30078

Расчет источника питания

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Источник питания состоит из силового трансформатора, выпрямителей, сглаживающих фильтров и во многих случаях – стабилизаторов напряжения (или тока). Расчет начнём с конечного элемента – со стабилизатора, а затем рассчитаем трансформатор.

Русский

2013-08-22

396 KB

43 чел.

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

Факультет автоматизации и информационных технологий

Кафедра электротехники

Расчет источника питания

 

Руководитель:

____________Меньшиков В. В.
    
(подпись)

_______________________
    
(оценка, дата)

Разработал:
студент группы 23-1

___________Топоев А.Л.
     
(подпись)
_______________________
     
(дата)


Исходные данные (Усилительная часть):

Ег,
В

Rг,
кОм

Rн,
Ом

Pн,
Вт

Тип
фильтра

Тип
аппроксимации
фильтра

Порядок
фильтра

fc,
Гц

0,25

1000

100

0,5

ФНЧ

Чебышева, q=2.0 дБ

4

2200

Проектирование усилительного устройства

1.1 Структурная схема усилителя

Рисунок 1 – Структурная схема усилителя

Определение основных/ параметров усилителя

Входное сопротивление усилителя выбираем так, чтобы Rвх>> Rг

Rвх=(10-100)Rг, возьмём Rвх в 10 раз больше Rг

Общий коэффициент усиления Кu определяем по формуле:

           (1)

          (2)

Кu=28, что больше 20, следовательно усилитель напряжения из схемы исключить нельзя.

         (3)

Выбор схемы входного каскада

выбираем использование неинвертирующего усилителя на операционном усилителе.


Рисунок 2 – Схема неинвертирующего усилителя на ОУ

Выбор и расчёт параметров усилителя напряжения

- коэффициент усиления каскада      

- значения сопротивлений неинвертирующего ОУ

Выбор схемы и расчёт параметров активного фильтра

fс = 2200 Гц

Тип фильтра – ФНЧ (фильтр низких частот)

Тип аппроксимации – Чебышева, q = 2.0 дБ

Порядок фильтра – 4

Таблица 1 – коэффициенты аппроксимации фильтров

b

0.2098

0.5064

c

0.9287

0.2215


Я выбираю схему активного фильтра нижних частот 2-ого порядка Саллен-Кея

Рисунок 3 – Структура Саллен-Кея

Рассчитаем значения схемы Саллен-Кея по следующим формулам:

           (4)

          (5)

      (6)

        (7)

          (8)

          (9)

Так как порядок фильтра равен 4, то включаем последовательно 2 фильтра 2-ого порядка структуры Саллен-Кея.

1 звено:  А = 2

 

Рассчитаем значения для 2-ого последовательно соединённого звена. Расчет проводится по формулам 4, 5, 6, 7, 8, 9. Коэффициенты b и c берём из таблицы 1,    А = 1,8.

 

1.6 Выбор схемы и расчет усилителя мощности

Pн=0,5 (Вт)

Rн=100 (Ом)

Расчетная мощность больше номинальной на величину потерь в эмиттерных резисторах            (10)

  

Напряжение источника питания

        (11)

Где для кремниевых транзисторов

Амплитуда тока коллектора транзисторов оконечного каскада

        (12)

Среднее значение тока, потребляемого от источника питания:

          (13)

 

Мощность, рассеиваемая на коллекторе выходного транзистора:

          (14)

 

Задаем значение начального тока коллектора:

 

Выбор оконечных транзисторов проводим с учетом условий:

       (15)

 

Возьмём транзисторы серии КТ814A (p-n-p)

            КТ815A (n-p-n)

Характеристики транзисторов серии КТ814A КТ815A

Статический коэффициент передачи тока    

Постоянный ток коллектора        1.5 А

25 B

Ток базы равен:

Ток делителя равен:

Сопротивление делителя:        (16)

 

Сопротивление эмиттера:        (17)

 

Найдем значения R2 и R1:

, где Ку=4 коэффициент усиления (УМ)     (18)

Выберем диоды: Д2Б

Uобр=30 В

I=16 A

Исходя из Iн и Uип выбираем ОУ:


Выбираем ОУ марки 140УД6

Рисунок 4 – Схема усилителя мощности с ОУ

Рисунок 5– Операционный усилитель К140УД6


3 Проектирование источника питания

Источник питания состоит из силового трансформатора, выпрямителей, сглаживающих фильтров и во многих случаях – стабилизаторов напряжения (или тока). Расчет начнём с конечного элемента – со стабилизатора, а затем рассчитаем трансформатор.

 

W1  U+

 

W1

 W1

U-

Рисунок 6 – Схема источника питания

3.1 Расчет стабилизатора

Исходные данные для расчета стабилизатора напряжения: номинальное выходное напряжение - ; ток нагрузки - ; относительное отклонение напряжения сети в сторону понижения

Выбираем стабилизатор, исходя из : К142ЕН2A

Основные параметры стабилизатора напряжения К142ЕН2A

Тип

К142ЕН1А

0,3

0,5

4

15..40

12..30

0,15

4

Рисунок 7 – Стабилизатор напряжения К142ЕН1А


Определяем минимальное входное напряжение стабилизатора:

         (19)

С учетом возможного уменьшения напряжения в сети:

           (20)

3.2 Расчет выпрямителя

Исходные данные для расчета выпрямителя: номинальное выпрямленное напряжение U0, В; ток нагрузки стабилизатора I0; номинальное напряжение сети U1; частота сети fс, Гц; допустимый коэффициент пульсации Кп.

Рисунок 8 – Основная схема выпрямителя мостовая

Для расчета схемы выпрямителя возьмём тип схемы, представленной на рисунке 8

Определяем сопротивление трансформатора rтр; вентиля ri и по их значениям находим сопротивление фазы выпрямителя rв:

а) Находим сопротивление трансформатора rтр:

       (21)

J – плотность тока в обмотках трансформатора (J=4 А/мм2);

В – магнитная индукция в сердечнике (В=1,2 Тл);

- расчетный коэффициент, для данной схемы равен 2

Делаем выбор диодов:

          (22)

          (23)

По справочнику выбираем диоды КД103А с  и

б) Находим сопротивление вентиля ri:

          (24)

Сопротивление фазы выпрямителя:

          (25)

Найдём по формуле 26 коэффициент А:

          (26)

По рисунку 18 из методички по курсовой работе находим коэффициенты F0, D0, B0:

С помощью найденных коэффициентов найдем значения:

- максимальный ток через вентиля     (27)

- действующее значение тока через вентиль    (28)

- коэффициент трансформации(==24,28)   (29)

- ток вторичной обмотки трансформатора    (30)

- составляющая тока первичной обмотки трансформатора  (31)

- напряжение на вторичной обмотке трансформатора  (32)

- мощность выпрямителя       (33)

- габаритная мощность выпрямителя     (34)

Занесем полученные результаты в таблицу:

m

IОВ

Uобр

Iм

rв

U2

I2

Iв

Pгаб

I1

n

2

0,039

29,55

0,203

128,6

24,28

0,11

0,078

2,475

0,0121

0,11

Определим емкость фильтра по приближённой формуле:

          (35)

3.3 Расчет силового трансформатора

Заданными величинами при расчете трансформатора являются напряжения всех обмоток U1, U2, В; токи обмоток I1, I2, А и мощность трансформатора Pгаб, Вт.

Данные значения были найдены в главе 3.3 Расчет выпрямителя.

Определим мощность трансформатора по формуле:

,           (36)

где - КПД маломощного трансформатора.

По габаритной мощности трансформатора выбираем магнитопровод.

Сечение стержня сердечника:

           (37)

Из условий , где с=(1-2), а – ширина стержня магнитопровода в сантиметрах. Находим ориентировочное значение ширины стержня по формуле:

           (38)

Найдём произведение сечения стержня сердечника на площадь окна:

       (39)

Где  для броневых трансформаторов индукцию В в сердечнике можно принять 1,2 Тл; плотность тока J=4 А/мм2 – в обмотках трансформатора; Км =0,25 при
Pтр <50 Вт – коэффициент заполнения окна медью; Кс =0,94 – коэффициент заполнения сталью площади стержня магнитопровода, для листов стали толщиной 0,2 – 0,4 мм; fс =50 Гц – частота сети.

Для того чтобы обмотки вместились на магнитопроводе, выбираем по справочнику магнитопровод с сечением Sc, у которого произведение  близко к рассчитанному или больше него. Выбираем типоразмер магнитопровода ШЛ 10 16.

Рисунок 11 – магнитопровод ШЛ 1016

Определяем число витков в обмотках:

первичная –        (40)

вторичная –        (41)

и - падение напряжения в обмотках трансформатора, берём из
графика:  и , отсюда:

Находим диаметры проводов обмоток трансформатора по действующему значению тока In в обмотке n и заданной плотности тока J=3 А/мм2:

           (42)

Полученные значения диаметров округляем до ближайших стандартных:

ПЭВ 1 диаметр с изоляцией D=0,095 мм

ПЭВ 1 диаметр с изоляцией D=0,260 мм


Uвх

R1

R2

Uвых

>

VD2

VD1

Rн

RЭ2

RЭ1

+Uп

R4

R3

R1

R2

>

C1

R3

R4

C2

>

R1

R3

R2

R4

C1

R1

R2

Uвх

Uвых

>

Rн

ВК

Ф1

Ф2

УМ

Rг

Uвх

-Uп

VT2

VT1

C0

Uвых

U2

U1

VD1-VD4

C0

C0

Ст

Ст

10 к

-Uп

3

7

5

4

1

6

NC

NC NCNC

-U

+U

+Uп

2

C2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18341. Проблемы безопасности протоколов TCP/IP 153 KB
  Проблемы безопасности протоколов TCP/IP Прежде чем перейти к разбору конкретных приемов классифицируем действия злоумышленника атаки направленные против какоголибо узла или возможно целой сети. Злоумышленник ставит перед собой определенную цель: перехват
18342. Выявление уязвимостей компьютерных сетей 140 KB
  Выявление уязвимостей компьютерных сетей Системы обнаружения атак Существует три этапа осуществления атаки. Первый подготовительный этап заключается в поиске предпосылок для осуществления той или иной атаки. На этом этапе ищутся уязвимости использование которых
18343. Экранирование и межсетевые экраны 141.5 KB
  Экранирование и межсетевые экраны Основные понятия По материалам руководящего документа Государственной технической комиссии России межсетевой экран МЭ представляет собой локальное однокомпонентное или функциональнораспределенное средство комплекс реализу
18344. Протоколы безопасности 1.86 MB
  Протоколы безопасности Протоколами безопасности на транспортном уровне являются Secure Socket Layer SSL и Secure Shell Protocol SSH которые обеспечивают безопасную передачу данных между клиентом и сервером. Оба протокола разработаны рабочей группой IETF по безопасности транспортног
18345. Сутність, призначення і роль бюджету держави 18.48 KB
  Тема 1. Сутність призначення і роль бюджету держави Хронологічна таблиця історії виникнення та розвитку бюджету Дата Подія 1215 р. Прийнято Велику хартію вольностей[3 C.33] 1302 p. ...
18346. Бюджет як основний фінансовий план держави 68.14 KB
  Тема 2. Бюджет як основний фінансовий план держави Таблиця2.1. Трактування сутності понять Джерело Визначення Казначейська система: Підручник / Юрій С.І. Стоян В.І. Мац М.Й. Тернопіль 2002. БЮДЖЕТНЕ ПЛАНУВАНН
18347. Бюджетний дефіцит і джерела його фінансування 90 KB
  Тема 4. Бюджетний устрій та побудова бюджетної системи Порівняльна характеристика складу структури бюджетної системи України та Чехії. 1. Бюджетна система Існує три варіанти виокремлення видів бюджетів: створення єдиного для всієї країни бюджету на загальноде
18348. Бюджетний процес 30.32 KB
  Тема 5. Бюджетний процес Таблиця 5.1. Аналіз бюджетного процесу на державному та місцевому рівнях Стадії бюджетного процесу Учасники бюджетного процесу Функції учасників бюджетного процесу Тер...
18349. Міжбюджетнівідносини і система бюджетноговирівнювання 26.3 KB
  Тема 6. Міжбюджетнівідносини і система бюджетноговирівнювання Частина 1 Таблиця 6.1. Трактування вітчизняними та зарубіжними науковцями сутності поняття бюджетне регулювання Джерело Визначення Бюджетна си...