUвых = Uвых+25% – Uвых-25%.

ΔUвых = 11,0531 В – 11,0521 В = 1 мВ

Рис. 4.19. Вид окна с амплитудной (передаточной) характеристикой стабилизатора. Определить значение коэффициента стабилизации:

Kст = (0,5?Uвх) / (ΔUвых/Uвых),

Kст = (0,5?35В) / (1мВ/11В) = 192519 Определить КПД стабилизатора при различных значениях сопротивления нагрузки, согласно табл.2:

КПД = Pвых / Pвх = (U1?Iвх / Uвых?Iвых)100%

Таблица4.9

Результаты измерений. Зависимости от сопротивления нагрузки

Сопротивление нагрузки, R8, Ом 0,1RH 0,5 RH RH 5 RH 10RH 100RH
U1, В
Iвх, В
Uвых, В
Iвых, В
Pвх, Вт
Pвых, Вт
КПД, %

<< | >>
Источник: Левашов Ю.А., Белоус И.А.. ЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ СВЯЗИ [Текст]: учебное пособие / Ю.А. Левашов, И.А. Белоус. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС,2016. - 205 с.. 2016
Помощь с написанием учебных работ

Еще по теме Пример расчёта и моделирования компенсационного стабилизатора:

  1. Пример расчёта и моделирования компенсационного стабилизатора
  2. 3.4. Расчёт и моделирование компенсационного стабилизатора
  3. 3.5. Интегральный компенсационный стабилизатор
  4. 4.4. Компенсационные стабилизаторы
  5. Компьютерный практикум: Интегральный компенсационный стабилизатор
  6. 3.3. Компенсационный стабилизатор
  7. 5.1. Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с импульсным регулированием
  8. Примеры моделирования на бытовом и на более высоком уровнях
  9. Примеры расчета пособий по беременности и родам
  10. Примеры расчетов больничных исходя из их страхового стажа
  11. Примеры расчетов пособий по временной нетрудоспособности в связи с болезнью работника