3. Проектування блоку живлення постійного струму

Для нормальної роботи підсилювача необхідно забезпечити стійку постійну напругу живлення. Для реалізації умови простого випрямляча змінної напруги недостатньо простого випрямлення, між останнім i підсилювальним пристроєм ставлять cтaбiлiзaтop напруги, який згладжує пульсації напруги живлення i тим самим забезпечує коректну роботу підсилювального пристрою.

Компенсаційний стабілізатор напруги — це керований дільник вхідної напруги, який складається з опору навантаження i регулювального елемента, що працює в лінійному (підсилювальному) режимі. Вихідна напруга стабілізатора прирівнюється з еталонною (опорною) i виникаючий при цьому сигнал неузгодженості підсилюється підсилювачем i впливає на регулювальний елемент стабілізатора таким чином, щоб вихідна напруга прагнула досягти еталонного рівня.

Для прикладу розглянемо принципову схему інтегрального стабілізатора напруги на мікросхемі типу К142ЕН2, наведену Додатку В, рис.1.

3.1.Розрахунок випрямляча

Випрямляч джерелаживлення будується за cxeмою, яка наведена в Додатку В, рис.2. Трансформатор Тзнижує напругу мережі до 30 В, діодиV1-V4, включені за мостовою cxeмою, випрямляють цю напругу, а конденсатор фільтра С_Ф згладжує його пульсації.

Навантаженням випрямляча є стабілізатор напруги живлення підсилювача, звідки маємо вихідні параметри для розрахунку випрямляча: , .

Знаючи струм навантаження, визначає момаксимальний струм, який протікає через кожний діод моста:

Для випрямляча можна використовувати дiоди серiї Д7, Д226, Д229 iз будь-якими лiтерними позначеннями, оскільки їх середнiй випрямлений струм iзворотна напруга значно бiльшi розрахункових. Вибираємо дiоди Д226Б.

Зворотна напруга дiодiв повинна бути в 1,5 раза бiльша напруги джерелаживлення:

Ємнiсть фiльтрувального конденсатора визначають за формулою:

де – коефіцієнт пульсацiй випрямленої напруги, приймаємо .

Номiнальну напругу конденсатора береморiвною25 В.

Проведемо електричний розрахунок трансформаторного блока живлення.

Габаритна потужність трансформатора:

де -коефiцiєнткорисноїдiї трансформатора, приймаємо

Площа поперечного перерiзу сердечника становить:

Як бачимо, у даному випадку є сенс використовувати магнiтопровiд а мiнiмальною площею перерiзу сердечника, тому приймаємо магнiтопровiд УШ17х17 (площу поперечного перерiзу приймаємо рiвною2,89см²).

Розраховуємо кiлькicтьвиткiв на 1 вольт:

де - приймаєтьсярівним 40.

Загальна кількість витків первинної обмотки розраховується за формулою:

вторинної обмотки:

Струм первинної обмотки розраховується за формулою:

Струм вторинної обмотки розраховується за формулою:

Виберемо для обох обмоток провiд ПЭВ-2. Дiаметр проводу первинної обмотки:

де для обраного типу проводу.

Дiаметр проводу вторинної обмотки розрахується за формулою:

Таким чином, для первинноїiвторинної обмоток трансформато­ра можна використовувати провiд дiаметром0,15…0,35мм.

3.2. Вибір і розрахунок інтегрального стабілізатора напруги

Значна потреба у стабілізаторах постійної напруги, які б були прості у використанні, зумовила розробку і впровадження у виробництво інтегральних мікросхем стабілізаторів напруги з безперервним регулюванням (серія К142ЕН). У цю серію увійшли стабілізатори наступних типів: з регулюванням вихідної напруги ( К142ЕН1 - К142ЕН4); з фіксованою вхідною напругою (К142ЕН5; К142ЕН8; К142ЕН9; КРЕН5; КРЕН8; КРЕН9); з двополярними вхідними і вихідними напругами (К142ЕН6), що використовуються для живлення операційних підсилювачів.

Інтегральні стабілізатори серії К142 розраховані на струми 0,15…3 А і напругу 3…30 В при потужності до 30 Вт. Схеми К142ЕН1 і К142ЕН2 призначені для роботи без радіаторів і дозволяють розсіювати не більше 0,8 Вт. Вихідний опір перебуває в межах Rвих =0,1…0,2 Ом.

Крім основного призначення - стабілізації напруги, - інтегральні стабілізатори напруги можуть виконувати функцію згладжувального фільтра, захисту від електричних і теплових перевантажень, стабілізації струму, порогових пристроїв тощо.

Згідно із завданням за напругою навантаження вибираємо інтегральний стабілізатор напруги серії К142ЕН2 з такими параметрами :

– номінальна вихідна напруга;

–максимальний струм навантаження;

–коефіцієнт нестабільності за напругою;

–коефіцієнт нестабільності за струмом;

(Uвх – Uн)min =4В – допустима мінімальна різниця між вхідною і вихідною напругою.

Розглянемо схему ввімкнення інтегрального стабілізатора напруги К142ЕН2 для малих струмів (Додаток В, рис.1). Подільник напруги R4, R5вибирають з умови, щоб через нього проходив струм не більше 1,5 мА. Резистор R5 приймаємо рівним 1,2 кОм, R4 розраховують за формулою

Для усунення впливу з’єднувальних проводів на динамічні параметри стабілізатора при імпульсній зміні струму навантаження резистора подільника вмикають безпосередньо до навантаження. Конденсатор С2 підвищує стійкість стабілізатора і знижує рівень пульсації вхідної напруги, вибирають електролітичний, у межах 10 мкФ. Конденсатор С1 (≈0,1мкФ) зменшує шуми на виході стабілізатора і підвищує стійкість. Конденсатор СОП (≈0,1мкФ) шунтує вихід опорної напруги від завад з боку інших елементів при монтажі.

Захист ІСН від перевантаження за струмом і від короткого замикання забезпечується через давач струму на резисторі R1 і подільник напруги R2 іR3, який визначає режим роботи стабілізатора. Струм через подільник вибирають рівним Iд =0,3 А, а R2 =2 кОм. Опір резистора R3 визначають за формулою :

де з вхідної ВАХ другого каскаду.

Опір резистора R1 розраховують за формулою:

Обмежувальний резистор R6 ввімкнення мікросхеми зовнішньою напругою 2 В вибираємо 2,4 кОм.