4.2.4. Определим максимальный и минимальный токи базы VT4 Iб4мин,
Iб4макс, мА
Iб4мин=Iнмин/h21э4макс, (11)
где h21э4макс, h21э4мин- справочные данные транзистора
Iб4мин=0,95/50=19 мА
Iб4макс=Iнмакс/h21э4мин (12)
Iб4макс=1,05/13=80 мА
4.2.5. Найдем величину максимального тока эмиттера транзистора VT3
Iэ3макс, мА:
Iэ3макс=Iб4макс (13)
Iэ3макс=80 мА
Iэ3макс=Iк3макс
Uкэ3макс=Uкэ4макс (14)
Uкэ3макс=3,81 В
4.2.6. Найдем величину максимальной мощности, рассеиваемой на транзисторе
VT3, Рк3,Вт:
Рк3=Iк3макс*Uкэ3макс (15)
Рк3=0,08*3,81= 0,305 Вт
4.2.7. По величинам Uкэ3макс=3,81 В, Iк3макс=0,08 А и Рк3=0,305 Вт
выбираем тип транзистора VT3:
Выбираем транзистор КТ-603Е
Справочные данные транзистора КТ-603Е.
Таблица 2
Uкэ3макс, ВIк3max, АРк3, ВтQпер.макс,0СRт,0С/Вт
100,30,5120200
4.2.8. Определим величину предельной мощности, которую может рассеять
выбранный транзистор без радиатора Рк3макс, Вт:
Рк3макс=(Qпер.макс-Qокр.макс)/Rт, (16)
Рк3макс=(120-40)/200=0,4 Вт
Поскольку Рк3 < Рк3макс (0,305<0,4- верно), то радиатор не нужен.
4.2.9. Определим максимальный и минимальный токи базы транзистора VT3
Iб3мин, Iб3макс, мА
Iб3мин=Iнмин/h21э4макс*h21э3макс (17)
где h21э4макс, h21э3макс- справочные данные транзистора
Iб3мин=0,95/50*200=0,095 мА
Iб3макс=Iк3макс/h21э3мин (18)
Iб3макс=0,08/60=1,3мА
Так как ток базы транзистора VT3 меньше выходного тока операционного усилителя,
то число транзисторов входящих в состав составного транзистора равно 2.
4.2.10. Рассчитаем резистор R7, Ом
R7=(U01мин-Uвых)*h21э3мин/Iн (19)
R7=(15,46-12)*100/1=1500 Ом
4.2.11. Найдем мощность, рассеиваемую на резисторе РR7, мВт:
РR7= U201макс/4*R7 (20)
РR7=15,542/4*1500=40 мВт
В качестве R7 выбираем ОМЛТ-0,125-1,5 кОм.
4.2.12. Рассчитаем антипаразитный конденсатор С5, мкФ:
С5>=3Tср/R7 (21)
где Tср- постоянная времени С5R7, мкC
Tср=1/2*П*2*fc (22)
Tср=1/2*3,14*100=1,6 мкС
С5>=4,8*10-3/1500=3,2 мкФ
В качестве С5 выбираем конденсатор К50-6 3,3 мкФ.
4.2.13. Расчет схемы сравнения и усилителя постоянного тока. Определим
величину опорного напряжения Uоп, В:
Uоп<=Uвых.мин – (2-3)В (23)
Uоп<=11,94-3=8,94 В
Выбираем Uоп=8,9 В, в качестве источника опорного напряжения выбираем
стабилитрон Д818Б:
Справочные данные стабилитрона Д818Б
Таблица 3
UСТ.макс, ВUСТ.мин, ВIст.мин, мАIст.макс, мАrст, Омаст,%/0С
96,7533325-0,02
4.2.14. Рассчитаем напряжение на выходе операционного усилителя Uвых.оу,
В
Uвых.оу=Uвых. – Uоп (24)
Uвых.оу =12-8,9=3,1 В
4.2.15. Зная ток базы составного транзистора Iб3=1мА определим ток на
выходе ОУ I оу, он должен быть в (2,5-4) раза больше Iб3:
I оу=3 мА
4.2.16. Рассчитаем величину защитного резистора R8, Ом:
R8=Uвых.оу/I оу (25)
R8=3,1/3*10-3=1033 Ом
Принимаем R8=1кОм
4.2.17. Найдем мощность рассеиваемую на резисторе РR8, мВт:
РR8=Uвых.оу*I оу (26)
РR8=3,1*3*10-3=9,3 мВт
В качестве R8 выбираем ОМЛТ-0,125-1кОм.
4.2.18. Рассчитаем величину резистора R9 ,Ом:
R9=(Uвых. мин.-Uст.макс)/Iст.мин, (27)
где Uст.макс ,Iст.мин- справочные данные стабилитрона см. таблицу 3
R9=(11,94-9)**/3*10-3=980 Ом
Принимаем R9=1кОМ
4.2.19. Найдем мощность рассеиваемую на резисторе РR9, мВт:
РR9=(Uвых. макс.-Uст.мин)2/R9 (28)
РR9=(12,06-6,75)2/1000=28 мВт
В качестве R9 выбираем ОМЛТ-0,125-1кОм.
4.2.20. Определим максимальный ток через стабилитрон и убедимся, что его
величина не превышает предельно допустимого значения Iст10.макс, мА:
Iст10.макс=(Uвых. макс.-Uст.мин)/R9 (29)
Iст10.макс=(12,06-6,75)/1000=5,3 мА
Iст210макс=5,3 мА < Iст.макс=33 мА –верно
4.2.21. Зададимся током делителя Iдел=0,5 мА
4.2.22. Определим минимальный и максимальный коэффициент передачи
делителя ?мин и ?макс:
бмин =Uст.мин/Uвых. макс (30)
бмин =6,75/12,06=0,56
бмакс = Uст.макс/Uвых. мин (31)
бмакс =9/11,94=0,75
4.2.23. Определим суммарное сопротивление делителя Rдел, Ом:
Rдел=Uвых. мин/Iдел (32)
Rдел=11,94/0,5*10-3=23880 Ом
4.2.24. Рассчитаем величину резистора R12 ,Ом:
R12<= бмин *Rдел (33)
R12<=0,56*23880=13370 Ом
Принимаем R12=13кОМ
4.2.25. Найдем мощность рассеиваемую на резисторе РR12, мВт:
РR12= R12*I дел2 (34)
РR12=13000*(0,5*10-3)2=32 мВт
В качестве R12 выбираем ОМЛТ-0,125-13кОм.
4.2.26. Рассчитаем величину резистора R10 ,Ом:
R10<=(1- бмакс)*Rдел (35)
R10<=(1-0,75)*23380=5840 Ом
Принимаем R10=5600 Ом
4.2.27. Найдем мощность рассеиваемую на резисторе РR10, мВт:
РR10=R10*I дел2 (36)
РR10=5600*(0,5*10-3)2=14,2 мВт
В качестве R10 выбираем ОМЛТ-0,125-5,6 кОм.
4.2.28. Рассчитаем величину переменного резистора R11, Ом:
R11=Rдел-R10-R12 (37)
R11=23880-5600-13000=5280 Ом
4.2.29. Найдем мощность, рассеиваемую на переменном резисторе РR11, мВт:
РR11=R11*I дел2 (38)
РR11=5180*(0,5*10-3)2=2,6 мВт
В качестве R11 выбираем СП5-15-6,8 кОм
4.2.30. Расчет термокомпенсации. Определим номинальное значение
температурного коэффициента стабилитрона ?ст2, мВ/0С:
Хст2=10* аст2* Uст2, (39)
где аст2-справочный параметр стабилитрона;
Uст2=(Uст.макс+ Uст.мин)/2; (40)
Uст2=(9+6,75)/2=7,87 В;
Хст2=10*(-0,02)*7,87=-1,57 мВ/0С
4.2.31. Найдем максимальный температурный коэффициент стабилизатора при
отсутствии термокомпенсирующих диодов ?макс:
Хмакс=(Uвых*(Хст2+Хо.у..макс))/ Uст2, (41)
где- ?о.у..макс- максимальный температурный коэффициент операционного усилителя
мкВ/0С (справочные данные);
Хмакс=(12*(-1,57+50*10-3))/7,87=2,39 мВ/0С
Полученное значение температурного коэффициента меньше заданного, поэтому нет
необходимости осуществлять термокомпенсацию.
4.2.32. Рассчитаем основные параметры стабилизатора. Определим
коэффициент стабилизации Кст:
, (42)
где Кр- коэффициент усиления составного регулирующего транзистора по напряжению:
(43)
где К4, К3-коэффициенты усиления по напряжению транзисторов VT3, VT4, определяем
из таблицы 4.5 (2.с.135). К4=500, К3=800
Коу- коэффициент усиления операционного усилителя по постоянному току Коу=15;
б- ?оэффициент передачи делителя
б=(бмин+бмакс)/2 (44)
б=(0,56+0,57)/2=0,56
Ь- ?оэффициент, учитывающий влияние входного сопротивление усилителя на
коэффициент передачи делителя ?=0,005;
nпосл- число регулирующих транзисторов включенных последовательно nпосл=2;
rоу- выходное сопротивление операционного усилителя (справочный параметр)
rоу=150 Ом;
Rоу- входное сопротивление операционного усилителя, Ом
4.2.33. Определим амплитуду пульсации выходного напряжения стабилизатора
Uвыхm ,мВ:
Uвыхm=U01m1* Uвых/Кст*U01, (45)
Uвыхm=1,4*12/711*15,54=1,5 мВ
4.2.34. Определим внутренне сопротивление стабилизатора ri, Ом:
ri=-1/S4*Коу*Ь*б*nпар, (46)
где S4 крутизна регулирующего транзистора VT4 см. таблица 4.2 (2.с.130)
ri=-1/0,7*307*0,56*0,05*1=0,166 Ом
4.2.35. Определим номинальное и минимальное значение кпд стабилизатора
ђмин, ђмакс:
ђмин=Uвых.мин/U01макс (47)
ђмин=11,94/15,61=0,76
ђмакс=Uвых/U01 (48)
ђмакс=12/15,45=0,77
4.2.36. Определим величину емкости С6,мкФ:
С6=0,23*h21э4/ri*2*П*f21б (49)
С6=0,23*50/0,166*6,28*10000=1100 мкФ
Выбираем конденсатор К50-6 2000 мкФ.
4.3. Расчет выпрямителя и трансформатора.
4.3.1. Зная входные напряжения стабилизатора, максимальный и минимальные
токи, потребляемые, стабилизатором и пульсации на входе стабилизатора производим
расчет выпрямителя:
4.3.2. Выбираем однофазную мостовую схему выпрямления, в ней число фаз
вторичных обмоток 2, m=2
4.3.3. Из таблицы 4 выбираем ориентировочные значения коэффициентов BL и
DL-функции углов отсечки Q и ?:
Ориентировочные значения коэффициентов BL и DL
Таблица 4
mBLDL
m=10,95-1,12,05-2,1
m=20,95-1,12,1-2,2
m=30,81-0,852,2-2,36
m=60,78-,0,812,36-2,7
Выбираем: BL=1, DL= 2,1
Определим максимальное выпрямленное напряжение U0макс,В:
U0макс=U01*(1+амакс), (50)
где U0- номинальное выпрямленное напряжение, В
U0макс=15,45*(1+0,005)=15,52 В
Ориентировочно определяем параметры вентилей, см. (2.с.61)
Обратное напряжение, В
Uобр=1,41*BL*U0макс (51)
Uобр=1,41*1*15,52=21,88 В
Средний выпрямленный ток Iпр. ср, А
Iпр. ср =0,5* I0 (52)
Iпр. ср =0,5*1,05=0,525 А
Выпрямленный ток Iпр, А
Iпр.=0,5* DL*I0 (53)
Iпр.=0,5*2,1*1,05=1,1 А
Габаритную мощность трансформатора Sтр, В*А
Sтр=0,707* DL* BL*Р0, (54)
где Р0=I0*U01=1,05*15,45=16,22 Вт
Sтр=0,707*2,1*1*16,22=24 В*А
По вычисленным значениям Uобр , Iпр.ср выбираем диоды Д229Л
Справочные данные диодов Д229Л
Таблица 5
Iпр. ср макс , АUобр макс, ВUпр. ср , ВIобр , мА
0,740010,2
Определим сопротивления вентиля в прямом направлении rпр , Ом:
rпр=Uпр. ср/Iпр.ср (55)
rпр=1/0,525=1,9 Ом
Определяем активное сопротивление трансформатора rтр, Ом:
(56)
где J- плотность тока в обмотках трансформатора, А/мм2 ;
B- амплитуда магнитной индукции ,Т –определяются по величине габаритной мощности
из графиков (см. 2.с.15)
B=1,15 Т; j=3,8, А/мм2
Определим индуктивность рассеяния обмоток трансформатора Ls,Г:
(57)
Определим индуктивное сопротивление фазы Хтр , Ом:
Хтр=2*П*fc*Ls (58)
Хтр=2*3,14*50*0,47*10-3=0,15 Ом
Определяем сопротивление фазы r, Ом:
r=rтр+2*rпр (59)
r=1,9+2*3,3= 10,4 Ом
Определяем AL и ?, где AL-расчетный параметр, зависящий от угла отсечки и угла
?- запаздывание фазы напряжения во вторичной обмотке относительно первичной:
Из рисунков 2.18-2.20 (см. 2 с.60) определим BL, DL, FL:
BL=1,33, DL=1,9, FL=4,6.
Определяем параметры трансформатора и вентилей, согласно данных таблицы 2.3 (см.
2.с.61)
Напряжение вторичной обмотки трансформатора, В
Е2=U2=BL*U0 (62)
Е2=U2=1,33*15,45=20,54 В
Ток во вторичной обмотке трансформатора, А
I2=0,707*DL*I0 (63)
I2=0,707*1,9*1,05=1,41 А
Ток в первичной обмотке трансформатора ,А
I1=0,707*DL*I0*U2/U1 (64)
I1=0,707*1,9*1,05*20,54/220=0,13 А
S2=0,707*DL* BL*P0 (65)
S2=0,707*1,33*1,9*16,22=29 В*А
S1= S2=29 В*А
Габаритную мощность трансформатора, В*А
Sтр =29 В*А
Выпрямленный ток через диоды Iпр., А
Iпр.=0,5*I0*DL (66)
Iпр.=0,5*1,05*1,9=1 А
1 А< 1,57* Iпр. ср макс =1,1 А
Обратное напряжение на диодах Uобр, В
Uобр=1,41*BL*U0 макс (67)
Uобр=1,41*1,33*15,52=29 В< Uобр. макс.=400 В
Выбранные предварительно диоды пригодны для работы в схеме.
Посчитаем величины U2m и I0к.з. напряжение холостого хода и ток короткого
замыкания:
U2m=U2/ (68)
U2m=20,54/ =14,67 В
I0к.з.=m*U2* /r (69)
I0к.з.=2*20,54*1,4/10,4=5,53 А
Строим внешнюю характеристику выпрямителя, умножая ординаты кривой рис.2.25 (см.
2.с.63) на U2m, абсциссы на I0к.з :
Внешняя характеристика выпрямителя
4.3.4. Определяем максимальное выпрямленное напряжение при максимальном
напряжении сети U0x.x.макс, В: