18.1.1. Приклад розрахунку стабілізованого джерела постійної напруги

Розрахувати стабілізоване джерело постійної напруги для живлен­ня навантаження потужністю Р_н =0,2 Вт; U_H =10 В з використанням двопівперіодної з нульовим виводом схеми випростувача, парамет­ричного стабілізатора від мережі змінної напруги є/, =220 В, якщо середнє значення випростаної напруги U_d =13 В. Коефіцієнт пульса­цій на виході згаджувального LC-фільтра К_{п вих} = 0,01 . Напруга ме­режі змінюється в межах від 0,9U до 1,1U1.

Розв'язок: Визначаємо параметри навантаження (струм, опір)

Розрахуємо параметричний стабілізатор напруги (рис. ПЗ).

Оскільки напруга навантаження Uн =10 В, то для її стабілізації но­мінальна напруга стабілітрона повинна дорівнювати U_cxn =Uн =10В. З табл. 3 (див. Додатки) вибираємо стабілітрон, що задовольняє цій умові, а саме, Д814В, паспортні дані якого: U_стм=10В; І ст..мін = 3 мА; Іст.макс = 32 мА; R_д = 12 Ом.

Визначаємо номінальне значення струму стабілізації стабілітрона

І ст.мін = ( І ст.мін + І ст.макс)/ 2 = 17,5 мА

Обчислюємо опір баластного резистора

де U = U_d =13 В — напруга на виході фільтра, яку приймаємо рів­ною середньому значенню випростаної напруги, нехтуючи незначним спадом напруги в LC-фільтрі.

За шкалою номінальних величин вибираємо опір баластного резис­тора R_Б = 82 0м.

Перевіряємо забезпечення умов стабілізації джерела постійної напруги. Для цього побудуємо робочу ділянку В АХ стабілітрона та навантажувальні прямі з врахуванням зміни напруги мережі.

Робочу ділянку ВАХ стабілітрона будуємо за значеннями динаміч­ного опору стабілітрона R_д, напруги U_CTH та струму І_сгм (рис. П2). Кут між робочою ділянкою ВАХ стабілітрона та віссю ординат з враху­ванням масштабів струму та напруги дорівнює

де т_и = 1В/см; т_х =0,01 А/см — масштаби по осі напруги та стру­му відповідно, які вибираються за значеннями струму та напруги ста­білітрона.

Рис. П1. До пояснення побудови навантажувальної прямої

Для побудови навантажувальної прямої при номінальній напрузі джерела необхідно зробити деякі перетворення. Оскільки вітка з дже­релом напруги U (внутрішнім опором джерела нехтуємо) й резисто­ром R_Б та вітка з навантаженням R_H з'єднані паралельно й містять тільки лінійні елементи (рис. П1), то замінимо їх еквівалентною віткою, параметри якої визначаємо за виразами:

Рівняння електричної рівноваги з врахуванням цього перетворен­ня матиме вигляд U' = R'I_CТ +U_СТ. Побудуємо за цим рівнянням на­вантажувальну пряму. Для цього визначаємо координати двох точок навантажувальної прямої, а саме на осі абсцис при I_ст = 0 напруга

U_cт = U’= 11,17 В, і на осі ординат при U_ст = 0 струм визначається за виразом I_CT =U'/R' = U I R_Б =0,158 А. Через ці точки проводимо на­вантажувальну пряму (рис.П2).

Для перевірки забезпечення умови стабілізації джерела необхідно побудувати дві навантажувальні прямі, що відповідають зміні напруги мережі в межах від 0,9U₁, до 1,1U₁. Коливання напруги мережі в цих межах зумовить зміну напруги на вході параметричного стабілізатора на величину. Побудова цих навантажувальних прямих здійснюється шляхом проведення двох прямих, паралельних до навантажувальної прямої при номінальній напрузі джерела, через точки, що зсунені вліво та вправо на 0,1U' від напруги U' = 11,17 В. З рис. П2 видно, що побудовані паралельні прямі перетинають робочу ділянку ВАХ стабілітрона в точках, які розташовані в межах від I_CT.мін до I_стмакс. Отже, умови стабілізації забезпечуються.

Рис. П2. Графічна інтерпретація роботи параметричного стабілізатора

За умовою до прикладу в стабілізованому джерелі застосовується двопівперіодний випростувач з нульовим виводом (рис.ПЗ). Проведемо його розрахунок.

За виразами, поданими в табл.4Д, визначаємо струм через вентиль ТВ максимальну зворотну напругу на вентилі

I v = 0,5 Id = 0,0187 A; Uзв.макс = 3,14 Ud = 40,84 B, де I d = Iн + Iст.н = 0,02+0,0375 A – середнє значення випростаного стуму.

Вибір вентилів здійснюється за умовами I_{пр доп} ≥ I_v та U_{зв доп} ≥ U,_B-MaKC 3 табл. 2Д (див. Додатки) вибираємо діод типу Д105, який задо­вольняє цим умовам. Його паспортні дані: І_{пр доп} = 0,03 A; Uзв.доп = 75 В.

Визначимо параметри анодного трансформатора. За виразами з табл.4 обчислюємо:

діюче значення напруги вторинної обвитки трансформатора U₂=1,11 U_d = 14,43 В;

коефіцієнт трансформації к = U₁ /U₂ = 220/14,43 = 15,25 ;

діюче значення струму вторинної обвитки I₂ = 0,785I_d = 0,785 * 0,0375 = 0,029A;

діюче значення струму первинної обвитки I, = І₂ / Iк = 0,0019A;

типову потужність трансформатора S_T = 1,48Pd = 0,72 В А, де Pd = UdId = 0,487 Bm.

Розрахуємо параметри згладжувального LC-фільтра (рис. ПЗ). Коефіцієнт згладжування фільтра визначаємо за виразом

де К_{п вх} = 0,667 — коефіцієнт пульсацій на виході двопівперіодного випростувача з нульовим виводом.

За рекомендаціями щодо розрахунку LC-фільтра визначаємо ін­дуктивність фільтра

Де . За шкалою номінальних величин уточнюємо значення індуктивності L _ф = 1,5 Гн.

Визначаємо ємність фільтра

Вибираємо ємність С_ф = 120 мкФ

На. Рис. П3 до прикладу зображено схему стабілізованого джерела постійної напруги.

Рис. П3. Схема стабілізованого джерела постійної напруги