Рассчитаем непрерывный компенсационный стабилизатор напряжения, рис 9.38 предназначенный для питания нагрузки, (U н , I н ) при заданном диапазоне изменения входного напряжения.
1. Выберем силовой транзистор из следующих условий:
Ik max доп ≥ Ik / K зап ;
U кэ max доп ≥ U вх max /Кзап;
Рк >=Ik max (UBx max – UB ых ),
2. Максимальный ток базы транзистора I Б = I н /( h 21Э +1).
Рис.3. 14. Схема непрерывного компенсационного стабилизатора постоянного напряжения.
Максимальный управляющий ток регулирующего элемента
I упр =( I н / h 21Э1 +1 + U БЭ1 / R бэ1 ) ∙ 1/ h 21э2 +1 + U БЭ2 / R бэ2 ;
где R бэ1 – резистор, шунтирующий эмиттерный переход транзистора.
3. Сопротивление резистора R см выбираем из условия обеспечения протекания тока Iупр при наименьшем входном напряжении
R см =( U вх min – U вых )/ I упр .
В этом случае максимальный выходной ток операционного усилителя
IDA вых max =( U вх max – U вых )/ R см .
4. В качестве источника эталонного напряжения используем параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне. Стабилитрон выбираем из условия U ст0 < U вых.. Сопротивление балластного резистора R З выберем в предположении, что I вх операционного усилителя равно нулю и I ст min : R З = U вых – U ст0 мах / I ст min – r ст .
При выбранном R З максимально возможный ток стабилитрона
I ст мах =( U вых - U ст 0 мах )/( R З + r ст ),
5. Найдем требуемый коэффициент передачи делителя на резисторах R 2, R 3: Кдел= Uc т0 / U вых.
6. Определим допустимый диапазон изменения сопротивления резистора R 3: R Змах = R 2( U вых - U ст 0 min )/Uст 0 min ;
U ′ст 0 мах= U ст0 мах +∆ I ст r ст;
R З min = R 2( U вых - U ст 0 max )/U′ст 0 max
7. Пренебрегая значением К U ст0, из выражения для коэффициента усиления операционного усилителя получим
К U 0 min >(К U )ст ООС U вх / U вых Кдел min .
4. Выбор элементов
Транзисторы. Они характеризуются эксплуатационными параметрами, предельные значения которых указывают на возможности их практического применения. Основными эксплуатационными параметрами являются максимально допустимые ток Ikmax (Icmax), напряжение Ukэmax (Ucumax) и рассеиваемая выходным электродом мощность Рkmax (Рcmax). Не допускается превышения эксплуатационных параметров, указанных в справочнике.
В соответствии с ОСТ 11.336.919-81 транзисторы имеют буквенно-цифровое обозначение, например:
- ГТ101А − германиевый биполярный маломощный низкочастотный транзистор, порядковый номер разработки 1 , группа А;
- 2П904Б − кремниевый полевой мощный высокочастотный транзистор, порядковый номер разработки 4, группа Б.
По мощности транзисторы подразделяются на маломощные (Рmax ≤ 0,3 Вт), средней мощности (0,3 Вт < Рmax < 1,5 Вт) и большой мощности (Рmax > 1,5 Вт).
По частоте транзисторы бывают низкочастотные (f ≤ 3 МГц), средней частоты (3 МГц ≤ f≤ 30 МГц) и высокочастотные (f > 30 МГц).
В справочнике приводятся значения параметров транзисторов для соответствующих оптимальных или предельных режимов эксплуатации. Рабочий режим транзистора, в проектируемом ЭУ, часто отличается от указанного в справочнике. В таком случае необходимо по имеющимся в справочнике характеристикам и формулам, а также методом интерполяции определить значения параметров транзистора, соответствующие выбранному режиму.
Применение высокочастотных транзисторов в низкочастотных электронных устройствах нежелательно, так как они дороги, склонны к самовозбуждению и развитию вторичного пробоя, обладают меньшими эксплуатационными запасами.
Не следует применять мощные транзисторы там, где можно применить маломощные, так как при использовании мощных транзисторов в режиме малых токов их коэффициент передачи по току мал и сильно зависит как от тока, так и от температуры окружающей среды. Кроме того, ухудшаются массогабаритные и стоимостные показатели ЭУ.
Необходимо применять транзистор минимально возможный для данных конкретных условий мощности, но так, чтобы он при этом не перегревался. Лучше применить транзистор малой мощности с небольшим теплоотводом, чем большой мощности без теплоотвода.
Если нет особых причин для применения германиевого транзистора, лучше применить кремниевый. Кремниевые транзисторы лучше работают при высоких температурах, имеют более высокие пробивные напряжения и меньшие обратные токи.
Коэффициент передачи тока зависит от тока коллектора и при некотором значении обычно имеет максимальное значение. Для хорошего усиления на низких частотах желательно выбирать это максимальное значение или близкое к нему по приводимым в справочнике графикам. В других случаях коэффициент передачи тока следует принимать равным указанному в справочнике типового значения или среднему арифметическому от минимального и максимального значения параметра.
Диоды. Основными эксплуатационными параметрами выпрямительных диодов являются максимальное обратное напряжение и максимальное значение прямого тока.
Высокочастотные диоды используются для выпрямления токов в широком диапазоне частот (до сотен МГц), модуляции, детектирования и других нелинейных преобразований электрических сигналов. Они характеризуются следующими параметрами: падением напряжения на диоде, обратным током и сопротивлением переменному току.
Импульсные диоды используются в качестве ключевых элементов и обеспечивают переходные процессы в доли микросекунд. Они имеют малое значение барьерной емкости.
Стабилитроны используются для стабилизации напряжения в схеме при изменении тока, протекающего через стабилитрон. Основным параметром является напряжение стабилизации в рабочей точке, для которой задается дифференциальное сопротивление стабилитрона.
Необходимо применять диоды по указанному в справочнике назначению, например, в выпрямителях следует применять выпрямительные диоды, в импульсных устройствах - импульсные диоды и т.д.
Обратное напряжение на диоде и прямой ток через него (в том числе импульсный) не должен превышать 70-80% от максимально допустимых значений.
Рабочая частота не должна превышать указанного в справочнике предельного значения.
Резисторы. Резисторы бывают общего назначения и специальные (прецизионные, высокочастотные, высоковольтные, высокомегаомные).
Резисторы общего назначения используются в качестве различных нагрузок, делителей, элементов фильтров, шунтов в цепях формирования импульсов и т.д.
Прецизионные резисторы применяются в основном в измерительных приборах и системах автоматики.
Высокочастотные резисторы используются в высокочастотных цепях, в кабелях и волноводах в качестве согласующих нагрузок, направленных ответвителей и т.п.
Высоковольтные резисторы применяются в качестве делителей напряжений, поглотителей, в зарядных и разрядных высоковольтных цепях и т.п.
При курсовом проектировании рекомендуется применять резисторы постоянные общего назначения типа МЛТ или ОМЛТ.
Резисторы специальные (прецизионные, высокочастотные, высокоомные, высоковольтные и др.) следует применять в тех случаях,когда значения соответствующих параметров резисторов общего назначения оказываются недостаточными, например, малы точности сопротивления и т.д.
Допускаемые отклонения сопротивления от номинального значения следует выбирать с учетом чувствительности к нему выходных параметров, принимая при этом во внимание требование ограничения существующей номенклатуры резисторов.
Переменные резисторы следует применять по назначению. Подстроечные резисторы, подвижная система которых рассчитана на небольшое число перемещений (до 1000 циклов), - в качестве только подстроечных; регулировочные, масса, габариты и стоимость которых выше, - только в качестве регулировочных.
Конденсаторы. Тип конденсатора выбирают по совокупности значений его номинальных емкости и рабочего напряжения. Если конденсатор выбирают для работы в цепи переменного и импульсного тока, то принимают во внимание его тангенс угла потерь.
Допускаемое отклонение емкости от номинального значения следует выбирать с учетом чувствительности к нему выходных параметров ЭС.
Для большинства типов конденсаторов в справочниках указывают номинальное рабочее напряжение постоянного тока. Эффективное значение переменного напряжения на конденсаторе должно быть в полтора - два раза меньше указанного рабочего напряжения для постоянного тока.
При работе конденсаторов в цепи пульсирующего тока сумма постоянного напряжения и амплитудного значения переменного напряжения на нем не должно превышать его номинального рабочего напряжения.
Не следует без необходимости применять конденсатор с номинальным напряжением, значительно превышающем рабочее, так как при этом ухудшаются массогабаритный и стоимостной показатели изделия.
Оксидные конденсаторы изготавливаются двух типов: полярные и неполярные. Полярные конденсаторы можно устанавливать лишь в тех цепях, в которых постоянная составляющая напряжения на конденсаторе будет больше амплитуды переменной составляющей. На неполярные конденсаторы это ограничение не распространяется.
Оформление пояснительной записки
Нумерация страниц, поля. Нумерацию страниц начинают с титульного листа. Номер страницы проставляют арабской цифрой в правом верхнем углу. На странице 1 (титульный лист) номер страницы не ставится. Не нумеруют только чистые страницы, поэтому у пояснительной записки, написанной на одной стороне листа, число страниц равно числу листов.
Написание и нумерация формул. Несложные однострочные ненумерованные формулы можно помещать внутрь текста. Многострочные, нумерованные формулы располагают на середине отдельной строки, причем пробелы сверху и снизу оставляют достаточными для того, чтобы формула отчетливо выделялась среди текста. Появляющиеся в формулах новые символы должны быть расшифрованы непосредственно под формулой. После формулы ставят запятую. Первую строку расшифровки начинают со слова "где", двоеточие после него не ставят. Расшифровку символов проводят в той же последовательности, в какой они даны в формуле. Если правая часть формулы содержит дробь, то вначале расшифровывают символы числителя, а затем знаменателя. Расшифровку каждого символа делают с новой строки, выравнивая колонку строк по знаку тире. В конце каждой строки ставят точку с запятой, а в конце последней строки - точку. Формулы, на которые имеются ссылки, в тексте нумеруют арабскими цифрами. Номер формулы заключают в круглые скобки и помещают у правого края полосы (10 мм от поля). При ссылке в тексте на формулу указывают ее номер. Например, "...формуле (8)".
Таблицы. Основные требования к таблицам: логичность, экономичность построения, удобство чтения, единообразие построения однотипных таблиц. Все таблицы в проекте нумеруют насквозь арабскими цифрами. Основные заголовки в головке и боковике пишут прописными буквами, а подчинение – со строчной.
Указатель литературы. В список литературы, снабженный заголовком "Литература" включают все использованные источники. Сведения о книгах должны включать: фамилию и инициалы автора, заглавие книги, место издания, издательство и год. Фамилию автора следует указывать в именительном падеже. При наличии трех и более авторов допускается указывать фамилию и инициалы только первого из них и слова "и др.".
Оформление чертежа
Правила построения и выполнения принципиальных электрических схем установлены стандартами ЕСКД (ГОСТ 2.701-76, 2.705-75). Чтобы правильно и быстро начертить принципиальную электрическую схему, необходимо знать следующие основные правила.
Все элементы ЭУ (ЭРЭ и ИМС) на схеме изображают в виде условных графических обозначений, установленных в стандартах ЕСКД.
Условные графические обозначения изображают в размерах, установленных в стандартах на условные графические обозначения.
Допускается все обозначения пропорционально уменьшать и увеличивать, при этом расстояние (просвет) между двумя соседними линиями условного графического обозначения должно быть не менее 1 мм.
Обычные для курсовых проектов масштабы: уменьшения 1:2, увеличения 2:1.
Линии связи должны иметь наименьшее количество изломов и пересечений. Расстояние между соседними параллельными линиями связи должно быть не менее 3 мм.
Графические обозначения элементов следует выполнять линиями той же толщины, что и линии связи. Линии связи выполняют толщиной от 0,2 до 1 мм в зависимости от формата схем и графических обозначений. Рекомендуемая толщина линии от 0,3 до 0,4 мм.
В соответствии с ГОСТ 2.751-73 в узлах электрической связи необходимо показать точки в виде зачерненных кружков.
При изготовлении схем, имеющих входы и выходы, входы, как правило, располагают слева, а выходы - справа.
Вычерчивая схему, следует предусматривать около условных обозначений элементов место для записи из позиционных обозначений.
Для быстрого нахождения упоминаемых в тексте элементов на схеме принята позиционная система их нумерации (ГОСТ 2.702-75). По этой системе порядковые номера элементам схем следует присваивать, начиная с единицы в пределах каждого вида элементов (резисторы, конденсаторы, полупроводниковые приборы и т.д.), которым на схеме дано одинаковое буквенное обозначение, например, R1, R2, RЗ, С1, С2, СЗ и т.д. порядковые номера присваивают в соответствии с последовательностью расположения элементов на схеме сверху вниз в направлении слева направо.
Позиционные обозначения проставляют на схеме рядом с условными графическими обозначениями элементов с правой стороны или над ними.
Около условных графических обозначений элементов допускается указывать номиналы резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, а также маркировку электровакуумных, ионных, полупроводниковых приборов и микросхем.
Данные об элементах принципиальной схемы, полученные в результате электрического расчета и выбора типономиналов элементов, записывают в перечень элементов. Перечень выполняют в виде таблицы либо на листе ватмана с изображением полной принципиальной схемы, либо на листах формата А4 самостоятельным документом, который помещают в пояснительную записку.
Графическая часть проекта выполняется карандашом, тушью или с помощью компьютера (выводом через плоттер) на листах чертёжной бумаги (с плотностью более 150 г/м2) формата А1 или А2 по ГОСТ 2.301-68 в масштабах 1:1, 1:2,5, 1:5, 2:1, 2,5:1, 4:1.
Каждый формат в чертежах оформляется рамкой, которая проводится сплошной толстой основной линией на расстоянии 5 мм от правой нижней и верхней сторон внешней рамки и на расстоянии 20мм слева. Последнее поле используется для подшивки чертежей. В правом нижнем углу формата помещают основную надпись (угловой штамп).
На каждом чертеже наносится основная надпись, форма и состав которой определяется ГОСТ 2.104-68. Она располагается в правом нижнем углу конструкторских документов.
Основная надпись. Форма 1 . Размеры.
В графах основной надписи (номера граф по форме ГОСТ 2.101- 68 показаны в скобках) указывают:
в графе 1 – наименование изделия (в соответствии с ГОСТ 2.109 - 73);
в графе 2 – обозначение документа по ГОСТ 2.201 - 80 (дипломный проект);
в графе 3 – обозначение материала детали;
в графе 5 – масса изделия;
в графе 9 – наименование, различительный индекс или шифр предприятия, выпустившего документы (БНТУ, гр. 113417);
в графе 10 – характер работы, выполняемой лицом, подписывающим документ. В учебных заведениях для дипломных проектов устанавливается следующее соответствие:
Разраб. Исполнитель (студент)
Пров. Руководитель
в графе 11 – фамилии лиц, подписавших документ;
в графе 12 – подписи лиц, фамилии которых указаны в графе 11;
в графе 13 – дата подписания.
Чертежи, содержащие упрощённые изображения (теоретические зависимости, временные диаграммы, программные алгоритмы, фотографии и т.д.), могут содержать упрощенную основную надпись (штамп) следующего вида:
Перечень элементов схемы (пример заполнения)
Спецификация устройства (пример заполнения)
ЛИТЕРАТУРА
1. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. – М.: Горячая линия-Телеком, 2000. - 768 с.
2. Ткаченко Ф.А. Техническая электроника. - Мн.: Дизайн ПРО, 2002, 368 c.
3. Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов.-М.: Высш.школа, 1982.-496с.
4. Ширин И.Я. Схемотехника аналоговых и цифровых устройств: Учебное пособие.-Мн.БНТУ, 2005, 310с.
5. Изьюрова Г.И., Королев Г.В. и др. Расчет электронных схем. - М.: Высшая школа, 1987.
6. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство.- М.: Мир, 1982, 512c.
7. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х томах.- М.:Мир, 1986.
8. Карлашук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. - М: Солон-Р, 2000. - 506 с.
9. Ширин И.Я., Ланевский А.В. Применение программы Electronics Workbench в лабораторных исследованиях. - Мн., УП Технопринт, 2001. - 37 с.
Дата: 2019-05-28, просмотров: 188.
