4.   

4.1.            

1. Напряжение питающей сети U₁=220 В; 2. Частота тока в сети f_c=50 Гц; 3. Величины относительных отклонений напряжения сети а_мин=0,005 В, а_макс=0,005 В; 4. Номинальное значение выходного напряжения стабилизатора U_вых=12 В; 5. Пределы регулировки выходного напряжения стабилизатора U_{вых.мин}=11,94 В, U_{вых.макс}=12,06 В; 6. Максимальный и минимальный токи нагрузки стабилизатора I_н.мин=0,95 А, I_н.макс=1,05 А; 7. Коэффициент стабилизации по входному напряжению К_ст=500; 8. Внутреннее сопротивление  стабилизатора r_i<=0,01 Ом; 9. Амплитуда пульсации выходного напряжения стабилизатора U_выхm1=1мВ; 10. Пределы изменения температуры окружающей среды Q_{окр.мин}=+40⁰С, Q_{окр.макс}=0 ⁰С; 11. Температурный коэффициент стабилизатора напряжения Υ=+-5мВ/⁰С.

4.2.            

Выбираем схему стабилизатора с операционным усилителем, в качестве схемы сравнения.

4.2.1.   Iвн=0,02 А, и определяем максимальный ток через регулирующий транзистор Iк4макс, А:

I_к4макс=I_н.макс+I_вн,                                                                                    (1)

I_к4макс=0,02+1,05=1,07 А;

4.2.2. _01мин, В

U_01мин=U_{вых.макс}+U_кэ4мин+U_01м1,                                                          (2)

где U_{вых.макс}- наибольшее выходное напряжение стабилизатора;

U_01м1-амплитуда пульсаций на входе стабилизатора

U_01м1=(0,05-0,1)*(U_{вых.макс}+U_кэ4мин),      (3)

где U_кэ4мин=(1,5-2)В, для кремниевых транзисторов U_01м1=0,1*(12,06+2)=1.406 В

U_01мин=12,06+2+1,406=15,466 В

Определим номинальное и максимальное напряжение на входе стабилизатора: U₀₁, U_01макс , В

U₀₁=U_01мин/(1-а_мин)        (4)

U₀₁=15,466/(1-0,005)=15,54 В

U_01макс=U₀₁*(1+а_макс)     (5)

U_01макс=15,54*(1+0,005)=15,61 В

Определяем ориентировочную величину внутреннего сопротивления выпрямителя r₀, Ом:

r₀=(0,05-0,15)*U₀₁/I_нмакс,       (6)

r₀=(0,05-0,15)*15,54/1,05=1,48 Ом

Определим максимальное напряжении на входе стабилизатора при минимальном токе в нагрузке U_{01макс.макс}, В

U_{01макс.макс}=U_01макс+(I_нмакс-I_нмин)*r₀  (7)

U_{01макс.макс}=15,61+(1,05-0.95)1,48=15,758 В

Определим максимальное напряжение на переходе К-Э VT4,В:

U_{кэ4макс}=U_{01макс.макс}+U_{вых.мин}     (8)

U_{кэ4макс}=15,758-11,94=3,81 В

Найдем величину максимальной мощности, рассеиваемой на регулирующем транзисторе VT4, Р_к4,Вт:

Р_к4=(U_01макс-U_{вых.мин})*I_к4макс    (9)

Р_к4=(15,61-11,94)*1,07=3,92 Вт

По величинам U_{кэ4макс}=3,81 В, I_к4макс=1,07 А и Р_к4=3,92 Вт выбираем тип регулирующего транзистора:

Выбираем транзистор КТ-801А.

Справочные данные транзистора КТ-801А.

Таблица 1  

4.2.3. _к4макс, Вт:

Р_к4макс=(Q_{пер.макс}-Q_{окр.макс})/R_т,                                                          (10)

где Q_{пер.макс}- максимальная температура коллекторного перехода, Вт;

Q_{окр.макс}- максимальная температура окружающей среды, ⁰С;

R_т- тепловое сопротивление транзистора, ⁰С/Вт

Р_к4макс=(150-40)/85=5,5 Вт

Поскольку Р_к4<Р_к4макс (5<5,5-верно), то радиатор не нужен.

4.2.4. _б4мин, I_б4макс, мА

I_б4мин=I_нмин/h_{21э4макс},                                                                          (11)

где h_{21э4макс}, h_21э4мин- справочные данные транзистора

I_б4мин=0,95/50=19 мА

I_б4макс=I_нмакс/h_21э4мин                                                                          (12)

I_б4макс=1,05/13=80 мА

4.2.5. _э3макс, мА:

I_э3макс=I_б4макс                                                                                      (13)

I_э3макс=80 мА

I_э3макс=I_к3макс

U_{кэ3макс}=U_{кэ4макс}                                                                                                                                      (14)

U_{кэ3макс}=3,81 В

4.2.6. _к3,Вт:

Р_к3=I_к3макс*U_{кэ3макс}                                                                             (15)

Р_к3=0,08*3,81= 0,305 Вт

4.2.7. _{кэ3макс}=3,81 В, I_к3макс=0,08 А и Р_к3=0,305 Вт выбираем тип транзистора VT3:

Выбираем транзистор КТ-603Е

Справочные данные транзистора КТ-603Е.

Таблица 2  

4.2.8. _к3макс, Вт:

Р_к3макс=(Q_{пер.макс}-Q_{окр.макс})/R_т,                                                          (16)

Р_к3макс=(120-40)/200=0,4 Вт

Поскольку Р_к3 < Р_к3макс (0,305<0,4- верно), то радиатор не нужен.

4.2.9. _б3мин, I_б3макс, мА

I_б3мин=I_нмин/h_{21э4макс}*h_{21э3макс}                                                             (17)

где h_{21э4макс}, h_{21э3макс}- справочные данные транзистора

I_б3мин=0,95/50*200=0,095 мА

I_б3макс=I_к3макс/h_21э3мин                                                                         (18)

I_б3макс=0,08/60=1,3мА

Так как ток базы транзистора VT3 меньше выходного тока операционного усилителя, то число транзисторов входящих в состав составного транзистора равно 2.

4.2.10. ₇, Ом

R₇=(U_01мин-U_вых)*h_21э3мин/I_н                                                                                                       (19)

R₇=(15,46-12)*100/1=1500 Ом

4.2.11. _R7, мВт:

Р_R7= U²_01макс/4*R₇                                                                                                                               (20)

Р_R7=15,54²/4*1500=40 мВт

В качестве R₇ выбираем ОМЛТ-0,125-1,5 кОм.

4.2.12. _5, мкФ:

С5>=3T_ср/R7                                                                                                                                           (21)

где T_ср- постоянная времени С5R7, мкC

Tср=1/2*П*2*fc                                                                               (22)

Tср=1/2*3,14*100=1,6 мкС

С5>=4,8*10-3/1500=3,2 мкФ

В качестве С5 выбираем конденсатор К50-6 3,3 мкФ.

4.2.13.

U_оп<=U_{вых.мин –} (2-3)В                                                                       (23)

U_оп<=11,94-3=8,94 В

Выбираем U_оп=8,9 В, в качестве источника опорного напряжения выбираем стабилитрон Д818Б:

Справочные данные стабилитрона Д818Б

Таблица 3  

4.2.14. _вых.оу, В

U_вых.оу=U_{вых. –} U_оп                                                                                                                                 (24)

U_вых.оу =12-8,9=3,1 В

4.2.15. _б3=1мА определим ток на выходе ОУ I _оу, он должен быть в (2,5-4) раза больше I_б3:

I _оу=3 мА

4.2.16.

R₈=U_вых.оу/I _оу                                                                                                                                            (25)

R₈=3,1/3*10^-3=1033 Ом

Принимаем R₈=1кОм

4.2.17. _R8, мВт:

Р_R8=U_вых.оу*I _оу                                                                                                                                         (26)

Р_R8=3,1*3*10^-3=9,3 мВт

В качестве R₈ выбираем ОМЛТ-0,125-1кОм.

4.2.18. ₉  ,Ом:

R₉=(U_{вых. мин.}-U_{ст.макс})/I_ст.мин,                                                                                                      (27)

где U_{ст.макс} ,I_ст.мин- справочные данные стабилитрона см. таблицу 3

R₉=(11,94-9)**/3*10^-3=980 Ом

Принимаем R₉=1кОМ

4.2.19. _R9, мВт:

Р_R9=(U_{вых. макс.}-U_ст.мин)²/R₉                                                                                                          (28)

Р_R9=(12,06-6,75)²/1000=28 мВт

В качестве R₉ выбираем ОМЛТ-0,125-1кОм.

4.2.20. _{ст10.макс}, мА:

I_{ст10.макс}=(U_{вых. макс.}-U_ст.мин)/R₉                                                                                                  (29)

I_{ст10.макс}=(12,06-6,75)/1000=5,3 мА

I_{ст210макс}=5,3 мА < I_{ст.макс}=33 мА –верно

4.2.21. _дел=0,5 мА

4.2.22.

α_мин =U_ст.мин/U_{вых. макс}                                                                                                                       (30)

α_мин =6,75/12,06=0,56

α_макс = U_{ст.макс}/U_{вых. мин}                                                                                                                    (31)

α_макс =9/11,94=0,75

4.2.23. _дел, Ом:

R_дел=U_{вых. мин}/I_дел                                                                                                                                  (32)

R_дел=11,94/0,5*10^-3=23880 Ом

4.2.24. ₁₂  ,Ом:

R₁₂<= α_мин *R_дел                                                                                                                                   (33)

R₁₂<=0,56*23880=13370 Ом

Принимаем R₁₂=13кОМ

4.2.25. _R12, мВт:

Р_R12= R₁₂*I _дел²                                                                                                                                        (34)

Р_R12=13000*(0,5*10^-3)²=32 мВт

В качестве R₁₂ выбираем ОМЛТ-0,125-13кОм.

4.2.26. ₁₀  ,Ом:

R₁₀<=(1- α_макс)*R_дел                                                                                                                          (35)

R₁₀<=(1-0,75)*23380=5840 Ом

Принимаем R₁₀=5600 Ом

4.2.27. _R10, мВт:

Р_R10=R₁₀*I _дел²                                                                                                                                         (36)

Р_R10=5600*(0,5*10^-3)²=14,2 мВт

В качестве R₁₀ выбираем ОМЛТ-0,125-5,6 кОм.

4.2.28. ₁₁, Ом:

R₁₁=R_дел-R₁₀-R₁₂                                                                                                                                 (37)

R₁₁=23880-5600-13000=5280 Ом

4.2.29. _R11, мВт:

Р_R11=R₁₁*I _дел²                                                                                                                                         (38)

Р_R11=5180*(0,5*10^-3)²=2,6 мВт

В качестве R₁₁ выбираем СП5-15-6,8 кОм

4.2.30. _ст2, мВ/⁰С:

Υ_ст2=10* а_ст2* U_ст2,                                                                                                                            (39)

где а_ст2-справочный параметр стабилитрона;

U_ст2=(U_{ст.макс}+ U_ст.мин)/2;                                                                  (40)

U_ст2=(9+6,75)/2=7,87 В;

Υ_ст2=10*(-0,02)*7,87=-1,57 мВ/⁰С

4.2.31. _макс:

Υ_макс=(U_вых*(Υ_ст2+Υ_{о.у..макс}))/ U_ст2,                                                                                       (41)

где- Υ_{о.у..макс}- максимальный температурный коэффициент операционного усилителя мкВ/⁰С (справочные данные);

Υ_макс=(12*(-1,57+50*10^-3))/7,87=2,39 мВ/⁰С

Полученное значение температурного коэффициента меньше заданного, поэтому нет необходимости осуществлять термокомпенсацию.

4.2.32. _ст:

К_ст=                                         (42)

где К_р- коэффициент усиления составного регулирующего транзистора по напряжению:

К_р=                                                                                       (43)

где К₄, К₃-коэффициенты усиления по напряжению транзисторов VT₃, VT₄, определяем из таблицы 4.5 (2.с.135). К₄=500, К₃=800

К_р=

К_оу- коэффициент усиления операционного усилителя по постоянному току К_оу=15;

α- коэффициент передачи делителя

α=(α_мин+α_макс)/2                                                                                (44)

α=(0,56+0,57)/2=0,56

ά- коэффициент, учитывающий влияние входного сопротивление усилителя на коэффициент передачи делителя ά=0,005;

n_посл- число регулирующих транзисторов включенных последовательно n_посл=2;

r_оу- выходное сопротивление операционного усилителя (справочный параметр) r_оу=150 Ом;

R_оу- входное сопротивление операционного усилителя, Ом

К_ст=

4.2.33. _выхm ,мВ:

U_выхm=U_01m1* U_вых/К_ст*U01,                                                             (45)

U_выхm=1,4*12/711*15,54=1,5 мВ

4.2.34.

ri=-1/S₄*К_оу*ά*α*n_пар,                                                                       (46)

где S₄ крутизна регулирующего транзистора VT₄ см. таблица 4.2 (2.с.130)

ri=-1/0,7*307*0,56*0,05*1=0,166 Ом

4.2.35. _мин, ђ_макс:

ђ_мин=U_{вых.мин}/U_01макс                                                                         (47)

ђ_мин=11,94/15,61=0,76

ђ_макс=U_вых/U01                                                                                 (48)

ђ_макс=12/15,45=0,77

4.2.36.

С6=0,23*h_21э4/ri*2*П*f_21б                                                                (49)

С6=0,23*50/0,166*6,28*10000=1100 мкФ

Выбираем конденсатор К50-6 2000 мкФ.

4.3.            

4.3.1.

4.3.2.

4.3.3. _L и D_L-функции углов отсечки Q и φ:

Ориентировочные значения коэффициентов B_L и D_L

Таблица 4  

Выбираем: B_L=1, D_L= 2,1

Определим максимальное выпрямленное напряжение U_0макс,В:

U_0макс=U₀₁*(1+а_макс),                                                                        (50)

где U₀- номинальное выпрямленное напряжение, В

U_0макс=15,45*(1+0,005)=15,52 В

Ориентировочно определяем параметры вентилей, см. (2.с.61)

Обратное напряжение, В

U_обр=1,41*B_L*U_0макс                                                                         (51)

U_обр=1,41*1*15,52=21,88 В

Средний выпрямленный ток I_{пр. ср}, А

I_{пр. ср} =0,5* I₀                                                                                                                                              (52)

I_{пр. ср} =0,5*1,05=0,525 А

Выпрямленный ток I_пр, А

I_пр.=0,5* D_L*I₀                                                                                                                                           (53)

I_пр.=0,5*2,1*1,05=1,1 А

Габаритную мощность трансформатора S_тр, В*А

S_тр=0,707* D_L* B_L*Р_0,      (54)

где Р₀=I_0*U₀₁=1,05*15,45=16,22 Вт

S_тр=0,707*2,1*1*16,22=24 В*А

По вычисленным значениям U_{обр ,} I_пр.ср выбираем диоды Д229Л

Справочные данные диодов Д229Л

Таблица 5  

Определим сопротивления вентиля в прямом направлении r_пр , Ом:

r_пр=U_{пр. ср}/I_пр.ср                                                                                                                                         (55)

r_пр=1/0,525=1,9 Ом

Определяем активное сопротивление трансформатора r_тр, Ом:

r_тр=(2-2,35)*                                                 (56)

где J- плотность тока в обмотках трансформатора, А/мм² ;

B- амплитуда магнитной индукции ,Т –определяются по величине габаритной мощности из графиков (см. 2.с.15)

B=1,15 Т; j=3,8, А/мм²

r_тр=2*(

Определим индуктивность рассеяния обмоток трансформатора L_s,Г:

L_s=                                                               (57)

L_s=^-3 Г

Определим индуктивное сопротивление фазы Х_тр , Ом:

Х_тр=2*П*f_c*L_s              (58)

Х_тр=2*3,14*50*0,47*10^-3=0,15 Ом

Определяем сопротивление фазы r, Ом:

r=r_тр+2*r_пр         (59)

r=1,9+2*3,3= 10,4 Ом

Определяем A_L и φ, где A_L-расчетный параметр, зависящий от угла отсечки и угла φ- запаздывание фазы напряжения во вторичной обмотке относительно первичной:

A_L=  (60)

A_L=

φ=       (61)

φ=⁰

Из рисунков 2.18-2.20 (см. 2 с.60) определим B_L, D_L, F_L:

B_L=1,33, D_L=1,9, F_L=4,6.

Определяем параметры трансформатора и вентилей, согласно данных таблицы 2.3 (см. 2.с.61)

Напряжение вторичной обмотки трансформатора, В

Е₂=U₂=B_L*U₀ (62)

Е₂=U₂=1,33*15,45=20,54 В

Ток во вторичной обмотке трансформатора, А

I₂=0,707*D_L*I₀            (63)

I₂=0,707*1,9*1,05=1,41 А

Ток в первичной обмотке трансформатора ,А

I₁=0,707*D_L*I₀*U₂/U₁        (64)

I₁=0,707*1,9*1,05*20,54/220=0,13 А

S₂=0,707*D_L* B_L*P₀           (65)

S₂=0,707*1,33*1,9*16,22=29 В*А

S₁= S₂=29 В*А

Габаритную мощность трансформатора, В*А

S_тр =29 В*А

Выпрямленный ток через диоды I_пр., А

I_пр.=0,5*I₀*D_L (66)

I_пр.=0,5*1,05*1,9=1 А

1 А< 1,57* I_{пр. ср макс} =1,1 А

Обратное напряжение на диодах U_обр, В

U_обр=1,41*B_L*U_{0 макс}     (67)

U_обр=1,41*1,33*15,52=29 В< U_{обр. макс.}=400 В

Выбранные предварительно диоды пригодны для работы в схеме.

Посчитаем величины U_2m и I_0к.з. напряжение холостого хода и ток короткого замыкания:

U_2m=U₂/   (68)

U_2m=20,54/

I_0к.з.=m*U₂*     (69)

I_0к.з.=2*20,54*1,4/10,4=5,53 А

Строим внешнюю характеристику выпрямителя, умножая ординаты кривой рис.2.25 (см. 2.с.63) на U_2m, абсциссы на I_0к.з :

Внешняя характеристика выпрямителя

4.3.4. _{0x.x.макс}, В:

U_{0x.x.макс}= U_2m *(1+а_макс) ,                                                                 (70)

U_{0x.x.макс}=14,67*(1+0,005)=14,74 В

4.3.5.

H=780

4.3.6.

С=H/К_п1*r,                                                                                        (71)

где К_п1-коэффициент пульсаций по первой гармонической составляющей см. (2.с.61)

С=780/0,1*10,4=750  мкФ.

4.3.7. _0m1 ,В:

U_0m1 = U₀*H/r*C                                                                               (72)

U_0m1 =15,45*780/10,4*750=1,54 В

Конденсатор выбираем по величинам U_{0x.x.макс}=14,74В, U_0m1 =1,54В, выбираем конденсатор К50-6 1000 мкФ.