Узлы устройства

 

Мощность, рассеиваемая на транзисторе VT2:

 

По полученным значениям Uкэmax, Iн и Pmax, выбираем транзистор и выписываем его параметры:

Марка транзистора	КТ815Б
Тип транзистора	Биполярный, NPN
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер  Uкэ	50В
Допустимый ток коллектора Iк	1,5А
Максимальная рассеиваемая мощность с радиатором	10 Вт
Минимальный коэффициент передачи тока базы h21э	40

Находим ток базы VT2:

Ток базы VT2 втекает в коллектор VT3, поэтому 

Определяем данные для выбора транзистора VT3.

 

 

 

Определяем мощность, рассеиваемую на VT3:

_{Транзисторы VT1 и VT4 можно взять такими же, как VT3.}

По  полученным значениям Uкэmax,  Imax и Pmax, выбираем транзистор и выписываем его параметры:

Марка транзистора	КТ685Д
Тип транзистора	Биполярный, NPN
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер  Uкэ	30 В
Допустимый ток коллектора Iк	0,6 А
Максимальная рассеиваемая мощность с радиатором	0,6 Вт
Минимальный коэффициент передачи тока базы h21э	100

 

Находим ток базы VT3:

Расчитываем R2:

_{Выберем резистор R2 - С2-33Н-0,125Вт-100 ом±5%}

_{Расчитываем R3:}

 

Выберем резистор R3 - С2-33Н-0,125Вт-270 Ом ±5%

_{Расчитываем R4:}

Выбираем R4 - C5-16в-8-1,6 Ом ±1%.

_{Расчитываем R1:}

I_R1 = I_ст + = 12 + 0,1 = 12,1 мА.

Отсюда можно найти  величину R1:

R1 = (U_вхmin - U_ст) / I_R1= 13,83 / 0,0121 = 1142,9Ом

Выбираем R1 - С2-33Н-0,125Вт-1100 Ом±5%

_{Расчитываем R5, R6 и R7:}

_{Ток, текущий через  эти резисторы  должен быть много  больше тока базы транзистора  VT3.}

_{Ток на делителе:}

Суммарное сопротивление делителя .

Получаем

Выберем соответствующие резисторы R5 и R7 - С2-33Н-0,125Вт-3,9 кОм ±5%, R6 - С2-33Н-0,125Вт-2,0 кОм ±5%.

 

Расчет  радиатора

Линейный стабилизатор имеет  низкий КПД, так как часть мощности Pрасс = (Uвх — Uвых) * It рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Исходя из этого, регулирующий элемент должен иметь соответствующую рассеиваемую мощность и, при необходимости, должен быть установлен на радиатор нужной площади. Назначение радиаторов - отводить тепло от полупроводниковых приборов, что позволяет снизить температуру p-n-переходов и тем самым уменьшить ее влияние на рабочие параметры приборов. Существует несколько видов радиаторов: пластинчатые, ребристые и штыревые радиаторы и др. Для улучшения отвода тепла полупроводниковый прибор лучше всего крепить непосредственно к радиатору. Спроектируем пластинчатый радиатор для горизонтально ориентированной поверхности.

1. Определение максимально допустимой  температуры корпуса прибора.

2. Определение мощности рассеивания  транзистора при работе в активном  режиме.

3. Определение разности температур  между корпусом и радиатором.

где R_пк – сопротивление переход-корпус, которое принимает значение от 0,9 до 1,5 ⁰С/Вт (примем Rпк =1,1⁰С/Вт).

4. Расчёт средней температуры  поверхности радиатора.

Средняя температура поверхности  радиатора (t_S):

 где t_п – температура перехода, R_кр – сопротивление корпус-радиатор (примем R_кр=2⁰С/Вт).

5. Определение разности температур  между поверхностью радиатора  и окружающей средой.

6. Определение коэффициента теплоотдачи  конвекции.

При

_{l=3 (см)}

7. Расчёт поверхности теплообмена  радиатора.

Реальная площадь радиатора  должна быть в 2 раза больше рассчитанной. Значит

Определяем расстояние между ребрами, высоту одного ребра и толщину  ребра:

Размеры основания: 40х50мм.

Размер ребра: 30х40мм.

Кол-во ребер: 3.

Толщина ребра: 2 мм.

Расстояние между ребрами: 10 мм.

Площадь основания: 2х4х6 = 48 см².

Площадь ребра: 2х3х5 = 30 см².

Общая площадь: 48+3х30=138см².

Вывод: на 1 Ватт рассеиваемой мощности приходится 12,1 см.² поверхности радиатора; уменьшить тепловое сопротивление можно путем затемнения алюминиевого корпуса радиатора хлорным железом; полученная площадь– это площадь радиатора, рассчитанная на длительную работу блока питания в режиме полной мощности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Моделирование на ЭВМ

Моделирование стабилизированного источника  питания будем производить при  помощи САПР “ElectronicsWorkbench5.12”. Транзистор принимаем идеальным.

Смоделированная схема представлена на рис. 6.

Рис. 6. Смоделированная схема.

График выходного напряжения показан  на рис. 7.

Рис. 7. Выходное напряжение.

При моделировании использовались рассчитанные значения сопротивления  резисторов и ёмкости конденсатора, значение выходного тока и напряжения практически совпадает с рассчитанными  значениями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы

При расчетах были получены данные достаточно близкие к данным, полученным с  помощью ЭВМ. Погрешности в среднем  не более 5-10%, они объясняются тем, что расчеты проводились с  идеальными транзисторами, а также погрешностями вычислений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы

1. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (полный курс): Учебник для вузов. Под.ред. О.П. Глудкина. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003. – 768 с.

2. Костиков В.Г., Парфенов  Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для вузов. – 2-е изд. – М.: Горячая линия – Телеком, 2001. – 344 с.

3. Гершунский Б.С. Справочник по расчёту электронных схем. – Киев: Вища школа, 1983.

4. Источники электропитания  радиоэлектронной аппаратуры: Справочник. / Г.С. Найвельт, К.Б. Мазель, Ч.И. Хусаинов и др.; Под.ред. Найвельта Г.С. – М.: Радио и связь, 1985. – 576 с.

5. Маркировка и обозначение  радиоэлементов: Справочник. / В. В.  Мукосеев, И. Н. Сидоров, М.: Радио  и связь, 2001.

6.  Справочная книга  радиолюбителя-конструктора / А.А. Бокуняев, Н.М. Борисов, Р.Г. Варламов и др.; Под ред. Н.И. Чистякова. – М.: радио и связь, 1990. – 624 с.

7. Агеев. Расчет радиаторов  и транзисторов. – «Радио», 1968, №6 . – 124 с.

8. Дульнев Г.Н. Теплообмен в электронных радиоустройствах. – М.: Госэнергоиздат, 1963. – 272 с.