Практикум по микроэлектронике (стр. 10 )

8. Определяем дифференциальное сопротивление вентиля

Коэффициент 1, 2 учитывает, что напряжение измерено на переменном токе и меньше падения напряжения на вентиле при постоянном токе

9. Для ориентировочного определения сопротивления трансформатора

rтр и индуктивности рассеяния Ls необходимо знать тип трансформатора. Выбираем броневой трансформатор. У него обмотки расположены на одном центральном стержне, поэтому коэффициент S=I. Задаемся максимальной индукцией в сердечнике трансформатора Bm=1,2Тл. Из таблицы 2.2 берем коэффициенты kr=4,7; kl=4,3 и вычисляем

Ом

мГц

Сопротивление индуктивности рассеяния

xs=2πfcLs=2*3,14*50*0,00081=0,254 Ом.

Сопротивление фазы выпрямления

rф=rтр+rvd=6,24+3=9,24 Ом.

10. Определяем расчетные параметры:

°,

11. По определенным величинам φ и А из графиков рис. 2.1, а-г находим коэффициенты для расчета параметров трансформатора и вентиля: В≈1,22; D≈2,0; F≈5; H≈700.

12. Определяем параметры трансформатора и вентиля. Действующее значение напряжения вторичной обмотки U2=B*U0=1,22*6=7,34 B.

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора и вентиля

IB=I2= =2,0*=0,2 A.

Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора

I1=0,707* *=0,707*2*0,2*=0.00943 A.

Рисунок 2.1 – Графики работы выпрямителя

Габаритная мощность вторичных, первичных обмоток и трансформатора

P2=2*I2*U2=2*0,2*7,34=2,94 В*А;

P1=I1*U1=0,00943*220=2,07 Вт;

PТР=(P1+P2)/2=(2,07+2,94)/2=2,5 Вт.

Наибольшее обратное напряжение, приложенное к вентилю,

Uобр max=2,82*B*U0 max=2,82*1,22*6,6=22,7 В,

а среднее значение тока вентиля

Iср=0,5*I0=0,5*0,2=0,1A.

Амплитуда тока через вентиль или максимальное значение тока

Iв max=0,5*F*I0=0,5*5*0,2=0,5A.

Предварительно выбранный диод Д226Д пригоден для работы в проектируемом выпрямителе, так как все его параметры выше требуемых.

13. Определяем емкость конденсатора, исходя из коэффициента пульсаций на его выходе kп=0,1:

С0=Н/(kп*rф)=700/(0,1*9,24)756мкФ.

При выборе рабочего напряжения конденсатора обязательно нужно учитывать значение выпрямленного напряжения на холостом ходу.

В режиме холостого хода выпрямителя конденсатор зарядится до амплитудного значения напряжения на вторичной обмотке, а оно с учетом возможного напряжения питающей сети на 10%

U0 xx m=*U2*(I+a)=1,41*7,34*(I+0,1)=11,38 B.

Выбираем конденсатор на ближайшее напряжение Uрав=16 В. По справочнику выбираем конденсатор типа К50 – 6 на напряжение Uрав=16 В с емкостью 1000мкФ. Допустимый коэффициент пульсаций для выбранного конденсатора при частоте пульсаций для выбранного конденсатора при частоте пульсаций fn=100 Гц составляет

kп доп=10%, что совпадает с расчетным. При емкости конденсатора выпрямимкФ коэффициент пульсаций схемы

kп==700/(1000*9б24)=0,065, что меньше допустимого для конденсатора.

Литература: 1, стр. 12-45; 2, стр. 15- 58

Контрольные вопросы:

1.  По какой формуле рассчитывается мощность, потребляемую нагрузкой?

2.  По какой формуле рассчитывается сопротивление нагрузки?

3.  Как определить максимальное выпрямленное напряжение?

4.  Как определить сопротивление трансформатора?

5.  Как определить параметры трансформатора и вентиля?

6.  Как определить емкость конденсатора, исходя из коэффициента пульсаций на его выходе?

Тема 3. Расчет стабилизатора

Цель: Научить студентов рассчитывать схемы стабилизаторов напряжения.

Исходные данные: кремниевый стабилитрон типа Д813 включен в схему стабилизатора напряжения, а параллельно с RH= 2,2 кОм; входное напряжение меняется от Uвх min= 16 B до Uвх max= 24 B, рабочий диапазон температур +200 С/+400 С; параметры стабилитрона: Uст= 13 В, Iст max = 20 мА, Iст min = 1 мА, rдин = 6 Ом, αст = 0,095 %/0 С = 95∙10-5 I/0 С.

Задание:

1.  Определить величину резистора Rδ для обеспечения нормальной работы стабилитрона.

2.  Оценить возможность стабилизации выходного напряжения во всем диапазоне изменения входного напряжения.

3.  Рассчитать основные параметры стабилизатора.

4.  Построить характеристику «вход-выход» схемы.

Решение:

1.  Для обеспечения нормальной работы стабилитрона выбираем резистор Rδ, пользуясь соотношением

, где IH = Uст / RH = 13/(2,2∙10-3) = 5,9∙10-3 А;

Iст ном = 0,5∙(I ст min + I ст max) = 0,5∙(I + 20)∙10-3 = 10,5∙10-3 А;

Uвх ном = 0,5∙( Uвх min + Uвх max) = 0,5∙(16 + 24) = 20 В.

Тогда .

Выбираем ближайшее стандартное значение 430 Ом.

2.  Проверка возможности нормальной работы схемы во всем заданном диапазоне изменения входного напряжения производится определением расчетного диапазона Uвх:

Uвх min р = U ст +(I ст min + IH) ∙ Rδ = 13+(I + 5,9)∙10-3∙430 = 15,967 B;

Uвх max р = U ст +(I ст max + IH) ∙ Rδ = 13+(20 + 5,9)∙10-3∙430 = 24,137 B.

Поскольку полученный диапазон входного напряжения превышает заданный (Uвх max р >Uвх max), то схема обеспечивает режим стабилизации напряжения во всем диапазоне входного сигнала.

3. В соответствии с соотношениями (21), (24) и (25) коэффициент стабилизации

Выходное сопротивление схемы

Коэффициент полезного действия

4. Для построения характеристики «вход-выход» используется эквивалентные схемы рис, а – для первого участка и рис. 23, б – для второго участка.

В соответствии со справочным данными стабилитрона ток утечки разомкнутого диодного ключа , а для обратного напряжения обратный ток , тогда

Наклон характеристики «вход-выход» на первом участке определяется коэффициентом передачи:

и выходное напряжение

Для второго участка характеристики

Где

Тогда стабилизатор напряжения выполняет функции ограничителя, у которого на участке ограничения напряжение

, (33)

т. е. имеется уровень ограничения

которое достигается при входном пороговом напряжении, определяемом из уравнения (32)

Поскольку в соответствии с выражением (33) при , при , при , а при , то уточненное значение коэффициента стабилизации:

что несколько превышает определенное ранее значение, найденное по приближенному соотношению (25).

Абсолютная нестабильность выходного напряжения с учетом величины RH и выражений (30) и (31) определяется как

где UСТ = rдин * ∆ICT = 6*19*10-3 = 0,114 В, тогда

∆UВЫХ(Т°) = 0,014*8 + 0,984*(95*10-5*13*20 + 0,114) = 0,467.

Поскольку для стабилитрона Д813 άСТ>0, то при ∆Т° = 40° - 20° = 20°

UСТ(Тmax°) = UСТ(20°) + ∆ UСТ(∆Т°) = UСТ(20°) + άСТ UСТ ∆Т° = 13 – 95*10-5*13*20 = 13,247 B.

Поэтому коэффициент стабилизации с учетом температурной нестабильности напряжения стабилизации становится равным