Разработка и исследование компенсационного стабилизатора с импульсным регулированием и входным фильтром
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
мый с током нагрузки). Вместе с выходным уменьшается и напряжение в точке А. Как только оно достигнет величины опорного напряжения, компаратор снова переключится. При этом напряжение в точке А скачком уменьшится, т.к. теперь левый вывод резистора R4 отключится от входного источника и вновь подключится к земле, т.к. в этом состоянии сопротивление компаратора близко к нулю. Это уменьшение напряжения в точке А обеспечивает устойчивое переключение компаратора. Транзистор VT1 вновь входит в насыщение и начинает заряжать конденсатор С2. Цикл повторяется. В результате получается картина изменения напряжений, изображенная на рисунке 9.
Рисунок 9 - Графики изменения выходного напряжения (а) и напряжения в точке А (б)
Таким образом, выходное напряжение с небольшими пульсациями поддерживается постоянным относительно уровня, определенного в формуле (1). Емкость конденсатора С2 влияет только на частоту переключения. Амплитуда пульсаций определяется степенью влияния положительной обратной связи, т.е. сопротивлением R4.
Разработка алгоритма расчета схемы
Рисунок 10 - Алгоритм расчета схемы
Первым элементом в цепи после питания идет транзистор. Он выбирается в зависимости от исходных данных - входного и выходного напряжений Также, при выборе, следует учитывать ток нагрузки. Большинство компараторов имеют схожие параметры, поэтому они существенно не влияют на параметры всей схемы. Конденсатор C1, предназначенный для сглаживания входных пульсаций, не должен существенно изменять входное напряжение. Для лучшего сглаживания можно выбрать конденсатор повышенной ёмкости. Зная параметры транзистора можно рассчитать сопротивления R1, R2, R3. Стабилитрон и резистор R7 представляют собой параметрический стабилизатор, служат для подачи опорного напряжения на компаратор и не оказывают никакого влияния на остальную часть схемы. Выбираются исходя из значения требуемого напряжения на выходе. Для расчета делителя R6-R7 необходимо задаться определенным током, протекающим через него. Причем этот ток должен значительно превышать входной ток компаратора, чтобы последний не влиял на делитель напряжения, а также он должен быть значительно меньше тока нагрузки, чтобы в свою очередь не вносить существенного вклада в процесс заряда и разряда конденсатора С2. Резистор R4 рассчитывается исходя из параметров выбранного компаратора и сопротивлений делителя напряжения. От емкости конденсатора C2 зависит частота пульсаций напряжения на выходе. Частота пульсаций напряжения на выходе указана в техническом задании. Поэтому выбор конденсатора осуществляется с учетом данного значения.
Расчет схемы
- Выбор транзистора.
Определим максимальное напряжение на переходе коллектор-эмиттер транзистора:
(2).
Определим мощность, рассеиваемую на транзисторе:
(3).
Транзистор должен удовлетворять этим требованиям с некоторым запасом. Кроме этого его максимальный ток коллектора должен быть больше удвоенного тока нагрузки, т.к. в режиме насыщения транзистора его ток коллектора должен вдвое превосходить необходимый ток нагрузки, потому что ему необходимо питать нагрузку и заряжать конденсатор. Конденсатор должен заряжаться примерно таким же током, какой идет в нагрузку. Это необходимо для обеспечения равномерных пульсаций выходного напряжения, а ток заряда конденсатора непосредственно влияет на время его заряда.
Данным требованиям удовлетворяет транзистор КТ835А. У него UКЭдоп.=30В, что обеспечивает выполнение условия (2) с запасом в 20В. Постоянная рассеиваемая мощность его с теплоотводом Р=25Вт, что также обеспечивает запас. Крепить его к теплоотводу не составляет труда, т.к. это предусмотрено его конструкцией. Его максимально допустимый ток коллектора Iкmax=3А, что обеспечивает запас по току в 2А от необходимого уровня. В силу всего вышеизложенного для расчета данной схемы можно использовать транзистор КТ835А.
Параметры транзистора КТ835А:
- статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ при UКЭ=1В, IК=1А не ? менее 25
- граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ не менее 1Мгц.
- напряжение насыщения UКЭнас не более 0,35В.
- напряжение открытого перехода БЭ UБЭот=0,8В.
- обратный ток коллектора не более 100мкА.
- максимальный постоянный ток коллектора 3А.
- постоянная рассеиваемая мощность при t=-40..+25С - 25Вт.
- Выбор компаратора
Большинство компараторов имеют схожие параметры, поэтому они существенно не влияют на параметры всей схемы. Я выбрал компаратор К554СА3 как наиболее распространенный. Вот его основные параметры:
- Uи п1=15В10%
- Uи п2=-15В10%
- Iвх. ср. не более 100нА
- Uсм не более 3мВ
- интервал рабочих температур: -45..+85С
- относительная влажность воздуха 95% при температуре 25С
- Расчет конденсатора C1
Конденсатор С1 играет роль входного фильтра. Он необходим для сглаживания пульсаций входного напряжения. Напряжение на вход схемы подается с выпрямителя с частотой 100Гц. На рисунке 11 изображено изменение входного напряжения и изменение напряжения на конденсаторе