УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Методические указания к практическим занятиям и индивидуальным заданиям по курсу

«Электропитание устройств связи»

(для студентов очного и специального заочного

обучения по направлению «Телекоммуникации»)

Ташкент 2008

Введение

Настоящие методические указания предназначены для закрепления студентами теоретических знаний, полученных при изучении основных разделов курса «Электропитание устройств связи».

При выполнении расчетов студент должен обосновать выбор наиболее широко применяемых на практике схем отдельных узлов источников электропитания телекоммуникационной аппаратуры и расчет элементов принципиальных схем.

Выполнение расчетов предусматривает как расчет вручную, так и расчет с применением персональных компьютеров, большой объем работы со справочной литературой по современным радиокомпонентам. Программное обеспечение расчетов выполнено на языке программирования VisualBasic c применением .NET FrameWork технологий.

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению образования «Телекоммуникации», очной и специальной формы обучения. Могут быть использованы также студентами родственных направлений образования.

Практическое занятие №1

Расчет силового трансформатора инвертора

1. Теоретическая часть

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий электрическую энергию переменного тока с одними параметрами в электрическую энергию переменного тока с другими параметрами. Меняющимися параметрами могут быть: ток, напряжение, число фаз, форма кривой напряжения (в специальных трансформаторах - частота).

В устройствах электропитания трансформатор чаще всего применяется для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины. По мощности трансформаторы бывают силовыми (на мощность от единиц кВА до сотен кВА) и маломощными (от единиц ВА до единиц кВА). Маломощные трансформаторы применяются в аппаратуре связи и радиоаппаратуре в качестве согласующих или разделительных трансформаторов или для преобразования напряжения или тока. Силовые трансформаторы применяются в цепях питания радиопредприятий и предприятий проводной связи.

Трансформатор - это аппарат переменного тока и на постоянном токе не работает!

Любой трансформатор состоит из двух основных элементов - замкнутого стального сердечника и обмоток, намотанных медным проводом. Сердечник трансформатора делается из пластин специальной электротехнической стали. Толщина этих пластин зависит от рабочей частоты трансформатора, чем больше частота, тем тоньше пластины. По форме сердечника и способу расположения на нём обмоток трансформаторы бывают стержневые, броневые (Ш-образные), торреодальные и ленточные разрезные. По схемному исполнению (т.е. по числу обмоток) трансформаторы бывают одно-, двух- и многообмоточные. Обмотка, включённая в сеть источника электрической энергии, называется первичной, а обмотка, включённая в сеть приёмника энергии (потребителя), называется вторичной. Первичная обмотка трансформатора есть только одна, а вторичных может быть несколько. Однообмоточный трансформатор называется автотрансформатором (пример - бытовой трансформатор в стабилизаторе для ТВ). У него вторичной обмоткой служат отпайки от первичной обмотки. В нём между первичной и вторичной сторонами есть и магнитная и электрическая связь. Двухобмоточный трансформатор имеет одну первичную и одну вторичную обмотки. Они электрически изолированы друг от друга. Многообмоточный трансформатор имеет одну первичную и несколько вторичных обмоток, причём все обмотки электрически не связаны между собой.

По рабочей частоте трансформаторы условно можно разделить на трансформаторы:

- пониженной частоты (ниже 50 Гц);

- промышленной частоты (50 Гц);

- повышенной частоты (100 Гц - 10 кГц);

- высокой частоты (выше 10 кГц).

По числу фаз трансформаторы бывают однофазные (рис. 1.1) и многофазные (трёхфазные, шестифазные и т.д.). Число фаз первичной обмотки определяется числом фаз источника электрической энергии, а число фаз вторичной обмотки определяется назначением трансформатора в схеме. По напряжению трансформаторы бывают низковольтные (напряжение любой его обмотки меньше 1000 В) и высоковольтные (напряжение хотя бы одной выше 1000 В).

Рис.1.1.

2. Задание к расчету

Исходными данными для расчета силового трансформатора инвертора являются:

1. Минимальное и максимальное напряжение сети U_С.мин, U_С.макс;

2. Ток в нагрузке I_н;

3. Напряжение в нагрузке U_н;

4. Частота преобразования f_пр.

Требуется определить:

1. Действующие значения тока первичных и вторичных обмоток;

2. Число витков первичных и вторичных обмоток и обмотки управления;

3. Коэффициент трансформации трансформатора и цепи управления;

4. Определение проводов для обмоток;

5. Потери мощности в обмотках и магнитопроводе.

Варианты заданий приведены на таблице 1.1.

Таблица 1.1

№	DUС, %	Iн, А	Uн,В	fпр, кГц	№	DUС, %	Iн, А	Uн,В	fпр, кГц
1	20	0,5	3	5	41	5	9	36	30
2	4	3	40	10	42	7	1,4	5	40
3	6	10	4	15	43	9	2	27	50
4	8	15	36	20	44	2	20	5,2	100
5	10	20	5	25	45	11	4	24	5
6	12	4	27	30	45	13	6	6	10
7	14	2	5,2	40	47	15	8	20	15
8	16	7	24	50	48	17	10	9	20
9	18	9	6	100	49	19	12	15	25
10	5	11	20	5	50	20	14	3	30
11	7	18	9	10	51	4	16	40	40
12	9	3	15	15	52	6	18	4	50
13	11	6	12	25	53	10	7	5	5
14	3	5	3	30	54	12	11	27	10
15	15	13	40	40	55	14	3	5,2	15
16	17	16	4	50	56	16	15	24	20
17	19	1,5	36	100	57	18	17	6	25
18	13	17	5	5	58	3	19	20	30
19	20	12	27	10	59	5	13	9	40
20	4	9	5,2	15	60	7	20	15	50
21	6	0,5	24	20	61	9	4	12	100
22	8	3	6	25	62	2	6	20	5
23	10	10	20	30	63	11	8	9	10
24	12	15	9	40	64	13	10	15	15
25	14	20	15	50	65	15	12	3	20
26	16	4	3	100	66	17	11	40	25
27	18	2	40	5	67	19	18	4	30
28	15	7	4	10	68	4	3	36	40
29	20	9	36	15	69	6	3	5	50
30	5	11	5	20	70	8	6	27	100
31	7	18	27	25	71	10	5	5,2	5
32	9	3	5,2	30	72	12	13	24	10
33	2	3	24	40	73	14	16	6	15
34	11	6	6	50	74	16	1,5	20	20
35	13	5	20	100	75	18	17	9	25
36	15	13	9	5	76	11	12	15	30
37	17	16	15	10	77	13	1,8	12	40
38	19	1,5	12	15	78	15	2,5	20	50
39	10	17	20	20	79	17	3,6	9	100
40	16	12	9	25	80	20	6	5	20

3. Методика расчета

1. Максимальный ток первичной обмотки:

I_1и = 2,1 ·I_н · U_н / (U_вх.мин · g_макс · h)

где g_макс – коэффициент заполнения, то есть отношение длительности импульса к периоду (g_макс=0,1…0,9);

h – коэффициент полезного действия преобразователя (h=0,7…0,9).

2. Действующие значения тока первичной обмотки:

I₁ = I_1и · g_макс /3

3. Коэффициент трансформации:

n = W₁ / W₂ = (U_н + U_{ВЫХ.ВЫПР}) · (1 - g_макс) / [( U_вх.мин - U_СИ) ·g_макс]

где U_{ВЫХ.ВЫПР} - падение напряжения на выходном выпрямителе (U_{ВЫХ.ВЫПР} = 0,6…1 В);

U_СИ - падение напряжения на силовом транзисторе (2…5 В).

4. Действующее значение тока вторичной обмотки:

I₂ = I₁ / n · g_макс /3

5. Индуктивность первичной обмотки:

L₁ = g_макс · U_вх.мин / (I_1и · f_пр)

6. Определение числа витков первичной обмотки. Выбирается тип магнитопровода и записываются его параметры l_с, S_с, m_r.

W₁ = 10⁴ · L₁ l_с / (1,26 m_r S_с)

7. Приращение индукции за время импульса:

DВ = 10⁴ · U_вх.мин · g_макс/ (W₁ · S_с · f_пр)

8. Коэффициент трансформации обмотки управления:

n _у = W_у / W₂ = (U_у + U_{ВЫХ.ВЫПР}) · (1 - g_макс) / [( U_вх.мин - U_СИ) · g_макс]

где U_у - напряжения питания цепи управления (U_у = 12…15 В).

9. Число витков остальных обмоток:

W₂ = n ·W₁

W_у = n_у ·W₁

10. Диаметр проводов обмоток:

d_1пр.из = p ·d_вн.м / W₁

d_2пр.из = 1,13 · I₂ / j

где j - плотность тока (J =4…10 А/мм²).

11. Потери в проводе первичной обмотки:

Р_w1 = I₁² · r_w1 · b₁

где r_w1 - погонное сопротивление первичной обмотки (r_w1= 0,142 Ом/м);

b₁ - длина провода первичной обмотки (b₁ = 10 J W₁).

12. Потери в проводе вторичной обмотки:

Р_w2 = I₂² · r_w2 ·b₂

где r_w2 - погонное сопротивление вторичной обмотки (r_w2= 0,015 Ом/м)

b₂ - длина провода вторичной обмотки (b₂ = 10 · j · W₂).

13. Потери в магнитопроводе эквивалентно к потерям в проводах обмотки.

14. Потери в трансформаторе:

Р_Тр = 2 · (Р_w1 + Р_w2)

4. Выполнение расчета

Запуск программного обеспечения осуществляется двойным нажатием на файл «Rasch_transformatora.exe».

В открывшемся окне (рис 1.2) в первой части расчета вводятся данные о студенте, минимальное и максимальное напряжение сети, ток и напряжение на нагрузке, коэффициент заполнения, коэффициент полезного действия преобразователя, потеря напряжения на силовом ключе и частота преобразования согласно варианта.

После ввода данных нажимается кнопка «Введите данные». Нажатие на закладку «2» приводит к переходу ко второй части расчета. Переход к другим частям расчета производится аналогично и введением необходимых данных (или получением соответствующих расчетных данных).

Рис. 1.2

После нажатия кнопки «Конец расчета» результаты расчета будут сохранены в файле «Rasch_ransformatora.txt» (рис. 1.3).

Рис. 1.3

Практическое занятие №2

Расчет параметрического стабилизатора

1. Теоретическая часть

В параметрических стабилизаторах постоянного напряжения в качестве линейных элементов применяют резисторы, а в качестве нелинейных – полупроводниковых (кремниевые) стабилитроны и полупроводниковые стабисторы.

Кремниевый стабилитрон – это плоскостной диод. Его вольтамперная характеристика приведена на рис. 2.1,б. Рабочей частью характеристики является обратная ветвь в области пробоя, где незначительное увеличение напряжения вызывает существенное увеличение тока через стабилитрон. Однако электрический пробой перехода не приводит к повреждению стабилитрона. Таким образом, если стабилитрон включен в обратном направлении, то при значительных изменениях протекающего через него тока (от I_CТ.МИН до I_СТ.МАХ) напряжение на нем остается практически постоянным. Если же обратное напряжение на стабилитроне превысит допустимое, мощность, выделяемая в стабилитроне, превысит допустимую. В результате этого электрический пробой переходит в тепловой, и тогда наступает необратимое разрушение р-п перехода.

Принципиальная схема параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне VD приведена на рис. 2.1,а. Сопротивление балластного резистора R₀ подбирается так, чтобы падение напряжения на нем составляло (0,5…3) В

При увеличении напряжения на входе стабилизатора U _вх напряжение на его выходе U_вых, т.е. на нагрузке R_н, стремится к увеличению. Но небольшое увеличение напряжения ΔU_ст на стабилитроне VD вызывает резкое увеличение тока через него. При этом увеличивается падение напряжения на балластном резисторе R₀, а напряжение на нагрузки R_н изменяется незначительно. Приращение напряжения на входе стабилизатора ΔU_вх распределяется между изменением напряжения на балластном резисторе ΔU_Rб и стабилитроне ΔU_ст: ΔU_вх=ΔU_Rб +ΔU_тс. Так как сопротивление балластного резистора R₀ много больше сопротивления стабилитрона R_д ( R₀ >> R_д ), то почти все изменения входного напряжения выделятся на сопротивлении стабилитрона R_д и напряжение на нагрузке остается стабильным. Коэффициент полезного действия такого стабилитрона не превышает 30%, а коэффициент стабилизации К_ст=50. Для получения большего коэффициента стабилизации применяют каскадное включение стабилитронов, но при этом резко уменьшается КПД стабилизатора. Для получения напряжения большего чем допускают параметры одного стабилитрона применяют их последовательное включение.

Параметрические стабилизаторы постоянного напряжения на кремниевых стабилитронах имеют следующие недостатки:

Небольшая допустимая мощность в нагрузке (0,5 … 3 Вт ); невысокий коэффициент стабилизации (до 30); большое выходное сопротивление стабилизатора (6 … 20 Ом); зависимость параметров стабилитрона от температуры; низкий КПД - ( до 30 % ).

Из-за этих недостатков параметрические стабилизаторы на кремниевых стабилитронах применяются для стабилизации напряжения питания вспомогательных узлов аппаратуры связи, где не требуются высокие показатели их качества.

Достоинства; простота схемы; малые габариты и масса. Параметрические стабилизаторы на кремниевых стабилитронах широко используются в компенсационных стабилизаторах напряжения в качестве источников опорного напряжения.

Параметрические стабилизаторы на кремниевых стабилитронах широко используются в компенсационных стабилизаторах напряжения в качестве источников опорного напряжения.

2. Задание к расчету

Исходными данными для расчета параметрического стабилизатора являются:

1. Выходное напряжение U_ВЫХ =U_СТ;

2. Выходной ток I_ВЫХ =I_СТ;

3. Нестабильность входного напряжения DU_ВХ ;

4. Сопротивление нагрузки r_H= U_СТ/ I_СТ;

Требуется определить:

1. Тип стабилитрона;

2. Номиналы ограничительного резистора и терморезистора;

3. Коэффициент стабилизации К_СТ;

4. Нестабильность выходного напряжения DU_ВЫХ ;

5. Коэффициент полезного действия стабилизатора h.

Варианты заданий приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

№	Uвых, В	Iвых, мА	DUвх,%	№	Uвых, В	Iвых, мА	DUвх,%
1	9,1	33	5	41	13	12	10
2	3,3	33	8	42	15	10	15
3	3,9	30	10	43	16	9,4	12
4	4,7	26	15	44	18	8,3	6
5	5,6	21	12	45	20	7,5	9
6	6,8	18	6	46	22	6,8	14
7	3,3	15	9	47	24	6,3	18
8	3,9	15	14	48	27	180	20
9	4,7	13	18	49	32	150	5
10	5,6	11	20	50	39	130	8
11	9	9	5	51	47	110	10
12	8,5	7	8	52	56	96	15
13	6,8	120	10	53	68	75	12
14	0,7	22	15	54	82	60	6
15	6,2	20	12	55	100	50	9
16	6,8	20	6	56	4,7	26	14
17	7	18	9	57	5,6	21	18
18	7,5	17	14	58	6,8	18	10
19	8,2	15	18	59	3,3	15	15
20	9,1	100	20	60	3,9	15	12
21	1,3	100	5	61	4,7	13	6
22	1,9	12	8	62	5,6	11	9
23	6,8	12	10	63	9	9	14
24	6,4	12	15	64	8,5	7	18
25	6,8	81	12	65	6,8	120	20
26	3,3	70	6	66	0,7	22	5
27	3,9	58	9	67	6,2	20	8
28	4,7	55	14	68	6,8	20	10
29	5,6	45	18	69	7	18	15
30	6,8	37,5	20	70	7,5	17	12
31	3,3	37	5	71	8,2	15	6
32	5,6	37	8	72	9,1	100	9
33	4,7	26,5	10	73	1,3	100	14
34	5,6	22,4	15	74	1,9	12	18
35	7,5	20	12	75	6,8	12	12
36	8,2	18	6	76	6,4	12	6
37	9,1	16	9	77	6,8	81	9
38	10	15	14	78	3,3	70	14
39	11	14	18	79	3,9	58	18
40	12	13	20	80	4,7	55	10

3. Методика расчета

1. По напряжению стабилизации выбираем тип стабилитрона с дифференциальным сопротивлением r_СТ по справочной литературе исходя из следующего требования:

U_ВЫХ = U_СТ

2. С учетом приемлемого КПД стабилизатора выбираем ориентировочное значение сопротивления ограничительного резистора R₀ и вводим его значение согласно стандарта.

3. Входной ток и необходимое входное напряжение:

I_ВХ = I_СТ + I_ВЫХ

U_ВХ = U_ВЫХ + I_ВХ R₀

4. Коэффициент стабилизации:

5. Нестабильность выходного напряжения:

6. Коэффициент полезного действия стабилизатора:

7. Рассчитывается сопротивление терморезистора R_Т и выбирается его значение согласно стандарта.

R_Т = R_Н – R₀ - r_СТ

4. Выполнение расчета

Запуск программного обеспечения осуществляется двойным нажатием на файл «Rasch_param_stab.exe».

В открывшемся окне (рис.2.2) в первой части расчета вводятся данные о студенте, выходное напряжение, выходной ток и нестабильность входного напряжения.

Рис. 2.2.

После ввода данных нажимается кнопка «Ввод данных». Нажатие на закладку «2-часть» приводит к переходу ко второй части расчета. Переход к другим частям расчета производится аналогично и введением необходимых данных (или получением соответствующих расчетных данных).

Рис. 2.3

После нажатия кнопки «Конец расчета» результаты расчета будут сохранены в файле «Rasch_param_stab.txt» (рис.2.3) в виде отчета задания.

Практическое занятие №3

Расчет линейного стабилизатора на базе ИМС

1. Теоретическая часть

В компенсационных стабилизаторах напряжения (КСН) с выходными напряжениями до 30 В широко используются интегральные стабилизаторы серии КР142ЕН. Выпускаются интегральные стабилизаторы трех видов для источников электропитания:

1) с регулируемым выходным напряжением (142ЕН1А,Б,
142ЕН2А,Б, 142ЕН3,4, 142ЕН10);

2) с фиксированным напряжением, которое при необходимости
можно подстраивать с помощью внешнего делителя напряжения
(142ЕН6А,Б,В,Г);

3) с фиксированным выходным напряжением (142ЕН5А,Б,В,Г,
142ЕН8А,Б,В, 142ЕН9А,Б,В).

Интегральные стабилизаторы напряжения с фиксированным выходным напряжением представляют собой функционально законченные микросхемы. Они отличаются большей мощностью по сравнению с первыми двумя типами. Кроме того, стабилизаторы третьего типа повышают надежность электронных средств благодаря малому количеству выводов (три или четыре) и не требуют дополнительных внешних компонентов. Ниже рассмотрены схемы включения интегральных стабилизаторов напряжения. Основные параметры микросхем серии 142 приведены в табл. 3.1.

Для получения заданных выходных напряжений и улучшения режима работы к микросхеме подсоединяют дополнительные компоненты. На рис. 3.1 показана основная схема включения микросхем 142ЕН1А,Б и 142ЕН2А,Б.

Для повышения устойчивости работы микросхем рекомендуется включение неполярных конденсаторов С1 и С3 емкостью 0,1 мкФ между выводами 6 и 8 (вывод 6 — от внутреннего источника опорного напряжения) и выводами 13 и 8. Резисторы R1 и R2 образуют делитель регулируемого выходного напряжения, R3 — резистор нагрузки, С2 и С4 — корректирующие конденсаторы.

Диапа-зон вход-ного напря-жения, В		3…15	+40… -40				9..35	9..35	9..35	20..40	20..40	20..40
Выходной ток (А) при температуре корпуса (^0С)	+125						0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
	от –60 до +125	1,2	0,2	0,2	0,2	0,15
	от –20 до +80						1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
	от –40 до +100	2
	–60									0,5	0,5	0,5
Классификационные параметры в нормальных климатических условиях	Мини-мальное падение напряжения, В	2	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5	2,5
	Неста-биль-ность по току, %/А	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	0,67	0,67	0,67	0,67	0,67	0,67
	Неста-биль-ность по напряжению, %/В	0,05	0,0015	0,005	0,005	0,005	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
	Устано-вочный допуск вых. на-пряже-ния,%	±2	±2	±2	±6,7	±6,7	±3	±3	±3	±2	±2	±2
	Номи-нальное вых. на-пряжение, В	5	±15	±15	±15	±15	9	12	15	20	24	27
Условное обозначение		142ЕН5А 142ЕН5Б 142ЕН5В 142ЕН5Г	142ЕН6А	142ЕН6Б	142ЕН6В	142ЕН6Г	142ЕН8А	142ЕН8Б	142ЕН8В	142ЕН9А	142ЕН9Б	142ЕН9В

Ток делителя напряжения должен быть не менее 1,5 мА, а ток через резистор R3 должен превышать ток делителя. Типовые емкости конденсаторов при уровнях выходного напряжения ниже 5 В составляют: С2 > 0,1 мкФ; СЗ = (5...10) мкФ. При уровнях выходного напряжения выше 5 В емкости конденсаторов выбираются из условий: С2 > 100 пФ; СЗ > 1 мкФ.

Основная схема включения микросхем 142ЕН5А,Б,В,Г приведена на рис. 3.2.

Схема стабилизатора напряжения с шунтирующим транзистором и ограничением тока приведена на рис. 3.3. Максимально допустимый ток микросхемы увеличивается благодаря транзистору VT2.

Пороговый ток I_ПОТ при срабатывании защиты от перегрузки по току имеет разброс, определяемый существенным разбросом статического коэффициента усиления транзистора VT2. Поэтому для ограничения тока на определенном уровне при перегрузках в схему введены транзистор VT1 и резистор R1.

Схема работает следующим образом. При малом значении тока нагрузки падение напряжения на резисторе R2 невелико и транзистор VT2 закрыт. При увеличении тока нагрузки увеличивается падение напряжения на резисторе R2 и транзистор VT2 открывается, причем ток в нагрузку поступает двумя путями: через микросхему и через шунтирующий транзистор VT2. При определенном значении тока падение напряжения на резисторе R1 открывает транзистор VT1, шунтируя переход эмиттер-база транзистора VT2. Благодаря этому ограничивается ток на заданном уровне даже при коротком замыкании в нагрузке, а микросхема отключается от коротко-замкнутой цепи собственной внутренней защитой.

2. Задание к расчету

Исходными данными для расчета линейного стабилизатора на ИМС (рис. 3.3) являются:

1. Входное напряжение U_ВХ.

2. Выходное напряжение U_ВЫХ.

3. Выходной ток I_ВЫХ.

Требуется определить:

1. Тип интегрального стабилизатора.

2. Тип транзисторов и определение их режима работы.

3. Номиналы ограничительных резисторов.

Варианты заданий приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2

№	UВХ, В	UВХ, В	IВЫХ, А	№	UВХ, В	UВХ, В	IВЫХ, А
1	2	3	4	1	2	3	4
1	14±2	5	0,5	41	20±5	9	1,0
2	16±3	15	1,0	42	12±1	9	1,5
3	24±4	12	1,5	43	24±2	16	2,0
4	20±5	9	2,0	44	36±3	27	0,5
1	2	3	4	1	2	3	4
5	12±1	9	0,5	45	18±6	15	1,0
6	24±2	16	1,0	46	30±5	6	1,5
7	36±3	27	1,5	47	12±2	3	2,0
8	18±6	15	2,0	48	24±2	12	0,5
9	30±5	6	0,5	49	16±3	8	1,4
10	12±2	3	1,0	50	18±3	15	1,5
11	24±2	12	1,5	51	10±3	6	2,0
12	16±3	8	2,0	52	12±1	5	0,5
13	18±3	15	0,5	53	24±3	5,2	1,0
14	10±3	6	1,0	54	36±2	24	1,5
15	12±1	5	1,5	55	22±4	20	2,0
16	24±3	5,2	2,0	56	20±3	16	0,5
17	36±2	24	0,5	57	12±2	8	1,0
18	22±4	20	1,0	58	24±3	15	1,5
19	20±3	16	1,5	59	36±4	32	2,0
20	12±2	8	2,0	60	18±5	9	0,5
21	24±3	15	0,5	61	20±4	9	1,0
22	36±4	32	1,0	62	12±3	3	1,5
23	18±5	9	1,5	63	24±3	16	2,0
24	20±4	9	2,0	64	36±3	15	0,5
25	12±3	3	0,5	65	19±3	20	1,5
26	24±3	16	1,0	66	30±3	5	2,0
27	36±3	15	1,5	67	12±2	8	0,5
1	2	3	4	1	2	3	4
28	19±3	20	2,0	68	24±2	9	1,0
29	30±3	5	0,5	69	16±2	15	1,5
30	12±2	8	1,0	70	18±2	16	2,0
31	24±2	9	1,5	71	30±2	25	0,5
32	16±2	15	2,0	72	12±1	5	1,0
33	18±2	16	0,5	73	24±4	20	1,5
34	30±2	25	1,0	74	36±3	5	2,0
35	12±1	5	1,5	75	24±4	12	0,5
36	24±4	20	2,0	76	10±3	5	1,0
37	36±3	5	0,5	77	12±2	9	1,5
38	24±4	12	1,0	78	16±2	15	2,0
39	10±3	5	1,5	79	18±2	16	0,5
40	12±2	9	2,0	80	30±2	25	1,0

3. Методика расчета

1. Рассчитывается схема на рис. 3.3 с использованием микросхем серий 142ЕН при входном напряжении U_ВХ, выходном напряжении U_ВЫХ и выходном токе I_ВЫХ. Схема должна обеспечивать ограничение тока на заданном уровне при коротком замыкании в нагрузке. Сначала выбирается тип интегральной микросхемы. Далее выбирается транзистор VT2 из условия рассеивания им выделяющейся мощности в режиме короткого замыкания нагрузки. Цепь ограничения тока рассчитывается с учетом максимального тока нагрузки I_ВЫХ = I_Кmax.

2. При коротком замыкании нагрузки в транзисторе VT2 выделяется мощность

P_VT2 = U_ВЫХ · I_ВЫХ.

С учетом разброса параметров компонентов цепи ограничения (напряжения на переходе эмиттер-база транзистора VT1 и сопротивления резистора R1) эту мощность рекомендуется увеличить на 30% и принять

P_VT2 = 1,3 · P_VT2

3. В качестве транзистора VT2 выбирается тип транзистора, статистический коэффициент усиления которого b при токе коллектора I_К. Ток базы при этом

I_БVT2 = I_Кmax / (1 + b)

С учетом разброса параметров напряжения U_БЭ транзистора VT2 и сопротивления резистора R2 увеличиваем ток базы транзистора VT2 на 30% :

I _БVT2.УВ = 1,3 · I_БVT2.

4. Выбираем тип транзистора VT1. Для перевода его в открытое состояние падение напряжения на резисторе R1 должно быть не менее 0,65 В. Исходя из этого, сопротивление резистора R1

R1= U_ЭБVT2/ I_{Кmax .}

5. Минимальный ток нагрузки, превышение которого приводит к переводу транзистора VT2 в открытое состояние, равен mI_Б, где коэффициент m выбираем в пределах 0,1. ..0, 9. Тогда сопротивление резистора R2 составит:

R2= U_ЭБVT2/ mI_Б.VT2.УВ

4. Выполнение расчета

Запуск программного обеспечения осуществляется двойным нажатием на файл «Int_stab.exe».

В открывшемся окне (рис. 3.4) в первой части расчета вводятся данные о студенте, входное напряжение, выходной ток и напряжение.

После ввода данных нажимается кнопка «Введите данные». Нажатие на закладку «2» приводит к переходу ко второй части расчета.

Рис. 3.4.

Переход к другим частям расчета производится аналогично и введением необходимых данных (или получением соответствующих расчетных данных).

После нажатия кнопки «Конец расчета» результаты расчета будут сохранены в файле «Int_stab.txt» (рис. 3.5).

Рис. 3.5

Практическое занятие №4

Расчет входного фильтра импульсного стабилизатора

1. Теоретическая часть

Напряжение источников входной электроэнергии переменного или постоянного тока, от которых питаются источник вторичного электропитания (ИВЭ), в силу разных причин имеют широкие пределы изменения номинала: ± 20…30 %. Кроме того, в процессе работы изменяется ток, потребляемый аппаратурой. Поэтому большинство ИВЭ содержат в своем составе стабилизаторы напряжения и тока как простейшие параметрические, компенсационные так, и более сложные импульсные стабилизаторы.

К первичному источнику питания обычно подключается большое число различных потребителей электроэнергии. Для уменьшения их взаимного влияния на вход ИСН включают сглаживающие фильтры L_ВХС_ВХ (рис. 4.1).

Характерными особенностями работы такого входного фильтра является небольшое переменное напряжение на дросселе L_ВХ и большие скачкообразные изменения тока i_С, протекающего через конденсатор С_ВХ.

На рис. 4.2 приведены временные диаграммы изменений токов и напряжения для элементов входного фильтра при его работе на ИСН понижающего и инвертирующего типов.

На интервале времени gТ через регулирующий транзистор стабилизатора протекает ток i_Н, равный сумме тока дросселя i_L и разрядного тока i_С конденсатора.

При закрытом регулирующем транзисторе ИСН (интервал времени (1 -g)Т) ток i_Н = 0 и происходит заряд конденсатора С_ВХ током i_L = i_С. Скачкообразные изменения напряжения на конденсаторе обусловлены его эквивалентным последовательным сопротивлением r_П.

2. Задание к расчету

Исходными данными для расчета входного фильтра импульсного стабилизатора являются:

1. Входное напряжение U_П.

2. Ток нагрузки I_н.

3. Изменение тока через дроссель фильтра при открытом регулирующем транзисторе DI_L.

4. Частота преобразования f_пр.

5. Минимальная и максимальная длительности открытого состояния регулирующего транзистора g_мин и g_макс.

6. Допустимая амплитуда пульсации тока, протекающего через дроссель входного фильтра I_L~.

Требуется определить:

1. Емкость входного фильтра, тип и число конденсаторов в фильтре.

2. Амплитуда импульсного тока через один конденсатор на интервалах времени gТ и (1 -g_мин)Т и амплитуда пульсации напряжения на конденсаторе.

3. Индуктивность дросселя фильтра и тип дросселя.

Варианты заданий приведены на таблице 4.1.

Таблица 4.1.

№	UП, В	Iн, А	DIL, А	fпр, кГц	gмин	gмакс	IL~, А
1	24±2	0,5	0,1	1