Обзор существующих или возможных решений задачи

Студент группы 634

Карпушин М.М.

Проверил:

Доцент кафедры

Струтинский Ю.А.

 

 

Рязань. 2008г.

Техническое задание на проектирование: программируемый стабилизатор напряжение. Программируемый параметр U_ст от 0 до 5В с шагом 0,5В.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………4

1. Обзор существующих или возможных решений задачи………………7

2. Выбор и обоснование структурной схемы…………………………….11

3. Выбор элементной базы, разработка принципиальной схемы, её описание и расчёт элементов…………………………………………...13

4. Разработка алгоритма и его описание………………………………….23

5. Инструкция по проверке схемы………………………………………...25

Заключение …………………………………………………………………….27

Список использованных источников………………………………………....28

Приложение №1 (программа на языке Assembler)

Приложение №2 (спецификация)

 

Введение

Каждый день появляются все более сложные электронные системы, использующие в качестве элементной базы новейшие полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы с высокой степенью интеграции. В каждой сфере жизни человека используются электронные приборы или электронные устройства автоматики. Неотъемлемой частью многих радиоэлектронных и электронных устройств являются стабилизаторы постоянного напряжения. В одних устройствах они используются как высокостабильные источники питания, обеспечивающие необходимую надежность работы, в других – не только как источники питания, но и как источники эталонного (образцового) напряжения. Образцовое напряжение необходимо во многих системах авторегулирования и телеметрии, измерительных схемах, в схемах электрического моделирования. При проектировании электронной аппаратуры предъявляются высокие требо­вания к стабильности питающего напряжения. Как медленные, так и быстрые колебания напряжения питания су­щественно изменяют режим и параметры электронной схемы. Причинами нестабильности могут быть колебания напряжения и частоты питающей сети, изменения нагрузки, пульсации выпрямленного напряжения, колебания нагрузки и влажности окружающей среды.

Стабилизатором напря­жения называют устройство, поддерживающее с определенной точностью неиз­менным напряжение на нагрузке, при воздействии дестабилизирующих факторов в заданных пределах.

По принципу работы стабилизаторы делят на параметрические и компенсаци­онные. В свою очередь параметрические стабилизаторы бывают однокаскадными, многокаскадными и мостовыми. Компенсационные стабилизаторы могут быть с непрерывным или импульсным регулированием, и те и другие могут быть после­довательного или параллельного типа.

Параметрические стабилизаторы осуществляют стабилизацию напряжения за счет изменения параметров полупроводниковых приборов: стабилитронов, стабисторов, транзисторов и др. Изменяемым параметром полупроводниковых стабилизаторов напряжения является их сопротивление или проводимость.

Компенсационные стабилизаторы представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования напряжения на нагрузке, выполненные на полу­проводниковых приборах. Выходное напряжение в этих стабилизаторах под­держивается равным или пропорциональным стабильному опорному напряже­нию, которое обычно создается одним из типов параметрических стабилизаторов. Компенсационные стабилизаторы содержат регулирующий элемент (обычно тран­зистор), который может включаться последовательно или параллельно нагрузке. Стабилизатор с последовательным включением регулирующего элемента называ­ют сериесным, а с параллельным включением — шунтовым. Регулирующий элемент может работать в непрерывном или ключевом режимах. В импульсных стабилизаторах используется ключевой режим работы регулирующего элемента. В стабилизаторах с непрерывным регулированием регулирующий элемент работа­ет в непрерывном режиме.

По выходной мощности стабилизаторы можно разделить на маломощные (до 1Вт), средней мощности (до 250 Вт) и большой мощности (свыше 250 Вт). Мало­мощные стабилизаторы используются в измерительной технике, в АЦП и ЦАП. Стабилизаторы средней мощности используются для питания малых ЭВМ и маломощных электронных устройств. Мощные стабилизаторы применяют для питания лазерных установок, электрон­ных микроскопов и др.

По точности поддержания выходного напряжения на нагрузке стабилиза­торы делят на прецизионные (изменение напряжения не более 0,005%), точные (изменение напряжения от 0,01 до 0,005%), средней точности (изменение напряжения от 0,1 до 0,01%) и низкой точности (изменение напряжения от 1 до 0,1%). В прецизионных стабилизаторах для получения наивысшей точности под­держания выходного напряжения используются специальные устройства, исклю­чающие влияние изменения температуры окружающей среды (термостаты или криостаты).

Основные параметры стабилизаторов напряжения. Параметры стабилизаторов напряжения позволяют сравнивать их по качеству работы, выбирать те, которые удовлетворяют требованиям эксплуатации электронных устройств. К таким пара­метрам относят: номинальное выходное напряжение U_вых, диапазон изменения входного напряжения U_вх.min и U_вх.max, диапазон изменения тока нагрузки I_н.min и I_н.maxкоэффициент полезного действия η, коэффициент нестабильности по напря­жению К _н.U и коэффициент нестабильности по току K _н.I, коэффициент сглаживания пульсаций K _{сг .} и быстродействие.

Обзор существующих или возможных решений задачи

Для данного проекта я выбрал компенсационный стабилизатор непрерывного действия, так как является устройством автомати­ческого регулирования выходной величины. По сравнению с параметрическими компенсационные стабилизаторы отличаются большими выходными токами, меньшими выходными сопротивлениями, большими коэф­фициентами стабилизации. В состав компенсационного стабилизато­ра напряжения обычно входят следующие устройства: устройство регулирующее, устройство измерения, усилитель постоянного тока.

Устройство регулирующее включается последовательно или параллельно (рис.1 а—последовательного типа, б—параллельного типа).

Uвх

Rб

Uоп

Uн

Rн

У

ИОН

РЭ

СС

Uоп

Uн

Rн

У

ИОН

РЭ

СС

Uвх

а

б

Рис.1

Структурная схема компенсационного стабилизатора непрерывного действия

а—последовательного, б—параллельного типа

 

В основном используются стабилизаторы последова­тельного типа благодаря высокому коэффициенту стабилизации и более высокому КПД. Стабилизаторы параллельного типа использу­ются в аппаратуре, где возможны перегрузки по току и короткие замыкания в нагрузке. Схемы компенсационных стабилизаторов параллельного типа хоть и не боятся коротких замыканий, но они менее экономич­ны, чем схемы последовательного типа, особенно при работе с минимальными токами нагрузки. Компенсационные стабили­заторы последовательного типа благодаря экономичности получили в настоящее время широкое распространение, в них применяются схемы защиты от перегрузки и коротких замыканий.

Для данного проекта я выбрал компенсационный стабилизатор непрерывного действия последовательного типа на транзисторах (рис.2).

Рис.2

Принципиальная схема компенсационного стабилизатора на­пряжения последовательного типа на транзисторах

 

В компенсационных стабилизаторах последовательного типа регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой и играет роль управляемого балластного сопротивления. Разностный сигнал рассогласования формируемый схемой сравнения ССпоступает на вход усилителя постоянного тока У, усиливается и воздействует на регулирующий элемент РЭ. При положительном сигнале рассогласования ,внутреннее сопротивление РЭ возрастает и падение напряжения на нем увеличивается. Так как РЭи нагрузка включены последовательно, то при увеличении выходное напряжение уменьшается стремясь к значению

При отрицательном сигнале рассогласования , наоборот, внутреннее сопротивление РЭ и падение напряжения на нем уменьшается, что приводит к возрастанию выходного на­пряжения .

Помимо дискретных элементов компенсационные стабилизаторы непрерывного действия могут быть изготовлены на операционных усилителях (рис.3), на базах разных микромодулей и др.

Рис.3

Принципиальная схема компенсационного стабилизатора на­пряжения последовательного типа на операционном усилителе

 

В этой схеме регу­лирующий элемент подключен параллельно нагрузке, последовательно с ними включается балластный резистор R _б. Та­ким образом, схема компенсационного стабилизатора параллель­ного типа при отсутствии усилителя У по своей структуре напоми­нает схему параметрического стабилизатора, в которой роль регу­лирующего элемента играет стабилитрон.

Схема работает следующим образом: разностный сиг­нал рассогласования , формируемый схемой сравнения усиливается с помощью усилителя У и воздействует на регулирующий элемент, изменяя его ток таким образом, чтобы обеспечить постоянство выходного напряжения U _н.

Коэффициент стабилизации последовательных компенсационных стабилизаторов достигает нескольких тысяч и зависит от коэффи­циента усиления усилителя У. Однако следует учитывать, что при увеличении коэффициента усиления до определенного значения схема стабилизатора самовозбуждается.

 

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: