Материал: Источники питания для электронных устройств

Сеть 220В, 50 Гц                                                                           Нагрузка

Электрическая принципиальная схема выпрямителя

Рис. 4. Электрическая принципиальная схема выпрямителя

На рисунке представлена электрическая принципиальная схема источника питания, содержащий последовательный стабилизатор. Питание схемы осуществляется от понижающего трансформатора TV. Схема содержит следующие элементы: конденсаторы С1 и С2, диоды VD1 - VD4, стабилитрон VD5, транзистор VT, резистор R1, плавкий предохранитель F1.

Регулирующий транзистор VT включен последовательно между выходом выпрямителя и положительным полюсом источника напряжения. Стабилитрон VD5 определяет потенциал базы транзистора VT относительно отрицательного полюса источника питания, а тем самым и значение выходного напряжения, так как положительное смещение между базой и эмиттером транзистора VT относительно мало.

Нестабилизированная часть источника питания выполнена на основе двухполупериодного мостового выпрямителя, имеющего конденсатор фильтра С1. Резистор R1 обеспечивает необходимый режим работы стабилитрона VD5 и транзистора VT, а конденсатор С2 совместно с резистором R1 образует дополнительный фильтр.

Пониженное напряжение поступает на выпрямительное устройство VD1 - VD4 . Переменная составляющая выпрямленного тока шунтируется конденсатором С1, затем отфильтрованный постоянный ток проходит через стабилизатор, после чего на выходе имеем постоянное напряжение, необходимое для питения нагрузки.

Расчет трансформатора

Исходные данные для расчета:

Напряжение сети U1= 220В

Ток потребителя I0 = 400 мА

Выходное стабильное напряжение U0= 9В

.Определяем действующее значение тока, протекающего через вторичную обмотку трансформатора

I2= 1,5*I0= 1,5* 400* 10 = 0,6 А

.Определяем мощность, потребляемую от вторичной обмотки трансформатора

Р2=U2* I2

где U2 - напряжение на вторичной обмотке трансформатора, В

U2= U0/ 0,9 =9/0,9 = 10В

Р2=10* 0,6 = 6Вт

.Определяем мощность трансформатора (Р1)

Р1= Р2/ 0,9 =6/ 0,9 = 6,7 Вт,

где 0,9- кпд трансформатора

.Определяем значение тока, протекающего в первичной обмотке трансформатора

I1= Р1/ U1 =6,7/220 =0,030 А =30 мА

.Рассчитываем необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода трансформатора

Sмп =1,3√ Р1 = 1,3√6,7 =3,36 см 2

.Определяем число витков первичной обмотки трансформатора

W1= (50* U1)/ Sмп = (50*220)/3,36 =3274

.Определяем число витков вторичной обмотки

W2= (55* U2)/ Sмп = (50*10)/3,36 =149

.Определяем диаметр проводов

Таблица 1.

Из таблицы 1 выбираем диаметр обмоточных проводов марки ПЭЛ , в соответствии с протекающими по ним токам , при условии ,что Iдоп. больше тока в обмотке.

Для первичной обмотки I1=30 мА, d1=0,15мм

Для вторичной обмотки I2=400 мА, d2=0,5мм

Выбор полупроводниковых диодов

Исходные данные:

Действующее значение тока, протекающего через вторичную обмотку трансформатора

I2 = 0,6 А

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

U2= 10В

.Определяем среднее значение тока, протекающее через диод, в проводящий период

Iпрям .деств.=I2/2 = 0,6/2=0,3А

.Определяем обратное напряжение, действующее на диод, в непроводящий период

. По справочнику подбираем диоды.

Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям

Iпр.доп. ≥ Iпрям .дествобр. доп. ≥ Uобр. действ.

А ≥ 0,3А

В ≥ 15,7В

По этим параметрам для мостовой схемы выбираем 4 диода Д302

Iпр.доп.= 1А, Uобр. доп. = 200В

.Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения для данной схемы

Кп = 0,67

.Коэффициент использования схемы по напряжению

КU= 0,9

. Частота пульсаций выпрямленного напряжения

fп =2fс =100Гц

выпрямитель электропитание диод

7.Определяем коэффициент сглаживания пульсаций = Кп / Кп,

где Кп - коэффициент пульсаций на выходе сглаживающего фильтра

Кп =10%= 0,67/ 0,1= 6,7

Рекомендации по выбору оставшихся элементов схемы

В современных источниках питания используются преимущественно электролитические конденсаторы

Действие конденсатора как элемента фильтра сводится к тому, что шунтируя сопротивление нагрузки, он пропускает через себя наибольшую долю переменной составляющей выпрямленного тока, так как сопротивление

Хсф =1/ωСф стремятся выбрать значительно меньше нагрузочного сопротивления Rн. Для данной схемы подойдут следующие конденсаторы С1=1000 мкФ,U раб. =25 В. С2=100 мкФ,U раб. =25 В.

Резистор R1=620 Ом, Рн = 0,5Вт.

Транзистор VT- П214Г

Стабилитрон VD5 - 9,1 В, 0,5Вт.

Предохранитель F1- 0,5А

Рекомендации по монтажу и модернизации схемы

Сетевой трансформатор и компоненты, включенные в первичную цепь, монтируются в специальном кожухе. Выпрямитель, фильтр и стабилизатор целесообразно собрать на небольшой унифицированной монтажной плате с металлизированными отверстиями. Размеры конденсатора С1, наиболее крупного элемента схемы, определяют размер платы. Транзистор целесообразно установить на специальном радиаторе, а электроды транзистора соединяют короткими проводниками с платой. Клеммы стабилизированного выхода рекомендуется выполнять изолированными.

Возможны некоторые модернизации рассмотренного источника питания. Использовав стабилитроны с более низким напряжением пробоя, можно получить и более низкое значение выходного напряжения, например 5,6 или 7,5 В. Не исключено и получение напряжения 12 В при одновременном уменьшении потребляемого тока. Для получения более высокого выходного напряжения следует использовать трансформатор с большим напряжением вторичной обмотки. Если в схему добавочно подключить резистор, стабилитрон и переключатель, тогда можно получить блок питания на два стабилизированных напряжения.

Заключение

В процессе работы над рефератом, на основании анализа научно-технической литературы, был выбран источник вторичного питания с последовательным стабилизатором. В ходе работы был произведен расчет и выбор основных элементов схемы - трансформатора, диодов и др., разработаны рекомендации по монтажу и модернизации источника питания. Спроектированный источник питания обеспечивает стабильное входное напряжение 9 В при номинальном токе 400 мА и может использоваться для питания различных электронных и многих любительских радиотехнических устройств.

Библиографический список

1.Гершунсский Б.С. Основы электроники и микроэлектроники: Учебник.- 4-е изд., перераб. и доп. - К.: Выща шк.,1989.

.Титце У. Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. М.: Мир, 1982.

.Трейстер Р. Мейо Дж. 44 источника электропитания для любительских электронных устройств. - М.:Энергоатомиздат,1990.

.Диоды выпрямительные. Стабилитроны. Транзисторы. Справочник под редакцией Д.В. Голомедова. - М.: Радио и связь, 1989.