курсовик по электронике-Драгунов (Методические указания Драгунова С.С. по цифровой электронике), страница 7
Описание файла
Документ из архива "Методические указания Драгунова С.С. по цифровой электронике", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "электротехника (элтех)" из 6 семестр, которые можно найти в файловом архиве МПУ. Не смотря на прямую связь этого архива с МПУ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "электротехника и электроника" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "курсовик по электронике-Драгунов"
Текст 7 страницы из документа "курсовик по электронике-Драгунов"
C7
C8
C9
C10
C11
II
III
C2
C3
C4
C5
C1
SA1
L1
L2
T1
I
FU4
VD1-VD4
VD5-
VD8
C6
FU3
FU1
220В
FU2
220В
+24В
Заземление блока
FU5
II
T2
I
4
3
7
2
6
R3
5
8
R1
R2
C15
VT1
VT2
C14
C16
VD9
C20
C19
C18
C21
U стаб
+12в
C121
DA1
III
C17
VD10
U стаб
-!2В
VD11
VD12
R4
R5
R6
R7
R8
R9
C136
КТ3
L3
U стаб +5В
Рис. 15 Принципиальная схема блока питания.
Блок питания вырабатывает три уровня стабилизированного постоянного напряжения: +5 В, +12 В и –12 В. Наибольшая мощность у секции с напряжением +5 В, поэтому именно в этой секции осуществляется стабилизация напряжения. Напряжение в двух других секциях зависит от напряжения в первой, и поэтому тоже является стабилизированным, но в меньшей степени.
Основным элементом ИСН является операционный усилитель DA1, выполняющий функции компаратора, который сравнивает напряжение в секции +5 В с опорным напряжением на стабилитроне VD9 и делителе напряжения R1, R2. R4. Сигнал с выхода компаратора поступает на составной транзистор VT1 - VT2. Компаратор работает в ключевом режиме, поэтому усиленный сигнал в цепи коллектор – эмиттер транзистора VT2 также может иметь два уровня высокий и низкий. Схема работает как релаксационный генератор с частотой около 20 кГц.
При включении тумблера SA1, во вторичной обмотке трансформатора Т1 появится переменное напряжение с частотой 50 Гц, которое будет выпрямлено двухполупериодным выпрямителем VD1 – VD4 и сглажено от пульсаций фильтром C7, C8, C9, C12. Стабилитрон VD9 и резисторы R1, R2, R4 образуют обычный параметрический стабилизатор напряжения, поэтому на инверсном входе DA1 (ножка 3) всегда поддерживается напряжение +5 вольт. Напряжение в точке КТ3 не может сразу достичь необходимого уровня, т.к. первичная обмотка трансформатора Т2 обладает реактивным сопротивлением, и ток в ней может нарастать только постепенно. Поэтому напряжение в КТ3 и на прямом входе компаратора (ножка 4) в первый момент будет менее +5 вольт. Из этого следует, что на выходе компаратора (ножка 7), который сравнивает напряжение на прямом и инверсном входах, будет низкий уровень. Низкий уровень напряжения передается на базу транзистора VT1 p-n-p типа. Более высокий уровень напряжения на эмиттере этого транзистора, чем на базе, сместят его эмиттерный переход в прямом направлении, и транзистор будет открыт. Потенциал на базе транзистора VT2 n-p-n типа окажется выше, чем на эмиттере и он также откроется, что и обеспечит протекание тока в первичной обмотке трансформатора Т2.
Как только напряжение в точке КТ3 и на прямом входе DA1 превысит +5 вольт, на выходе компаратора установится высокий уровень напряжения и поэтому закроется транзистор VT1, а следом за ним транзистор VT2, что приведет к появлению ЭДС самоиндукции в первичной обмотке трансформатора Т2. Ток, образованный ЭДС самоиндукции, будет протекать через диод VD10. Во вторичных обмотках трансформатора Т2 при этом также возникает электрический ток, который зарядит конденсаторы C16, C17, до нужной величины. Величина напряжения на конденсаторах C16, C17 определяется подбором количества витков вторичной обмотки трансформатора Т2.
Количество витков в обмотке II меньше, чем в обмотке III, т.к. она включается последовательно с главной секцией +5В и добавляет недостающее напряжение +7В. Направление навивки этих обмоток противоположное, т.к. секция II обеспечивает получение напряжения +7В, а обмотка III - 12В.
Таким образом, индуктивность первичной обмотки трансформатора определяет колебательный режим работы генератора на заданной частоте, а вторичные обеспечивают напряжением слаботочные секции.
Конденсатор C12 устраняет паразитную генерацию колебаний в цепи управления составным транзистором. Конденсатор C15 служит для ослабления импульсных помех.
ИСН реагирует как на изменение величины напряжения в электросети, так и на величину тока потребления в главной секции +5В, путем изменения скважности сигнала в его первичной обмотке I. При уменьшении сетевого напряжения скважность сигнала в первичной обмотке уменьшится. При увеличении тока нагрузки в секции +5В скважность сигнала в первичной обмотке также уменьшится. Благодаря этому напряжение в секции +5В будет поддерживаться на постоянном уровне.
Расчет элементов блока питания
Расчет низкочастотного трансформатора
При выполнении блока питания по схеме на рис. 15 суммарная мощность потребляемая всеми секциями определяется формулой:
Pпот = Ui Ii
При выполнении курсового проекта студенты принимают напряжение в нестабилизируемой секции в зависимости от номера по списку. С 1-го номера по 12-ый Uнестаб =12В, С 13-го номера по 24-ый Uне стаб =24В, С 25-го номера и более Uне стаб =36В. Величина тока в амперах в нестабилизируемой секции принимается по формуле:
Iне стаб = 0,5 + 0,05 Nсп ,
где Nсп – номер студента по списку.
Далее необходимо выяснить, какова мощность секций со стабилизированным напряжением, сколько их и каковы величины напряжений в каждой секции. Для питания операционных усилителей необходимы две секции стабилизированного напряжения +15В и – 15В. Для питания цифровых микросхем и аналого-цифрового преобразователя наверняка потребуется стабилизированное напряжение +5В.
Для определения величины тока, потребляемой секциями со стабилизированным напряжением необходимо просуммировать ток, потребляемый всеми микросхемами и другими элементами. Для операционных усилителей ток питания можно определить по справочнику[..]. Так по данным справочника для одной микросхемы К140УД23 ток потребления Iпот = 10мА при напряжении питания Uп = 15В.
Помимо этого может потребоваться еще одна вторичная обмотка трансформатора для питания индуктивного датчика с несущей частотой 50 Гц.
Габаритная мощность трансформатора Pтр должна учитывать потери мощности во всех элементах блока питания, включая потери в самом трансформаторе. КПД самого трансформатора тр зависит от его мощности. Для трансформаторов с мощностью 50 ВА тр =0,8 , а для трансформаторов с мощностью 150 ВА тр =0,86.
При определении потерь в диодных мостиках VD1 – VD4 и VD5 – VD8 необходимо иметь в виду, что в каждый момент времени работают по два диода. Если диоды кремниевые, то на каждом диоде происходит падение напряжения 0,6 – 1В в зависимости от величины выпрямляемого тока. В расчетах будем брать максимальное падение напряжения на каждом диодном мостике – 2В. Отсюда следует, что КПД выпрямителя в зависит от величины выпрямляемого напряжения. Чем больше величина выпрямляемого напряжения, тем выше КПД. В нашем случае на обмотке II трансформатора Т1 напряжение – 21В, следовательно, в = (21 – 2)/ 21 = 0,86.
КПД импульсного стабилизатора напряжения можно принять исн = 0,8. Можно также ввести коэффициент запаса мощности для возможности модернизации электронных схем без переделок блока питания. Такое решение используют в современных персональных компьютерах для возможности установки дополнительных плат расширения. Введение коэффициента запаса мощности 1,2 – 1,5 позволяет также не рассматривать небольшие потери в фильтрах
При определении габаритной мощности трансформатора потребляемая мощность делится на КПД и умножается на коэффициент запаса мощности.
Габаритная мощность трансформатора по схеме на рис. 15 при введении коэффициента запаса мощности 1,2:
Pтр = 1,2 [(215 I15 + 5 I5 )/ исн в + (Uне стаб Iне стаб ) / в] /тр,
где первое слагаемое определяет мощность обмотки II, поступающую на импульсный стабилизатор напряжения, а второе слагаемое определяет обмотки III, поступающую на нестабилизированный выпрямитель. Здесь I15 – ток в секциях с напряжением 15 В, I5 – ток в секции с напряжением 5 В, в - КПД выпрямителя, а тр - КПД самого трансформатора.
Размеры магнитопровода трансформатора определяются по формуле:
Sм Sок = 45 Pтр/f Bm j kок kм
Где Sм - площадь сечения магнитопровода (см2), Sок - площадь окна магнитопровода, Pтр - габаритная мощность трансформатора (Вт), f - частота напряжения в сети (Гц), Bm - амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе (Т), j - плотность тока в обмотках (А/мм2), kок - коэффициент заполнения окна магнитопровода обмоткой, kм - коэффициент заполнения сечения магнитопровода.
Величина Bm выбирается в зависимости от материала магнитопровода и габаритной мощности по специальным графикам, которые приводятся в справочниках. Для магнитопроводов из электротехнической стали величину Bm выбирают от 1,2 Т до 1,8 Т. Большие значения принимаются для более мощных трансформаторов. Так, например, для трансформатора с габаритной мощностью 50 Вт с магнитопроводом из электротехнической стали марки Э41 Bm =1,25.
Плотность тока в обмотках выбирается от j =2 А/мм2 при Pтр 200 ВА до j = 6 А/мм2 при Pтр 10 ВА. Коэффициент тем меньше, чем тоньше обмоточные провода. При этом чем меньше мощность трансформатора, тем тоньше обмоточные провода. Для маломощных трансформаторов, когда Pтр =15 50 ВА можно принимать kок = 0,22 … 0,28 , для трансформаторов средней мощности, когда Pтр =50 150 ВА можно принимать kок = 0,28 … 0,34, для трансформаторов большой мощности, когда Pтр 150 ВА можно принимать kок = 0,35 … 0,38.
Коэффициент заполнения сечения магнитопровода kм зависит от толщины листов и вида их изоляции. Для магнитопроводов из Ш-образных пластин, изолированных лаком, kм= 0,7 при толщине 0,1 мм, kм= 0,85 при толщине 0,2 мм, kм= 0,91 при толщине 0,35 мм. Если пластины изолированы фосфатной пленкой, kм можно увеличить соответственно до значений 0,75 0,89 и 0,94.
После определения произведения Sм Sок, которое определяет габаритную мощность трансформатора, выбирается стандартный магнитопровод по справочникам [….].Число витков wi для каждой обмотки трансформатора определяется по формуле: