Изучение работы регулируемого AC-DC преобразователя напряжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Цель работы: изучить работу регулируемого AC-DC преобразователя напряжения.

Задание: разработать и собрать регулируемый AC-DC преобразователь напряжения на основе биполярного транзистора. AC = 220 В, DC = 0…24 В.

В качестве схемы преобразователя выберем классическую схему параметрического стабилизатора напряжения на биполярном транзисторе рис. 1:

Рис.1. Параметрический стабилизатор напряжения.

Принцип работы стабилизатора заключается в использовании стабилитрона VD1, который является малоточным стабилизатором фиксированного напряжения. Резистор R1 задает рабочий ток стабилитрона, а также базовый ток транзистора VT1, который включен по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель) и служит для усиления тока стабилитрона - повышения тока нагрузки питающей цепи. Конденсатор C1 выполняет роль фильтрующего элемента для сглаживания пульсаций.

Выходное напряжение параметрического стабилизатора складывается из разности падения напряжения на стабилитроне VD1 и переходе база-эмиттер транзистора VT1. Поэтому для уменьшения падения напряжения на транзисторе оптимально использовать германиевый транзистор, у которого падение на p-n переходе составляет 0,2…0,3 В.

Для осуществления регулирования выходного напряжения нашего преобразователя подключим параллельно стабилитрону переменный резистор R2, на котором будет осуществляться изменение напряжения от 0 В до напряжения стабилизации VD1 и будем подавать это напряжение на вход базы транзистора VT1. В результате чего итоговая схема примет вид (рис. 2).

Рис. 2. Преобразователь напряжения.

Принцип работы преобразователя заключается в следующем - переменное напряжение 220 В поступает на понижающий трансформатор TV1. Исходя из того, что нам нужно стабилизировать максимальное напряжение 24 В, также учитывая падение напряжения коллектор-эмиттер транзистора VT1 в режиме насыщения около 2-3 В, получаем что на вход нашего стабилизатора должно подаваться постоянное напряжение не менее 27 В. Учитывая то, что конденсатор фильтра С1 увеличивает выпрямленное напряжение в 1,41 раза, получаем, что после выпрямительного моста у нас должно получиться 27/1,41=19,15 В. Теперь учтем, что на выпрямительном мосту мы теряем порядка 1,5-2 В, следовательно, напряжение на вторичной обмотке должно быть 19,15+2=21,15 В. Исходя из этого трансформатор TV1 должен быть рассчитан на вторичное переменное напряжение 21…23 В.

Далее пониженное переменное напряжение с трансформатора TV1 поступает на диодный мост VD2 (выберем - RS207, 2 А, 1000 В), который выпрямляет его и конденсатор C1 сглаживает пульсации. Емкость конденсатора С1 рассчитывается по формуле:

Cф =3200*Iн/Uн*Kн,

где Iн - максимальный ток нагрузки, Uн - напряжение на нагрузке, Kн - коэффициент пульсаций.

Так как у нас не задан выходной ток стабилизатора и коэффициент пульсаций по напряжению, то емкость конденсатора C1 зададим условно 2200 мкФ 35 В. преобразователь напряжение биполярный транзистор

Далее напряжение поступает на стабилитрон VD1 и токоограничивающий резистор R1. Исходя из заданного максимального выходного напряжения 24 В, произведем выбор стабилитрона. Так как доступны стабилитроны с напряжением стабилизации 22…24 В, то выберем стабилитрон с напряжением стабилизации 24 В - КС524А. Сопротивление резистора R2 выбирается исходя из падения напряжения на стабилитроне VD1 и тока базы транзистора VT1 (зададим 10 мА) - 24/0,01 = 2,4 кОм. А его мощность 24*0,01*1,2 = 0,29 Вт, где 1,2 - коэффициент запаса 20%, выберем переменный резистор с мощностью 0,5 Вт. Соответственно, сопротивление резистора R1 будет равно падению напряжения на входе стабилизатора за вычетом падения на стабилитроне, и деленное на сумму токов через стабилитрон и R2: 27-24/0,01+0,01 = 150 Ом. Его мощность 3*0,02*1,2 = 0,072 Вт, выберем резистор с мощностью 0,125 Вт. А максимальный ток через стабилитрон VD1 может составить 27-24/150 = 0,02 А, что вполне допустимо, так как максимальный ток стабилизации - 33 мА.

Далее заданное напряжение с R2 поступает на вход базы транзистора VT1, включенного по схеме эмиттерного повторителя и выступающего в роли усилителя тока. Выберем мощный германиевый транзистор VT1 n-p-n структуры (если выбирать транзистор p-n-p структуры, то необходимо изменить полярность схемы стабилизатора с учетом включения стабилитрона и электролитических конденсаторов). Будем исходить из того, что пробивное напряжение коллектор-эмиттер должно быть выше напряжения поступающего на вход стабилизатора. А так как транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, то его ток коллектора должен быть не менее тока базы умноженного на коэффициент усиления по току в схеме с общим коллектором: Iэ = Iб * (1+в) ? Iк. Исходя из описанных выше условий, выбираем транзистор КТ809А:

максимальное постоянное напряжение эмиттер-коллектор 40 В;

максимальный ток коллектора 5 А;

максимальная мощность с радиатором 15 Вт;

напряжение насыщения эмиттер-коллектор 1,5 В;

коэффициент усиления в схеме с ОЭ 15…100.

Примерный максимальный ток коллектора VT1 (выходной ток стабилизатора) составит 0,01(1+50) = 0,51 А. Максимальная выходная мощность 0,51*26 = 13,26 Вт. Что укладывается в эксплуатационные параметры выбранного транзистора на радиаторе. В случае использования кремниевого транзистора, падение напряжения на переходе база-эмиттер VT1 возрастет с 0,2…0,3 до 0,6…0,7 В, что в свою очередь вызовет уменьшение выходного напряжения.

Емкость выходного конденсатора C2 зададим 100 мкФ x 100 В.

Вывод: в ходе проделанной лабораторной работы мы научились проектировать аналоговые схемы стабилизаторов напряжения.

Размещено на Allbest.ru