Разработка и расчет электронного устройства (стр. 3 из 4)

Для питания операционных усилителей и входного каскада ±12В, с потребляемым током 30 мА;

2.2. Выбор стабилизаторов

Стабилизаторы будем выбирать для U₁, U₂.

Принимаем относительное отклонение напряжения сети а_мин=0,1.

Выбираем стабилизатор [2, таблица 7, стр. 43], для U₁ и U₂выбираем КР142ЕН2Б (U_{пад.мин}=4В, I_наг=0,15А, I_п=4мА ), для U₃ К142ЕН1Б (U_{пад.мин}=4В, I_наг=0,15А, I_п=4мА )

Определяем минимальное входное напряжение стабилизатора:

U_вх.мин=U_вых+U_{пад.мин}; (36)

где U_{пад.мин}- минимальное допустимое падение напряжения между входом и выходом стабилизатора, В;

U_{вх.мин 1}=12+4=16 В; U_{вх.мин 3}=5+4=9 В;

U_{вх.мин 4}=15+4=19 В;

С учетом возможного уменьшения напряжения в сети:

U_вх=U_вх.мин/(1-а_мин); (37)

U_вх.1=16/(1-0,1)=17,8 В, U_вх.3=9/(1-0,1)=10 В;

U_вх.1=19/(1-0,1)=21,1 В.

2.3. Расчет выпрямителей

Выбираем мостовую схему со средней точкой.

Определяем сопротивления трансформатора:

r_тр=K’·(U₀·J/(I₀·f_с·B))·⁴√((f_с·B·J)/(1,6·U₀·I₀)); (38)

где K’- расчетный коэффициент, принимаем K’=2,3;

J – плотность тока в обмотках трансформатора, принимаем J=3,4А/мм²;

f_с- частота сети, f_с=50 Гц;

В- магнитная индукция в сердечнике, принимаем В=1,1Тл;

I₀- ток нагрузки, А;

U₀- номинальное выпрямленное напряжение, В;

r_тр.1=2,3·(17,8·3,4/(0,034·50·1,1))·⁴√((50·1,1·3,4)/(1,6·17,8·0,034))=277,5;

r_тр.2=2,3·(5·3,4/(0,48·50·1,1))·⁴√((50·1,1·3,4)/(1,6·5·0,48))=3,9 Ом;

r_тр.3=2,3·(10·3,4/(0,034·50·1,1))·⁴√((50·1,1·3,4)/(1,6·10·0,0,34))=180,1Ом;

r_тр.4=2,3·(21,1·3,4/(0,034·50·1,1))·⁴√((50·1,1·3,4)/(1,6·21,1·0,034))=408,5 Ом;

Производим выбор выпрямительных диодов, по [4, стр. 51-76]:

1. Выбираем четыре диода типа Д103 собранные по мостовой схеме (I_вп.мах=30мА, U_{обр.мах}=30 В, U_пр=2 В);

2. Выбираем выпрямительный блок типа КЦ405Е (I_вп.мах=1000мА, U_{обр.мах}=100В, U_пр=1 В);

3. Выбираем четыре диода типа Д103 собранные по мостовой схеме (I_вп.мах=30мА, U_{обр.мах}=30 В, U_пр=2 В);

4. Выбираем четыре диода типа Д103 собранные по мостовой схеме (I_вп.мах=30мА, U_{обр.мах}=30 В, U_пр=2 В);

Определяем сопротивление вентиля, для выбранных схем:

r_I=2·U_пр/3·I_о; (39)

r_в=r_I+r_тр; (40)

r_I₁=2·2/3·0,034=39,2 Ом, r_в1=277,5+39,2=316,5 Ом;

r_I₂=2·1/3·0,48=1,4 Ом, r_в2=3,9+1,4=5,3 Ом;

r_I₃=2·2/3·0,034=39,2 Ом, r_в3=180,1+39,2=219,3 Ом;

r_I₄=2·2/3·0,034=39,2 Ом, r_в4=408,5+39,2=447,7 Ом;

Находим коэффициент А по формуле:

А=(π·I_о·r_в)/(2·м·U₀); (41)

где м- число фаз выпрямления, для выбранных схем м=2;

по [2, рисунок 18, стр. 27] находим вспомогательные коэффициенты в зависимости от А;

А₁=(3,14·0,034·316,5)/(2·2·17,8)=0,47; F₀₁=4,8; D₀₁=1,9; B₀₁=1,25;

А₂=(3,14·0,48·5,3)/(2·2·5)=0,4; F₀₂=5; D₀₂=1,95; B₀₂=1,2;

А₃=(3,14·0,034·219,3)/(2·2·10)=0,59; F₀₃=4,5; D₀₃=1,85; B₀₃=1,34;

А₄=(3,14·0,034·447,7)/(2·2·21,1)=0,57; F₀₄=4,6 D₀₄=1,87; B₀₄=1,3;

Определяем емкость фильтров:

С₀=25·10⁴·А/м·r_в·f_с·К_п; (42)

где К_п- коэффициент пульсации, принимаем К_п=0,1;

С₀₁=25·10⁴·0,47/2·316,5·50·0,1=37,1 мкФ; (С₀₁’=39,0х20В);

С₀₂=25·10⁴·0,4/2·5,3·50·0,1=1886,8 мкФ; (С₀₂’=2000,0х10В);

С₀₃=25·10⁴·0,59/2·219,3·50·0,1=67,3 мкФ; (С₀₃’=68,0х10В);

С₀₄=25·10⁴·0,57/2·447,7·50·0,1=31,8 мкФ; (С₀₄’=33,0х20В);

В скобках указаны стандартные емкости конденсаторов.

2.4. Расчет силового трансформатора

Для расчета силового трансформатора составим таблицу с расчетными величинами.

Таблица 4 - Расчетные величины.

№ вторичной обмотки	1	2	3	4
Напряжение на вторичной обмотке, U₂, B	Формула	U₂=2B₀U₀; (43)
Напряжение на вторичной обмотке, U₂, B	Значение	44,5	12	26,8	55
Коэффициент трансформации, n	Формула	n=U₂/U₁; (44)
Коэффициент трансформации, n	Значение	0,202	0,055	0,122	0,25
Мощность нагрузки, Р₀, Вт	Формула	P₀=U₀I₀; (45)
Мощность нагрузки, Р₀, Вт	Значение	0,605	2,4	0,34	0,717
Ток вторичной обмотки тр-ра, I₂, мА	Формула	I₂=D₀I₀/√2; (46)
Ток вторичной обмотки тр-ра, I₂, мА	Значение	45,7	661,8	44,5	45
Действующее значение тока через вентиль, I_в, мА	Формула	I_в=D₀I₀/2; (47)
Действующее значение тока через вентиль, I_в, мА	Значение	32,3	468	31,5	31,8
Габаритная мощность выпрямителя, Р_габ, Вт	Формула	Р_габ=1,8P₀; (48)
Габаритная мощность выпрямителя, Р_габ, Вт	Значение	1,089	4,32	0,612	1,291
Составляющая тока первичной обмотки, I₁, мА	Формула	I₁=√2nI₂; (49)
Составляющая тока первичной обмотки, I₁, мА	Значение	13,1	51,5	7,8	15,9

Определяем ток первичной обмотки трансформатора и его габаритную мощность:

I₁=I₁₍₁₎+I₁₍₂₎+I₁₍₃₎+I₁₍₄₎; (50)

Р_тр=(Р_габ₍₁₎+Р_габ₍₂₎+Р_габ₍₃₎+Р_габ₍₄₎)/η; (51)

где η-КПД Трансформатора, принимаем η=0,75;

I₁=13,1+51,5+7,8+15,9=88,3 мА;

Р_тр=(1,089+4,32+0,612+1,291)/0,75=10 Вт;

Находим площадь сечения сердечника, см², и ориентировочное значение ширины:

S_с=√Р_тр; (52)

а=√S_с/1,5; (53)

S_с=√10=3,16 см²; а=√3,16/1,5=1,45 см.

Находим произведение сечения стержня сердечника на площадь окна:

S_с·S_ок=Р_тр·100/(2,22·f_с·B·J·К_м·К_с·η); (54)

где J – плотность тока в обмотках трансформатора, принимаем J=3,4А/мм²;

f_с- частота сети, f_с=50 Гц;

В- магнитная индукция в сердечнике, принимаем В=1,1Тл;

К_м- коэффициент заполнения медью, принимаем К_м=0,22;

К_с- коэффициент заполнения сталью, принимаем для ленточного сердечника К_с=0,93;

S_с·S_ок=10·100/(2,22·50·1,1·3,4·0,22·0,93·0,74)=16 см⁴;

По произведенным расчетам выбираем магнитопровод марки ШЛ16х20, с сечением сердечника 3,2 см², сечением окна 6,40 см², его чертеж приведен на рисунке 10

Рисунок 10 – Ленточный магнитопровод типоразмера ШЛ16х20.

Определяем число витков в обмотках;

в первичной:

W_I=U_I·(1-ΔU_I/100)·10⁴/(4,44·f_с·B·S_c); (55)

во вторичных:

W_n=U_n·(1+ΔU_I/100)·10⁴/(4,44·f_с·B·S_c); (56)

где ΔU- падение напряжений в обмотках трансформатора по [2, рисунок19, стр. 29] принимаем U_I=12%; U_n=16%;

W_I=220·(1-12/100)·10⁴/(4,44·50·1,1·3,2)=2480;

W₂=44,5·(1+16/100)·10⁴/(4,44·50·1,1·3,2)=660;

W₃=12·(1+16/100)·10⁴/(4,44·50·1,1·3,2)=180;

W₄=26,8·(1+16/100)·10⁴/(4,44·50·1,1·3,2)=400;

W₅=55·(1+16/100)·10⁴/(4,44·50·1,1·3,2)=820;

Находим диаметры проводов обмоток трансформатора (без учета толщины изоляции), мм:

D_n=1,13√I_n/J; (58)

D₁=1,13√88,3·10^-3/3,4=0,182 мм;

D₂=1,13√45,7·10^-3/3,4=0,131 мм;

D₃=1,13√661,8·10^-3/3,4=0,499 мм;

D₄=1,13√44,5·10^-3/3,4=0,129 мм;

D₅=1,13√45·10^-3/3,4=0,13 мм;

Таким образом, обмотка I имеет 2480 витков провода ПЭВ-2 0,2, обмотка II - 660 витков провода ПЭВ-1 0,14, обмотка III – 180 витков провода ПЭВ-1 0,5, обмотка IV – 400 витков провода ПЭВ-1 0,14, обмотка V – 820 витков провода ПЭВ-1 0,14.

Трансформатор питания следует тщательно экранировать. Экран лучше изготовить из мягкой стали толщиной не менее 1 мм. Также необходимо изолировать медным экраном II, IV и V обмотки.

Схема блока питания приведена на третьем листе графической части.

В схеме используются резисторы:

R2, R4, R6, R8, R10, R12 – подстрочные типа СПЗ-38 номинальной мощностью 0,25Вт;

Остальные – типа МЛТ номинальной мощностью 0,25Вт;

В схеме используются конденсаторы:

С1-С8 – алюминиевый аксидно - электролитический типа K50-16;

C10, C12, C14, C16, C18, C20 - алюминиевый аксидно - электролитический типа K50-6;

Остальные – керамические типа КМ-6, с группой ТКЕ Н90.

Библиографический список:

1. Лурье М. С. «Промышленная электроника» - Красноярск: КГТА, 1995.- 48с.

2. Лурье М. С. «Промышленная электроника» - Красноярск: КГТА, 1996.- 180с.

3. Батушев В.А. «Микросхемы и их применение» - М.: РАДИО и СВЯЗЬ, 1983.-