РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

4. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ.

 

4.1. Блок питания.

Определим значение тока через вторичную обмотку трансформатора по формуле:

, где

I_н – максимальный ток нагрузки, 0,5 А.

Необходимо определить номинальную мощность:

, где [7]

U₂ – напряжение на вторичной обмотке, В;

I₂ – максимальный ток через вторичную обмотку трансформатора, А.

Действующие значения напряжений на вторичных обмотках трансформатора

Мощность же на вторичных обмотках находится по формуле

Коэффициент использования трансформатора составляет К_тр = 0,674. Имеем

P_н – номинальная мощность, Вт.

P_тр – мощность трансформатора, Вт

Найдём коэффициент трансформации по формуле

Рассчитаем необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода

Подсчитаем число витков первичной и вторичной обмотках по формуле

где U₁, U₂ – напряжения на первичной и вторичной обмотках соответственно.

S – площадь сечения магнитопровода, см².

Необходимо найти диаметр проводов обмоток трансформатора по формуле:

, где

I – ток через обмотку, мА.

Получаем диаметр провода равный 0,6 мм.

После этого можно приступить к подбору трансформаторного железа и провода, изготовлению каркаса и выполнению обмоток. Но следует иметь в виду, что Ш – образные трансформаторные пластины имеют неодинаковую площадь окна, поэтому нужно проверять, подойдут ли выбранные пластины для трансформатора.[7]

Для этого мощность трансформатора умножим на 50, получится необходимая площадь окна:

Полученное переменное напряжение и ток необходимо выпрямить.

По закону Ома определим сопротивление нагрузки

Преобразование переменного тока в постоянный производится при помощи полупроводниковых диодов.

Ток через диоды составляет

Выбираем два диода КД202Г, который обеспечивает выпрямленный ток I_пр = 3,5 А, выдерживающий обратное напряжение 70 В, прямое падение напряжения U_пр = 0,9 В, обратный ток I_обр = 0,8 мА, порог выпрямления Е_пор = 0,35 В.

Прямое сопротивление вентиля

Для сглаживания пульсаций, остающихся после выпрямления, используются схемы фильтрации. В схеме используем Г – образный RC фильтр.

Найдём напряжение на входе фильтра

 

Определим сопротивление электрического фильтра по формуле:

 

Ёмкость конденсатора, входящего в состав фильтра находим как

, где

 

f – частота сети, 50 Гц.

m – отношение частоты пульсаций основной гармоники к частоте сети, 2.

R_ф – сопротивление электрического фильтра.

R_н – сопротивление нагрузки.

В качестве интегрального стабилизатора для фиксации напряжения питания ДА1 выбираем К142ЕН1 с параметрами: U_вх = 15…30 В, U_вых = 3…12 В, максимальный пропускаемый ток I_max = 0,1 А, максимальная рассеиваемая мощность P_max = 0,8 Вт, коэффициент нестабильности напряжения по выходу микросхемы К_нс= 0,5.

Выходной ток микросхемы ДА1 не соответствует заданному и для его повышения устанавливаем последовательно с нагрузкой регулирующий транзистор VТ1 c n – p – n проводимостью.

Ток транзистора определяем как

где

I_вн – ток, потребляемый схемой стабилизатора, составляет 0,006 А.

Определим минимальное напряжение на входе стабилизатора. Оно должно быть:

, где

U_п – амплитуда пульсаций на входе стабилизатора;

U_{кэ min} – минимальное падение напряжения на открытом транзисторе, 2 В.

 

Получаем

U_{01 min}³ 9 + 2 + 1,1 = 12,1 В

Найдём номинальное входное напряжение на стабилизаторе по формуле:

,

где

Максимальная рассеиваемая мощность на транзисторе можно рассчитать как

По найденным значениям выбираем транзистор КТ827А со следующими параметрами U_{к э max} = 100В, I_{к max} = 20 A, P_kmax = 125Вт, h_{21 э min}= 850, h_{21 э max}= 18000.

Определим ток базы транзистора по формуле

что значительно меньше допустимого тока нагрузки микросхемы ДА1 – 0,05 А.

Чтобы транзистор при номинальном токе нагрузки был закрыт и не влиял на работу стабилизатора, а открывался лишь при I_н = I_пор, пороговый ток должен заметно отличаться от номинального значения.

 

Сопротивление R1 определяет напряжение на эмиттерном переходе транзистора. Это напряжение пропорционально току нагрузки, поскольку резистор R3 включен последовательно с ней

Устанавливаем самодельный проволочный резистор из манганина.

Отношение R2/R3 выбираем таким, чтобы при номинальном токе нагрузки напряжение между выводами микросхемы 10 и 11 было близким к нулю.

U_10-11 = U_R1 + U_бэ1 - U_R2 = U_R3 - U_вых » 0

Принимаем R3 = 2,4 кОм

U_R1 = I_н * R₁ = 0,5 * 0,45 = 0,23 В

U_бэ1 = 0,5 В

U_R2 = U_R1 + U_бэ1 = 0,23 + 0,5 = 0,73 В

Ток делителя R2, R3

Выходной конденсатор С2 также как и С1 повышает устойчивость стабилизатора и уменьшает пульсации на выходе. Изготовитель микросхемы К142ЕН1 рекомендует ёмкость конденсатора С1 = 0,1 мкФ. Подобную ёмкость можно использовать и для конденсатора С2. Тип конденсаторов К73 – 24.