Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

курсовой проект Электроника ТЕЛО

.docx
Скачиваний:
56
Добавлен:
14.07.2015
Размер:
317.6 Кб
Скачать

Уральский технический институт связи и информатики (филиал)

Сибирского государственного университета

телекоммуникаций и информатики

(УрТИСИ ФГОБУ ВПО "СибГУТИ")

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Курсовая работа по дисциплине "Электроника"

Пояснительная записка

210700 000 000 018 ПЗ

Вариант №18

Руководитель

В.И.Паутов

канд. техн. наук, доцент

Студент группы И-41БС

М.М. Яковлев

Екатеринбург 2015

Исходные данные

Таблица 1.

Вар.

UСТ

В

IH mA

∆t 0C

Материал

транзистора

КСТ

не менее

ТКН

% от UСТ

18

13

88±40%

30

Si

300

менее 0.8%

Изменение напряжения источника питания составляет ±15% для всех вариантов.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

4

1 Структурная схема стабилизатора

5

2 Расчетная часть

6

2.1 Выбор схемы стабилизатора

6

2.2 Выбор транзистора

7

2.3 Выбор стабилитрона

9

2.4 Источник стабильного тока

11

2.5 Расчет параметров стабилизатора

13

2.6 Защита стабилизатора по току

15

2.7 Защита нагрузки от перенапряжения

16

2.8 Схема индикации

18

Заключение

19

Список литературы

20

Приложения

210700 000 000 018ПЗ

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Разраб.

Яковлев М.М.

Стабилизатор напряжения

Курсовой проект

Лит.

Лист

Листов.

Провер.

Паутов В.И

3

26

Т.контр.

Кафедра ОПД УрТИСИ

гр. И-41БС

Н.контр.

Утверд.

ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект является неотъемлемой частью учебного процесса подготовки дипломированного специалиста по направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». И служит закреплению знаний, полученных при изучении теоретической части дисциплины «Электроника» в части применения полупроводниковых диодов и транзисторов, привитию навыков самостоятельной работы по разработке и анализу схем аппаратуры связи, пользования справочной и специализированной литературой.

Стабилизатор, разрабатываемый в работе, может найти применение в зарядных устройствах, в качестве источника питания маломощного радиоэлектронного устройства.

210700 000 000 018 ПЗ

Лист

4

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

1.СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СТАБИЛИЗАТОРА

Структурная схема стабилизатора представлена на рис. 1:

Рисунок 1 – Структурная схема стабилизатора

ИП – источник питания стабилизатора

СЭ – силовой элемент – транзистор

ИОН – источник опорного напряжения – стабилитрон

СЗ – схема защиты

И – индикация состояния стабилизатора

Н – нагрузка стабилизатора.

210700 000 000 018 ПЗ

Лист

5

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 ВЫБОР СХЕМЫ СТАБИЛИЗАТОРА.

Проверяем возможность использования параметрического стабилизатора, рис.2:

Рисунок 2 – Параметрический стабилизатор

Определяем пределы изменения тока нагрузки:

мА

мА

Изменение тока нагрузки составляет:

Требованиям ТЗ по выходному напряжению соответствует стабилитрон типа КС212В, у которого мА,мА, изменение тока стабилизации:

мА

Изменение тока нагрузки превышает изменение тока через стабилитрон, поэтому параметрический стабилизатор не обеспечит требуемых характеристик и необходимо использовать усилитель тока. Применение такой схемы позволит увеличить ток нагрузки в В раз по сравнению с допустимым током стабилитрона. Схема параметрического стабилизатора с усилителем тока показана на рис.3:

210700 000 000 018 ПЗ

Лист

6

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Рисунок 3 – Параметрический стабилизатор с усилителем тока

2.2 ВЫБОР ТРАНЗИСТОРА

Транзистор выбирается по допустимой величине тока коллектора, максимальному напряжению коллектор-эмиттери максимальной рассеиваемой мощности.

Из рис.3 видно, что ток коллектора равен току нагрузки, поэтому требование к допустимому току коллектора можно определить формулой:

мА

Для нормальной работы транзистора средней мощности напряжение между коллектором и эмиттером должно быть не менее 10 вольт. Примем напряжение UКЭ = 10 В, и рассчитаем минимальное входное напряжение стабилизатора UИ, необходимое для нормальной работы (с учетом изменения напряжения источника питания):

В

Зная изменения напряжения источника питания, определим его номинальное значение:

В

При этом максимальное значение напряжения питания составит:

В

210700 000 000 018 ПЗ

Лист

7

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Теперь можно определить требования к транзистору по максимальному напряжению коллектор-эмиттер:

В

Максимальная рассеиваемая мощность:

Вт

Из справочного раздела [1] выбираем кремниевый транзистор структуры n-p-n типа КТ605. Его параметры:

Тип транзистора

IK мА

UKЭ В

В

РК Вт

1

КТ605

200

60

40

1,5

Входные и выходные характеристики выбранного транзистора приведены на рис. 4:

Рисунок 4 – Входные и выходные характеристики транзистора

Наносим на характеристики рабочую точку «РТ» и определяем коэффициент усиления:

210700 000 000 018 ПЗ

Лист

8

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора в рабочей точке, превышает максимальную для данного транзистора, поэтому необходим радиатор. Требуемую площадь радиатора определим по графику, рис.5:

Рисунок 5 – Выбор радиатора с необходимой площадью

Определяем превышение мощности в процентах:

На рис.5, проводится горизонтальная линия до пересечения с графиком и определяется площадь радиатора: см2

2.3 ВЫБОР СТАБИЛИТРОНА

Выходное напряжение составляет UН = 13 В. Согласно рекомендаций [1] в этом случае следует включить последовательно два стабилитрона. При этом желательно один из них выбрать на напряжение 5 В, при котором ξСТ ≈ 0. Полной термокомпенсации данным способом получить не удаётся.

Стабилитроны включёны в цепь базы транзистора. Их суммарное напряжение стабилизации должно быть больше на величину падения напряжения на переходе база-эмиттер UБЭ. Для выбранного транзистора по рис.4 определяем: UБЭ = 0,88 В.

Выбираем последовательное соединение двух стабилитронов типа КС1135А и одного КС170Б с параметрами приведенными в таблице 2:

210700 000 000 018 ПЗ

Лист

9

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Таблица 2

Параметры применяемых стабилитронов

Тип

стабилитрона

UСТ

В

Imin

мA

Imax

мA

PДОП

мВт

ξ

%/оС

rД

Ом

КС135А

3,5

3

62

300

-0,065

56

КС170А

7

2

20

280

0,05

10

Определим напряжение стабилизации такой сборки:

В

Определим выходное напряжение стабилизатора:

В

Оценим изменение напряжения стабилизации при изменении

температуры на Δt = 400С:

Требования задания по температурному дрейфу и выходному напряжению выполняются. Схема стабилизатора с термокомпенсацией показана на рис. 6

Рисунок 6 – Схема стабилизатора

210700 000 000 018 ПЗ

Лист

10

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

2.4 ИСТОЧНИК СТАБИЛЬНОГО ТОКА

Для уменьшения влияния изменений напряжения источника питания UИ на параметры стабилизатора, застабилизируем ток стабилитронов с помощью специальной схемы, называемой генератором стабильного тока рис. 7.

Рисунок 7 – Расчетная схема стабилизатора.

Определяем напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT2. Напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT1 принято 10В. Напряжение коллектор-база этого транзистора составит:

В

Тогда минимальное напряжение приложенное к коллекторной цепи транзистора VT2 составит:

В

Это напряжение надо распределить в равных частях:

В

С целью уменьшения rСТ зададимся током стабилитрона VD1 равным 15 мА и учитывая ток базы транзистора VT1 - мА определим ток коллектора VT2:

210700 000 000 018 ПЗ

Лист

11

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

мА

Мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора VT2:

Вт

По рассеиваемой мощности и току коллектора выбираем транзистор КТ349А структуры p-n-p.Определяем сопротивление RЭ:

Ом

Принимаем стандартное значение:

Ом

Рассеиваемая мощность:

Вт

Определяем напряжение стабилизации VD4.

В

Выбираем стабилитрон 2С190Б.

Определяем величину сопротивления R1. Зададим ток стабилизации стабилитрона VD4:

мА.

Тогда:

Ом

Принимаем стандартное значение:Ом

Рассеиваемая мощность:

Вт

Для определения суммарного сопротивления стабилитронов определим ток, протекающий через стабилитроны VD2 и VD3:

А

По графику, рис.8, определяем реальное сопртивление стабилитронов

VD1, VD2 и VD3

210700 000 000 018 ПЗ

Лист

12

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Рисунок 8 – Зависимость сопротивления стабилитрона от тока стабилизации

Ом

Ом

Ом

2.5 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СТАБИЛИЗАТОРА

Коэффициент стабилизации определяется по соотношении:

rСТ∑ –сопротивление стабилитронов,

rК – сопротивление коллекторной цепи транзистора VT1,

h11 – входное сопротивление транзистора, которое определяется по входной характеристике IБ = f(UБЭ) для тока базы, определенного в предыдущих разделах.

Параметры транзистора VT1 определяем по рис. 9:

210700 000 000 018 ПЗ

Лист

13

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Рисунок 9 - Определение параметров транзистора в рабочей точке

Сопротивление Ом.

При температуре 20 ОС φT ≈ 26 мВ.

Сопротивление rК определяется по коллекторным вольт-амперным характеристикам транзистора. Для этого проводим вертикальную прямую для напряжения 10 В, находим точку пересечения прямой с характеристикой тока базы, принятого в расчете. Возле этой точки строится характеристический треугольник, катеты которого проецируются на оси и находятся значения приращения тока и напряжения ∆UКЭ и ∆IК. Из построения определяем ∆UКЭ 10 В, ∆IК = 10 мА.

Вычисляем сопротивление rК.

кОм.

210700 000 000 018ПЗ

Лист

14

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Выходное сопротивление стабилизатора

Где Ом

Ом

2.6 ЗАЩИТА СТАБИЛИЗАТОРА ПО ТОКУ

В случае уменьшения сопротивления нагрузки увеличивается ток вплоть до короткого замыкания. В этом случае силовой транзистор VT1 может сгореть. В таких ситуациях необходима защита стабилизатора по току.

Для этого последовательно с нагрузкой включают сопротивление RT, выполняющего роль преобразователя тока в напряжение. При протекании по сопротивлению тока выделяется напряжение с полярностью, указанной на рис. 10.

Рисунок 10 – Схема токовой защиты

210700 000 000 018 ПЗ

Лист

15

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

Это напряжение прикладывается к базе транзистора в прямой полярности. При заданном токе транзистор открывается и берет на себя часть тока базы транзистора VT1. Последний закрывается и ограничивает ток коллектора. При номинальном токе нагрузки транзистор VT3 закрыт и не оказывает влияния на работу стабилизатора.

Примем, что защита должна включиться, если ток превышает двойной максимальный ток нагрузки А. Выбираем в качествеVT3 германиевый транзистор КТ104В проводимости n-р-n. Напряжение открывания у такого транзистора составляет 0,8 В. Тогда:

Ом

Принимаем стандартное значение:Ом

Рассеиваемая мощность:

Вт

2.7 ЗАЩИТА НАГРУЗКИ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

UСТ

Схема защиты состоит из тиристора VS5, стабилитрона VD4 и резистора R2, рис.11:

Рисунок 11 – Схема защиты и индикации

210700 000 000 018 ПЗ

Лист

16

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

В исходном состоянии тиристор VS1 закрыт, его управляющий вход подключен к катоду через сопротивление R2. Стабилитрон VD4 также закрыт его напряжение включения больше напряжения на нагрузке Как только напряжение на нагрузке по каким-либо причинам увеличивается, стабилитрон VD4 открывается, на управляющий электрод тиристора подается напряжение, тиристор открывается и закорачивает входную цепь стабилизатора. После этого сгорает плавкий предохранитель FU1.

Напряжение стабилизации стабилитрона VD4 должно превышать максимальное выходное напряжение стабилизатора. Выбираем стабилитрон КС213Г с напряжением стабилизации В, и токоммА. Задаемся током стабилитронамА и определяем величинуR2:

кОм

Принимаем стандартное значение: кОм

Рассеиваемая мощность:

Вт

Проверим, не превышает ли ток через стабилитрон допустимое значение при максимальном напряжении источника питания равном 24,4 В.

мА

Выбор тиристора.

Напряжение включения тиристора должно быть больше напряжения питания UИmax. При выборе тиристора можно ориентироваться следующим условием. Если ток нагрузки меньше 100 мА, то выбирается тиристор с током анода 100 мА и менее. Если ток нагрузки больше 100 мА, то выбирается тиристор с током анода 100 мА и более. Выбираем тиристор КУ103В UА = 150 В, IА = 200 мА.

210700 000 000 018ПЗ

Лист

17

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

2.8 СХЕМА ИНДИКАЦИИ

Индикация состояния стабилизатора осуществляется с помощью светодиодов (СИД). Нормальное состояние принято индицировать зеленым или желтым цветом, критическое состояние – красным. Выбираем светодиод VD5 красного цвета свечения типа АЛ301Б с параметрами IПР = 10 мА, UПР = 3,8 В определяем величину R3:

Ом

Принимаем стандартное значение:кОм

Рассеиваемая мощность:

Вт

Выбираем светодиод VD6 зеленого цвета свечения типа АЛ304В с параметрами IПР = 11 мА, UПР = 3 В определяем величину R4:

Ом

Принимаем стандартное значение:Ом

Рассеиваемая мощность:

Вт

Плавкий предохранитель FU1 выбирается на такой ток, чтобы он сработал при допустимом токе тиристора.

мА

Для устранения низкочастотных и высокочастотных помех на выходе стабилизатора параллельно нагрузке включаются емкости С1 = 0,1 мкФ и С2 = 20 мкФ.

210700 000 000 018 ПЗ

Лист

18

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте рассчитывался стабилизатор поссссстоянного напряжения с защитой от перенапряжения и короткого замыкания, кроме того стабилизатор имеет индикацтю рабочего и аварийного состояния на светодиодах.

Параметры разработаного устройства:

Входное напряжение 28,6В±15%

Выходное напряжение 13,12В±10%

Коэффициент стабилизации 309

ТКН -3%

Ток нагрузки 88мА±40%

Составлена приципиальная схема устройства, номиналы элементов выбрны из стандартного ряда в соответствии с рассеиваемой мощностью.

Разработанный стабилизатор соответствует предъявляемымм требованиям.

210700 000 000 018 ПЗ

Лист

19

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Паутов В. И. Стабилизатор напряжения: Методические указания по выполнению курсовой работы/ В.И. Паутов, - Екатеринбург: УрТИСИ ФГОБУ ВПО СибГУТИ, 2012, 54 с.

2. Лачин В. И. Электроника: учеб.пособие /В. И.Лачин, Н. С. Савёлов.- Ростов-на-Дону: изд-во "Феникс"2007.

3. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и микропроцессорная техника: Учеб.пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2002. 622 с.

4. Воробьёв Н. И. Проектирование электронных устройств: Учеб.пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1989. 223 с.

5. Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. – М. : Издательский дом «Додэка – ХХI», «Альтекс», 2007. 87 с.

6. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М. : Энергоатомиздат. 1985. 212 с.

7. ГОСТ 28884-90 Ряды предпочтительных значений для резисторов и конденсаторов

210700 000 000 018 ПЗ

Лист

20

Изм.

Лист

докум.

Подп.

Дата