Хостинг от HOST PROM - это надежное место для Ваших проектов !

 


ВВЕДЕНИЕ

 

 В промышленной сети напряжение не постоянно в течение суток: в зависимости от потребления энергии промышленными предприятиями, электрическим транспортом и расхода в наших квартирах напряжение в сети то возрастает, то убывает. Следо­вательно, при питании аппаратуры от этой сети будет изменяться напряжение и на обмотках трансформатора, а значит, и на вы­ходах выпрямителя и фильтра. Если колебания напряжения сети составляют ±10%, то в таких же пределах изменяется и величина выпрямленного напряжения. При изменении питающего напря­жения нарушается режим работы электронных приборов (тран­зисторов, электронных ламп), что приводит к ухудшению пара­метров всего устройства. Например, в радиоприемнике при из­менении режима работы транзисторов могут возникнуть сильные искажения звука, хрипы, гудение. Такие же явления наблюдаются в нем при питании от химических источников тока, напряжение которых по мере разрядки уменьшается. Чтобы этого не проис­ходило, напряжение питания электронных устройств часто ста­билизируют. Здесь возможны два способа: стабилизация пере­менного напряжения на входе силового трансформатора или ста­билизация выпрямленного напряжения. В первом случае приме­няют специальные феррорезонансные стабилизаторы. Их недос­татками являются большие габариты и вес. Чаще прибегают к стабилизации выпрямленного напряжения, осуществляемой с по­мощью электронных стабилизаторов.

 1. Обзор литературы по теме

 

Рис. 1.1. Схема простейшего стабилизатора напряжения (а) иделителя (б), образованного балластным резистором R1 и дифференциальнымсоп­ротивлением стабилитрона

 

Простейшимстабилизатором напряжения является стабилизатор на крем­ниевом стабилитроне. Длянормальной работы такого стабилизатора необходи­мо, чтобы ток IСТ, протекающий через стабилитрон, небыл мень­ше, чем IСТ.МИН, ибольше, чем IСТ.МАКС. При изме­нениитока, протекающего через стабилитрон в этих пределах, на нем и на подключеннойпараллельно ему нагрузке RH напряжение, называемое напряжениемстабилизации UСТстабилитрона, будет оставаться постоянным. Однако для стабилитронов одного итого же типа это напряжение будет неодинаковым. Поэтому в спра­вочникахприводятся обычно минимальная и максимальная гра­ницы значений напряжения илиуказывается номинальное нап­ряжение стабилизации UCT и его допустимый разброс ΔUCT.

 

 

 

 

 

177

— о

R1

/Ь-СТ

Рис.7.22.

 

Еслинапряжение UВХ,поступающее на вход стабилизатора (рис. 1.1, а), в процессе работы можетизменяться от некоторого наименьшего значения UBX.МИН до наибольшего UBX.МАКС, то принеизменном напряжении на стабилитроне все изменения вход­ного напряжения должныгаситься на резисторе R1. Поэтому ре­зистор R1 называют гасящим, или балластным.Чтобы при этом изменения тока, протекающего через стабилитрон, не выходили запределы, ограниченные значениями IСТ.МИН и IСТ.МАКС с, нужноправильно рассчитать сопротивление этого резистора.

Отношениеотносительного изменения напряжения на входе стабилизатора (ΔUВХ/UВХ)к относительному изменению напря­жения на его выходе (ΔUВыХ/UВыХ) называюткоэффициентом стабилизации (КСТ).

Следовательно,

 

Стабилизаторна кремниевом стабилитроне имеет еще одно свойство. Дело в том, что стабилитронобладает очень малым соп­ротивлением переменному (пульсирующему) току,называемым дифференциальным сопротивлением — rд.ст. Чем круче характеристика в областипробоя, тем меньше дифферен­циальное сопротивление стабилитрона. Длябольшинства мало­мощных стабилитронов rд.ст=5...15 Ом.Вместе с резистором R1 дифференциальное сопротивление стабилитрона образуетдели­тель (рис. 1.1,б), между плечами которого распределяются как постояннаясоставляющая выпрямленного напряжения, так и его пульсации. Если амплитудупульсаций на входе стабилизатора обозначить через UП.ВХ, а на выходе — через UП.ВХ, то в соответ­ствии с рис. 1.1, бполучим

 

 

Таккак rд.ст«R1, то rд.ст/(R1+ rд.ст)«1 иоказывается, что UП.ВЫХ«UП.ВХ.

Снижениепульсаций в выходном напряжении свидетельству­ет об уменьшении коэффициентапульсаций. Таким образом, простейший стабилизатор помимо стабилизации выходногонап­ряжения осуществляет сглаживание пульсаций в выходном нап­ряжении.

Важнымпараметром стабилизатора является его выходное сопротивление (RВЫХ), которое определяется какотношение изменения выходного напряжения стабилизатора к изменению токанагрузки (ΔIH) при неизменном входномнапряжении:

Дляпростейшего стабилизатора RВЫХ= rд.ст.

Рассмотренныйстабилизатор напряжения на кремниевом ста­билитроне имеет простое устройство,малое количество деталей и с успехом может применяться тогда, когда токнагрузки не превышает среднего значения тока, протекающего через стабилитрон инаходящегося в пределах между IСТ.МИН и IСТ.МАКС. Прииспользовании стабилитронов типа Д808...Д814 ток нагрузки не должен превышать20...30 мА. При больших токах нагрузки не­обходимы более мощные стабилитроны.Недостатком простей­шего стабилизатора на кремниевом стабилитроне являетсяпотеря части напряжения на ограничительном резисторе R1, что приво­дит кснижению КПД стабилизатора. Кроме того, у этого стаби­лизатора сравнительнонебольшой коэффициент стабилизации и значительное выходное сопротивление.Поэтому во всех случаях, когда требуется получить стабилизированное напряжениена наг­рузке при большом токе, протекающем через нее, применяют транзисторныестабилизаторы напряжения. В качестве такового без существенного увеличениячисла элементов и усложнения схемы используют транзисторный фильтр сосвоеобразной сле­дящей системой, которая в зависимости от изменения напряже­нияна входе фильтра или на его выходе за счет изменения тока нагрузки изменяетсопротивление транзистора таким образом, что напряжение на выходе этого фильтра— стабилизатора оста­ется неизменным.

Рис. 1.2. Схемытранзисторных стабилизаторов напряжения

Схематранзисторного стабилизатора напряжения изображе­на на рис. 1.2, а. В неевходит рассмотренный уже стабилизатор на кремниевом стабилитроне VD сограничительным резистором R1. Нагрузкой стабилизатора служит базовая цепьтранзистора VT, в эммитерную цепь которого включена основная нагрузка Rн.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эмиттерныйи коллекторный токи транзистора в десятки раз превышают ток базы, причем Iэ«Iк. Поэтому при токах базы, равных единицаммиллиампер, в коллекторной и эмиттерной це­пях протекают токи, измеряемыедесятками и сотнями миллиам­пер (мА).

Рассмотримработу транзисторного стабилизатора. Из рис. 1.2, а видно, что напряжение нанагрузке (UH)отличается от напряжения на стабилитроне (UСТ) на напряжение, падающее на эмиттерном переходеUЭБ транзистораVT2, т. е. UH=UCT-UЭБ. Если напряжение на входестабилизатора увеличится, оно сразу передастся и на его выход, что приведет кувеличению тока, протекающего через нагрузку IH, и напряжения UH. Поскольку напряжение настабилитроне практически не изменяется, воз­растание напряжения на нагрузкевызовет уменьшение напря­жения UЭБ, токабазы транзистора VT и увеличение сопротивле­ния перехода коллектор—эмиттер.Вследствие увеличения соп­ротивления перехода коллектор—эмиттер на этомпереходе будет большее падение напряжения, что повлечет за собой уменьшениенапряжения на нагрузке. При уменьшении входного напряжения, наоборот,напряжение UЭБповысится, что повлечет за собой уве­личение тока базы, уменьшениесопротивления перехода коллек­тор—эмиттер и напряжения на этом переходе.

Такимобразом, в рассматриваемом стабилизаторе напряже­ния транзистор VT совместно ссопротивлением нагрузки RH об­разуетделитель входного напряжения, причем сопротивление транзистора изменяется так,что компенсируются всякие изме­нения входного напряжения. Такой стабилизаторназывают ком­пенсационным, а транзистор VT с изменяющимся сопротивлени­емколлекторного перехода — регулирующим.

Выходноесопротивление этого стабилизатора составляет несколько ом, а коэффициентстабилизации примерно такой же, как у простейшего стабили­затора, выполненногона резис­торе R1 и стабилитроне VD. Но так как ток нагрузки через огра­ничительныйрезистор не про­текает, а сопротивление пос­тоянному току перехода коллек­тор —эмиттер транзистора VT мало, стабилизатор напряжения на транзисторе обладаетболее высоким КПД по сравнению со стабилизатором на кремниевом стабилитроне.Если вместо VT использовать составной транзис­тор, состоящий из маломощноготранзистора VT1 и транзистора большой мощности VT2 (рис. 1.2, б), то можноосуществить эф­фективную стабилизацию напряжения при токах, протекающих черезнагрузку, измеряемых амперами.

Притаком включении VT1 и VT2 в качестве тока базы мощного транзистора VT2используется ток эмиттера маломощного (или сред­ней мощности) транзистора VT1,а током нагрузки стабилитрона VD является ток базы VT1, который в десятки разменьше тока базы VT2.

Важнойособенностью транзисторных стабилизаторов напряже­ния является еще следующее.Напряжение на нагрузке UH отличает­сяот напряжения стабилизации кремниевого стабилитрона UCT на напряжение, падающее напереходе эмиттер—база UЭБтранзистора VT (рис. 1.2, а), т. е. UH=UCT-UЭБ. Для германиевых транзисто­ровнапряжение UЭБсоставляет всего 0,2...0,5 В, а для кремниевых — не более 1 В. Поэтому есливместо стабилитрона VD взять стабилит­рон с другим напряжением стабилизации, тоизменится и напряже­ние на нагрузке. Это позволяет создавать регулируемыестабилиза­торы напряжения. Одна из схем такого стабилизатора дана на рис. 1.2,в. В ней кроме ограничительного резистора R1 использует­ся дополнительныйпеременный резистор RУСТ,подключаемый па­раллельно стабилитрону VD. Напряжение на нагрузке UH вместе с напряжением на переходеэмиттер—база UЭБтранзистора VT равно напряжению UУСТ,снимаемому с переменного резистора RУСТ, т. е. UH+UЭБ=UУСT, откуда следует: UH=UУСТ-UЭБ.

Приперемещении движка переменного резистора RУСТ будет изменяться снимаемое с негонапряжение и, следовательно, напря­жение на нагрузке UH. Таким способом можно регулироватьнап­ряжение на нагрузке от нуля до значения, равного напряжению стабилизациистабилитрона VD (точнее, до значения UCT-UЭБ).

Рис. 1.3.Схема транзисторного мощного регулируемого стабилизато­ра напряжения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Еслиток базы регулирующего транзистора VT1 велик, в ста­билизатор вводятдополнительный усилитель постоянного тока. Одна из схем такого стабилизатораприведена на рис. 1.3. Напряжение, подаваемое с движка потенциометра R3 на базутран­зистора VT2, на котором выполнен дополнительный усилитель постоянноготока, называется напряжением обратной связи (UOC). Из рисунка видно, что UOC=U+ UЭБ. Ток,протекающий через потенциометр R3, не должен превышать 10...15 мА. Сопротивле­ниерезистора R1 обычно составляет несколько килоом.

Коэффициентстабилизации стабилизатора около 100, а выходное сопротивление составляетдесятые доли ома.

Расчеткомпенсационного стабилизатора напряжения начина­ют с выбора регулирующеготранзистора VT1. Максимально до­пустимое его напряжение UКЭ.МАКС  должно превышать наиболь­шее напряжение навходе стабилизатора (UВХ.МАКС), амаксималь­но допустимый ток коллектора IK.МАКС - бытьбольше предель­ного значения тока нагрузки.

Максимальнаямощность, рассеиваемая транзистором VT1, оп­ределяется по формуле:

Значениеэтой мощности должно составлять не более 75% от максимально допустимой мощностиРК.МАКС” приводимой в спра­вочнике. Если это условие невыполнимо,необходимо выбрать другой транзистор — с большим значением РК.МАКС.

Определивпо справочнику для выбранного транзистора VT1 минимальное значение статическогокоэффициента передачи тока базы h21E, рассчитывают максимальный ток базы,соответ­ствующий максимальному току нагрузки:

Посколькуток IБ макстранзистора VT1 является током нагруз­ки простейшего стабилизатора, состоящегоиз резистора R1 и стабилитрона VD, то по его значению находят сопротивление ре­зистораR1 по условию:

(Uвх.макс-Uст.мин)/Iст.мах≤R1≤(Uвх.мин-Uст.мин)/ (Iст.мин-IБ.макс)

Сопротивлениерезистора R2 можно определить по формуле:

R2= Uвых/Iн*(0,05...0,1).

Длянормальной работы стабилизатора требуется, чтобы напря­жение на переходеколлектор—эмиттер транзистора VT1 было не менее 1 В, если транзистор VT1германиевый, и не менее 3 В — если кремниевый.

Cложность построения рассмотренныхстабилизаторов возрастает с увеличением требований к параметрам выходногонапряжения.

Задачаконструирования высококачественных стабилизаторов напряжения значительноупрощается, если ис­пользовать интегральные стабилизаторы. Эти стабилизаторы от­личаютсямалыми размерами и в то же время позволяют получить стабильные параметрывыходного напряжения, малочувствитель­ные к изменениям температуры, влажности идругим внешним воздействиям.

Примером   интегрального   стабилизатора   напряжения,  по­лучившего широкое распространение в радиолюбительской прак­тике,является микросхема  серии 142, имеющая множестворазновидностей. ИМС этой серии позволяют получать фиксированное выходноенапряжение, имеют защиту от перегрузок по току, вы­пускаются вметаллополимерных корпусах, могут работать при температурах от -45 до +100°С ивесят всего 2,5 г. У них всего три вывода—вход, выход и общий. Корпусмикросхемы соединен  с  металлической пластинкой, в которой имеется от­верстие   для  крепления   на   терморассеивающем   радиаторе. Несмотря на наличие всего трехвыводов, в миниатюрном кристалле этих микросхем выполнено более 17 биполярныхтранзис­торов, 3 диода, два из которых являются стабилитронами, 19 ре­зисторови 1 конденсатор.

2.Описание электрической схемы выбранного устройства

 

Врезультате анализа технического задания было выяснено, что получить требуемыепараметры, используя типовые схемы стабилизаторов не возможно, вследствиесложности проектирования: большое количество каскадов (больше 10) и большоеколичество элементов обвязки. Расчет такого стабилизатора также будет затрудненнеобходимостью подбора радиоэлементов по параметрам и согласование каскадов. Оптимальнымрешением в данном случае будет применение интегрального стабилизаторанапряжения. Такие стабилизаторы содержат большое количество транзисторов(больше 10) , подобранных по параметрам, каскады включения согласованы. Немаловажным фактором является и то, что основные каскады стабилизациисодержаться в одном корпусе. Это обеспечивает термостабильность (работустабилизатора при температурах -40°С до +100°С).

Нарис. 2.1 приведена типовая схема включения стабилизатора с обвязкой,необходимой для работы микросхемы.

 

Рис. 2.1. Схема стабилизатора напряжения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наприведенной схеме стабилизатора напряжения резисторы R1, R2 и конденсатор C1 составляютобвязку микросхемы,  их номиналысодержатся в справочнике по параметрах стабилизаторов.

РезисторR3 - это резистор защиты стабилизатора отперегрузки выходным током.

Парарезисторов R4,R5задают порог срабатывания тепловой защиты стабилизатора.

КонденсаторC2позволяет снизить уровень пульсаций и помех при большом входном напряжении.

КонденсаторС3 – для уменьшения броска тока при подключении нагрузки и снижения пульсацийвыходного напряжения.

 

3. Расчёт элементов схемы

 

Израссмотренных в справочниках микросхем выбираем интегральный стабилизаторнапряжения зарубежного производства LM317T,параметры которого приведены в табл.3.1. 

Табл. 3.1

Параметры микросхемы LM317T

Выходноестабилизированное напряжение UВЫХСТ

12…30

Максимальный токнагрузки стабилизатора IНАГРMAX

1.5

Максимальное входноенапряжение стабилизатора UВХMAX

40

Минимальное входноенапряжение стабилизатора UВХMIN

20

Минимальная разностьнапряжений на входе и выходе стабилизатора       

(UВХ-UВыХ)MIN

4

Ток потреблениямикросхемы IПОТР,мА

4

Коэффициентстабилизации КСТ

50

КнI,%

0,5

Температурныйкоэффициент изменения выходного напряжения ТКUВЫХ,%/К

0,5

 

Какуже говорилось в предыдущем разделе резисторы R1, R2 и конденсатор C1 составляютобвязку микросхемы,  их номиналы былиполучены из справочника по интегральным стабилизаторам:

R1=1.2кОм

R2=2кОм

C1=0.1мкФ

РезисторR3 - это резистор защиты стабилизатора отперегрузки выходным током. Сопротивление этого резистора определяется поформуле (3.1).

 

R3=(1.25-0.5*IПОТР-0,023(UВХ-UВЫХ))/IПОТР    (3.1)

 

Подставивнеобходимые значения в формулу получаем значение сопротивления R3=199 Ом, покоторому из ряда Е24, номинальных значений сопротивлений выбираем R3=200 Ом ±2%.

Парарезисторов R4,R5задают порог срабатывания тепловой защиты стабилизатора. Для отключенияинтегрального стабилизатора на третьей его ножке должно падать 1/3 выходногомаксимального напряжения, тогда R4/R5=3. Рассчитаемсопротивления так, чтобы рассеиваемая ими мощность не превышала 0.125 Вт:

R4=(2/3*UВЫХMAX)/PРАСС   (3.2)

R5=(1/3*UВЫХMAX)/PРАСС   (3.3)

Подставивнеобходимые значения в формулы  (3.2) и (3.3)получили значения R4=160Ом, R5=80Ом. Из ряда Е24, номинальных значений сопротивлений выбираем R5=82 Ом ±2%,R4=160Ом ±2%.

КонденсаторC2позволяет снизить уровень пульсаций и помех при большом входном напряжении. Всправочнике интегральных стабилизаторов напряжения советуют ставить конденсаторемкостью 10 мкФ и более. Следовательно С2=16 мкФ.

КонденсаторС3 – для уменьшения броска тока при подключении нагрузки и снижения пульсацийвыходного напряжения. Вследствие сказанного конденсатор должен иметь достаточнобольшую емкость (сотни микрофарад) и должен выдерживать напряжение в раза1.5-3  больше чем максимальное выходноестабилизированное напряжение на выходе интегрального стабилизатора.

ВыбираемС3=470 мкФ ±5%-50 В.

Мощностирезисторов схемы рассчитываются по следующей формуле:

PR=URIR=UR*UR/R     (3.4)

         По схеме видно, что мощностивсех сопротивлений не будут превышать 0.125 Вт.

Врезультате проведенных расчетов, получили следующие номинальные значения элементов:

R1 - МЛТ-0.125- 1.2кОм ±5%;

R2 - МЛТ-0.125- 2кОм ±5%;

R3 - МЛТ-0.125- 200Ом ±2%;

R4 - МЛТ-0.125-160 Ом ±2%;

R5 - МЛТ-0.125-82 Ом ±2%;

C1– К10-7B-0.1 мкФ ±5%;

C2– TESLA-16мкФ ±5%;

C3– TESLA-50мкФ ±5%;

DA1 –LM337T;

4. Методика испытания устройства

 

Методика испытаний данного устройства состоит взамере напряжений на входе и выходе стабилизатора напряжения. Измерения будемпроводить при помощи осциллографа, подключенного соответствующими каналами ковходу и выходу стабилизатора напряжения.  Для получения входного напряжения длястабилизатора используем понижающий трансформатор (как наиболее простое ираспространенное решение), со вторичной обмотки которого снимаем переменноенапряжение, которое выпрямляем при помощи диодного моста (двухполупериодного) иподаем на вход рассчитанного стабилизатора, U=20 В. К выходу стабилизатора подключаем нагрузку,рассчитанную по формуле (4.1),  Rнагрузки=10 Ом.

Rнагрузки=Uвых/ Iвых                  (4.1)

Схема испытаний приведена в приложении.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

                                                                         

Вданной курсовой работе была рассмотрена методика разработки электронныхустройств на стабилизатора напряжения на интегральной микросхеме, рассмотрены основныеусловия стабилизации напряжения и методы их реализации. Согласно техническомузаданию была выбрана и рассчитана схема стабилизатора напряжения.

Врезультате проделанной работы была создана следующая документация:

-пояснительная записка;

-схема электрическая принципиальная и перечень элементов стабилизаторанапряжения;

-чертёж печатной платы и компоновочный эскиз;

-схема испытаний устройства.

Данныйстабилизатор может применяться в составе постоянных источников питаниярадиоаппаратуры.

 

 

 


 


Быстрый хостинг
Быстрый хостинг - Скорость современного online бизнеса

 

Яндекс.Метрика

Load MainLink_Second mode.Simple v3.0:
Select now URL.REQUEST_URI: webknow.ru%2Ftsifrovie_00000.html
Char set: data_second: Try get by Socet: webknow.ru%2Ftsifrovie_00000.html&d=1
					  

Google

На главную Авиация и космонавтика Административное право
Арбитражный процесс Архитектура Астрология
Астрономия Банковское дело Безопасность жизнедеятельности
Биографии Биология Биология и химия
Ботаника и сельское хозяйство Бухгалтерский учет и аудит Валютные отношения
Ветеринария Военная кафедра География
Геодезия Геология Геополитика
Государство и право Гражданское право и процесс Делопроизводство
Деньги и кредит Естествознание Журналистика
Зоология Издательское дело и полиграфия Инвестиции
Иностранный язык Информатика, программирование Исторические личности
История История техники Кибернетика
Коммуникации и связь Косметология Краткое содержание произведений
Криминалистика Криптология Кулинария
Культура и искусство Культурология Литература и русский язык
Литература зарубежная Логика Логистика
Маркетинг Математика Медицина, здоровье
Международное публичное право Частное право Отношения
Менеджмент Металлургия Москвоведение
Музыка Муниципальное право Налоги
Наука и техника Новейшая история Разное
Педагогика Политология Право
Предпринимательство Промышленность Психология
Психология, педагогика Радиоэлектроника Реклама
Религия и мифология Риторика Сексология
Социология Статистика Страхование
Строительство Схемотехника Таможенная система
Теория государства и права Теория организации Теплотехника
Технология Транспорт Трудовое право
Туризм Уголовное право и процесс Управление
Физика Физкультура и спорт Философия
Финансы Химия Хозяйственное право
Цифровые устройства Экологическое право Экология
Экономика Экономико-математическое моделирование Экономическая география
Экономическая теория Этика Юриспруденция
Языковедение Языкознание, филология

design by BINAR Design