Стабілізоване джерело живлення

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»

 

Кафедра «Захисту інформації»

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни:

«ЕЛЕКТРОНІКА ТА МІКРОСХЕМОТЕХНІКА»

на тему:

«СТАБІЛІЗОВАНЕ ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ»

 

 

Виконав:   ст. гр. ЗІ-32

Перевірила:  доцент каф. ЗІ

 Кеньо Г.В.

 

 

 

 

 

Львів 2011

Зміст

Технічне завдання…………………………………………………………………….……...	3
Вступ………………………………………………………………………..….....................	4
Стабілізатори напруги…….………………….………………………….…..….	5
Параметричні стабілізатори напруги.……………….………….…......	5
1.2  Компенсаційні стабілізатори  напруги…………………….…….….....	7
Синтез структурної схеми.………………………………….…………….........	8
Структурна схема………… …………………………………………….……...	13
Розрахунок принципової схеми…………………………….………….….…...	14
Розрахунок стабілізатора…………….………………………………...	14
Розрахунок фільтра…………………………………………………….	18
Розрахунок випрямляча……………………….……..………………...	18
Розрахунок трансформатора…………………………………………..	19
Моделювання……………………….…………………………………………..	20
Висновок………………………………………………………………………... Список використаної літератури………………………………………….........           22	21 22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технічне завдання

Варіант №2

Спроектувати  стабілізоване джерело живлення, яке задовольняє наступні вимоги:

U_вих = 5В

I_н.ном = 4А

I_н.min = 1А

U_мер = 127В

f_м = 50Гц

К_ст. = 200

U_п.т. = 5 мВ

Д_рег.= 10%

δ_м = 10%

Т_ос. -10…+150ºC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вСТУП

Джерело живлення - елемент  електричного кола, в якому зосереджена  електрорушійна сила. Джерела живлення характеризуються значенням електрорушійної  сили і внутрішнього опору.

Для будь-якого електронного пристрою необхідне джерело живлення. Сучасні джерела живлення повинні відповідати усім вимогам технічної документації, бути малогабаритними та раціонально побудованими. Окрім основних задач, які перед ними ставляться (стабілізація напруги), часто необхідно, щоб вони виконували додаткові, пов’язані з перетворенням параметрів вихідної напруги, вимоги.

Джерела живлення поділяються  на первинні і вторинні.

Під первинними джерелами  електроживлення розуміють перетворювачі  енергії будь-якого виду (механічної, хімічної, теплової, світлової, тощо) в  електричну. До таких джерел живлення відносять електромашинні генератори, акумулятори, гальванічні елементи, сонячні та атомні елементи тощо.

Вторинними джерелами  живлення називають перетворювачі  електричної енергії одного виду в електричну енергію іншого виду.

Більшість побутових предметів  живляться або від гальванічних елементів, або від мережі електроживлення. Використання в якості джерела живлення гальванічних батарей неекономно. Тому збільшення технічних та економічних  параметрів вторинних джерел електроживлення  було і є важливою проблемою, вирішення  якої в значній степені залежить від їх правильного вибору та проектування. Необхідність перетворення змінного струму в постійний викликана тим, що багато споживачів електричної енергії  можуть працювати тільки на постійному струмі, або при роботі на постійному струмі мають кращі характеристики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. СТАБІЛІЗАТОРИ НАПРУГИ

Стабілізатори напруги  — це електронні пристрої, призначені для підтримання сталого значення напруги з необхідною точністю в  заданому діапазоні зміни напруги  джерела або опору навантаження (де­стабілізуючі чинники). За принципом роботи стабілізатори напруги поділяються на параметричні та компенсаційні. Параметричний метод стабілізації базується на зміні параметрів нелінійного елемента стабілізатора, залежно від зміни дестабілізуючого чинника, а стабілізатор називають параметричним.

В компенсаційному методі стабілізації у вимірювальному елементі порівнюється величина, що стабілізується, з еталонною і виробляється сигнал розузгодження. Цей сигнал перетворюється, підсилюється і подається па регулювальний  елемент.

 

1.1 ПАРАМЕТРИЧНІ СТАБІЛІЗАТОРИ  НАПРУГИ

Параметричний стабілізатор напруги на базі стабілітрона показано на рис. 1.1.

Особливості роботи такого стабілізатора напруги  базуються на тому, що напруга стабілітрона на зворотній ділянці його вольт-амперної характеристики   U_ст.доп  змінюється незначно в широкому діапазоні зміни зворотного струму стабілітрона. Тобто коливання напруги на вході стабілізатора зумовлюють значну зміну струму стабілітрона при незначних змінах напруги на ньому.

Рис. 1.1. Схема параметричного стабілізатора напруги

Стабілізатори характеризуються коефіцієнтом стабілізації

який для параметричних  стабілізаторів становить К_ст.u = 20 30.

Рівняння електричної  рівноваги для такого стабілізатора  має вигляд: U=U_н+ R_БI, де R_Б — баластний опір, необхідний для зменшення впливу дестабілізуючих чинників на напругу навантаження.

Опір баластного резистора  ЛБ вибирають таким, щоб при номінальному значенні напруги джерела U, напруга і струм стабілітрона теж дорівнювали номінальним значенням U_ст/н, I_стн. Величину I_стн визначають за паспортними даними та виразом

I_ст/н = (I_{стн.мін} +I_{ст.Макс})/2

Тоді, з рівняння електричної рівноваги, визначаємо баластний опір за виразом

R_Б=

де І_н=Р_н/U_н; U U_d; І = І_ст.н + І_н

Роботу параметричного стабілізатора  зручно ілюструвати за допомогою вольт-амперної характеристики (ВАХ) стабілітрона та відповідної графічної побудови навантажувальної прямої (рис. 1.2). Для побудови ВАХ стабілітрона за його паспортними даними через точку з координатами U_ст.н, I_стн. проводять пряму лінію під кутом до осі координат, що визначається значенням динамічного опору стабілітрона R_д. Далі будуємо навантажувальну характеристику при номінальній напрузі джерела. Для цього визначаємо координати двох точок, через які проходитиме пряма. А саме, точка з координатою U_ст/н, I_стн. та точка на осі ординат, яка визначається за виразом І = U/R_Б. Через ці точки проводимо навантажувальну пряму.

Рис. 1.2. Графічна інтерпретація роботи параметричного стабілізатора напруги

Роботу стабілізатора  перевіряють за умови його здатності  забезпечувати задане значення U_н при коливаннях вхідної напруги U. Для прикладу, якщо вхідна напруга змінюється в межах ±10%, то на виході стабілізатора коливання напруги U_н становить ±0,1% (рис. 2). Побудова навантажувальних прямих при зміні напруги мережі в межах ±10% здійснюється шляхом паралельного зсуву навантажувальної характеристики при номінальній напрузі мережі відповідно вліво і вправо на 0,1 U. За допомогою цієї побудови можна з'ясувати, чи при таких коливаннях напруги мережі забезпечуйтеся умови стабілізації, тобто, чи точки перетину зсунених навантажувальних характеристик з ВАХ стабілітрона не виходять за межі значень струмів стабілітрона I_{стн.мін} +I_{ст.Макс}.

1.2 КОМПЕНСАЦІЙНІ СТАБІЛІЗАТОРИ  НАПРУГИ

Робота компенсаційних (транзисторних) стабілізаторів напруги  базується на порівнянні вихідної напруги  стабілізатора з еталонною. Якщо вони не рівні між собою, то різниця  цих напруг підсилюється й подається  на регулювальний елемент, який відновлює  вихідну напругу до стабілізованої величини. Такі стабілізатори дозволяють розширити діапазон стабілізованих напруг та забезпечити вищу якість стабілізації (Кст.u 50) порівняно з параметричними стабілізаторами.

За способом вмикання регулювального елемента відносно навантаження, компенсаційні стабілізатори поділяють на послідовного та паралельного типів.

На рис. 1.3 зображено компенсаційний стабілізатор послідовного типу.

Рис. 1.З. Схема компенсаційного стабілізатора напруги

Транзистор VT1 виконує функцію регулювального елемента, а транзистор VT2 — функцію підсилювального елемента. Еталонна напруга задається з допомогою стабілітрона VD. Вона порівнюється з напругою на резисторі R2, яка пропорційна вихідній напрузі стабілізатора, тому що цей резистор є плечем дільника напруги R₁, R₂. Різниця цих напруг підсилюється транзистором VT2 і виділяється на резисторі R_у Напруга на цьому резисторі є вхідною напругою регулювального елемента VT1 і, тому, зумовлює зміну напруги емітер-колектор VT1, завдяки чому забезпечується стабілізація вихідної напруги.

 

 

 

 

2. Синтез структурної схеми

Структурна схема  стабілізованого  джерело живлення наведена на рис. 2.1 і складається з трансформатора Тр, випрямляча  В, згладжуючого фільтру Ф і стабілізатора.

Тр

В

ЗФ

Ст

Рис. 2.1. Структурна схема стабілізованого джерела живлення

Трансформатор — пристрій, що використовується для зміни напруги й сили змінного струму. Трансформатор складається з обмоток на спільному осерді. Одна з обомоток під'єднана до джерела змінного струму. Ця обмотка називається первинною. Інша обмотка, вторинна, служить джерелом струму для навантаження. Створений струмом у первинній обмотці змінний магнітний потік викликає появу е.р.с. у вторинній обмотці, оскільки обидві обмотки мають спільне осердя. Співвідношення е.р.с. у вторинній обмотці й напруги на первинній залежить від кількості витків у обох обмотках.

Випрямляч – це електронний пристрій, який призначений для перетворення змінної напруги в постійну. Випрямлячі поділяються за такими основними ознаками:

1.За кількістю фаз  первинної обмотки трансформатора  випрямлячі поділяються на однофазні  і трифазні.

2.За кількістю фаз  вторинної обмотки трансформатора  на однофазні, двофазні і трифазні.

3.За кількістю імпульсів  струму у вторинній обмотці  трансформатора за період частоти  мережі на однотактні і двотактні.

4.За схемою з’єднання  вентилів: з послідовним ввімкненням  вентилів і вторинної обмотки  трансформатора, мостові , каскодні.

5.В залежності від  призначення на керовані і  некеровані.

Основні схеми випрямлячів:однопівперіодна  схема випрямлення, двопівперіодна схема випрямлення, однофазна мостова  схема випрямлення.

 

Однопівперіодна схема випрямлення

Рис.2.2.  Однопівперіодна схема випрямлення

Основна превага однопівперіодної схеми випрямлення – це її простота. До недоліків можна віднести:

• велика маса і розміри трансформатора, які пов’язані з поганим використанням вторинної обмотки трансформатора і наявністю підмагнічення осердя трансформатора постійною складовою струму;
• велике значення зворотної напруги на діоді;
• велике амплітудне значення струму через діод;
• велике значення коефіцієнта пульсації і низька частота пульсації, що приводить до збільшення маси і габаритних розмірів згладжуючого фільтра.

 

Двопівперіодна схема випрямлення  з середньою точкою

Рис.2.3.  Двопівперіодна схема випрямлення з середньою точкою