Обозначения элементов на электронных схемах

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ ПО ФИЗИЧЕСКИМ ОСНОВАМ ЭЛЕКТРОНИКИ

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ №1

Расчет параметрического стабилизатора постоянного напряжения

Цель расчетно-графической работы: согласно заданных исходных данных выбрать стабилитрон и рассчитать параметры стабилизатора напряжения, изучить правила обозначения элементов по электронной схеме и дать навыки пользования справочниками по приборам.

 

Обозначения элементов на электронных схемах

На схеме элементы обозначаются согласно определенным стандартам.

Обозначение элементов подписывается:

- при горизонтальном расположении элемента либо сверху, либо снизу

 

 

- при вертикальном расположении справа или слева.

Писать маркировку элемента и его марку «через» элемент недопустимо:

 

После расчета значения сопротивления или емкости из ряда номинальных значений выбирают величину, выпускаемую промышленностью. Существует несколько рядов номинальных значений отличающихся допуском в процентах E3, Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Наиболее распространен ряд Е24 (5%).

 

Ряд	Допуск	Стандартный ряд значений [×10; ×100] (Ом, кОм, мОм) (нФ, пФ)
Е6	±20%	1,0	1,5	2,2	3,3	4,7	6,8
Е12	±10%	1,0 1,2	1,5 1,8	2,2 2,7	3,3 3,9	4,7 5,6	6,8 8,2
Е24	±5%	1,0 1,1 1,2 1,3	1,5 1,6 1,8 2,0	2,2 2,4 2,7 3,0	3,3 3,6 3,9 4,3	4,7 5,1 5,6 6,2	6,8 7,5 8,2 9,1
Е48	±2%

 

Любое число ряда может иметь размерность Ом, кОм, мОм - для сопротивления, нФ, пФ – для емкости, и быть умножено на 10 или на 100.

На схемах сопротивление обозначается по следующему правилу:

- если значения сопротивления находится в пределах 0 < R < 1000 Ом, оно обозначается в омах и подписывается в виде целого числа без букв (пример: R ₁ = 100 Ом на схеме пишется R 1 100);

- если значение сопротивления находится в пределах 1000 Ом ≤ R < 1000000 Ом, оно обозначается в килоомах, и подписывается в виде целого или дробного числа с буквой К (пример: R ₂ = 1000 Ом = 1 кОм на схеме пишется R 2 1К);

- если значение сопротивления больше или равно 10⁶ Ом, оно обозначается в мегаомах и подписывается в виде десятичной дроби без буквы (пример: R ₃ = 2×10⁶ Ом = 2 МОм на схеме пишется R 3 2,0).

Стабилизатор напряжения (тока) – устройство, включаемое между источником и потребителем, автоматически поддерживающее постоянным напряжение (ток) потребителя с заданной степенью точности при изменении дестабилизирующих факторов в заданных пределах. Основными дестабилизирующими факторами являются колебания входного (питающего) напряжения, изменения потребляемой мощности, температуры окружающей среды и др.

Параметрический стабилизатор – стабилизатор, в котором стабилизация напряжения (тока) осуществляется за счет включения нелинейного элемента, имеющего соответствующую вольт-амперную характеристику. В стабилизаторах напряжения нелинейный элемент включают параллельно нагрузке, в стабилизаторах тока – последовательно с нагрузкой.

Схема параметрического стабилизатора, предназначена для поддержания неизменным постоянного напряжения на нагрузке U_н (стабилизации), при отключении входного напряжения U_o вниз на ∆₁ % и вверх на ∆₂ %, и колебания тока через нагрузку, от рабочего I_н до минимального I_{н min} с требуемым коэффициентом стабилизации.

Исходные данные:

 

U_н = 10 B,

I_н = 15 мА,

I_{н min} = 5 мА,

К_ст ≥ 30,

∆₁ = ∆₂ = 10 %

 

Выбрать стабилитрон VD, рассчитать балластное сопротивление R_б и коэффициент полезного действия η.

 

I. Выбирается стабилитрон и рассчитывается допустимый коэффициент стабилизации при выбранном стабилитроне:

.

Данный коэффициент должен быть больше коэффициента стабилизации К_ст, требуемого по условию (К_{ст.доп .}> К_ст).

При выборе стабилитрона должны соблюдаться следующие условия:

U_ст = U_н, I_ст.min ≤ I_н ≤ I_ст.max.

Выбор по первому условию не всегда дает положительный результат, так как иногда невозможно подобрать стабилитрон с необходимыми параметрами, поэтому возможны три варианта схем, параметры которых удовлетворяют данному условию:

а). Выбран стабилитрон, у которого: U_ст = U_н, в формулу для допустимого коэффициента стабилизации К_ст.доп подставляется (U_ст^* = U_ст), выбранного стабилитрона, а также дифференциальное сопротивление стабилизатора равно дифференциальному сопротивлению стабилитрона (r^*_ст = r_ст).

Схема 1

 

 

б). Не удается подобрать один стабилитрон, но есть вариант подбора двух (или трех), у которых U_{ст 1} + U_{ст 2} = U_н, в формуле К_ст.доп: U_ст^* = U_{ст 1} + U_{ст 2}, а дифференциальное сопротивление стабилизатора r_ст^* следует принять как большее из дифференциальных сопротивлений выбранных стабилитронов r_{ст 1} и r_{ст 2}.

Схема 2

 

 

в). Удается подобрать стабилитрон, отличающийся по напряжению от номинального U_н на 1-2 В, тогда последовательно со стабилитроном включается соответственно 1-2 диода в прямом направлении (т.к. прямое падение напряжения на диоде U_пр.д. равно 1В) и в формуле для допустимого коэффициента стабилизации К_ст.доп: U_ст^* = U_ст + U_{пр.д .}, а дифференциальное сопротивление стабилизатора равно дифференциальному сопротивлению стабилитрона (r_ст^* = r_ст).

Схема 3

 

Диод выбирается из условий: I_пр.max > I_ст.min, U_обр ≈ U_о.

 

Выбран стабилитрон Д810, у которого:

U_ст = 10 В (условие выбора выполняется 10 В = 10 В);

I_ст.min = 3 мА, I_ст.max = 26 мА (условие выполняется 3 < 15 < 26 мА);

r_ст = 12 Ом.

Так как допустимый коэффициент стабилизации больше коэффициента стабилизации, принятого по условию: К_ст.доп > К_ст – 42 > 30, то схема будет работать, если условие К_ст.доп > К_ст не выполняется, необходимо взять другой стабилитрон (или два последовательно) с меньшим дифференциальным сопротивлением r_{ст .}

 

II. Рассчитывается входное напряжение U_о

В

Можно (и желательно) округлять до целых, так как по этому напряжению выбирается и рассчитывается выпрямитель.

 

III. Рассчитывается балластное сопротивление стабилизатора R_б и проверяется по максимальному току стабилитрона.

Ом

Из ряда стандартных значений принимаем ближайшее меньшее R_б = 1300 Ом = 1,3 кОм

 

IV. Проводится проверка по максимальному току стабилитрона. Расчетный ток

I^’_ст.max должен быть меньше I_ст.max у стабилитрона.

А = 18 мА

I^’_ст.max < I_ст.max, 18 мА < 26 мА.

Если условие не выполняется, необходимо взять следующее большее значение R_б, но это приведет к уменьшению КПД схемы.

 

V. Рассчитывается КПД стабилизатора при максимальной загрузке

,

 

где А

Схема 4

 

Исходные данные для расчета параметрического стабилизатора напряжения

 

Вариант	Напряжение на нагрузке Uн, В	Ток нагрузки Iн, мА
		7,3
		6,3
		5,3
		4,3
		3,3
		30,6
		29,6
		28,6
		19,8
		18,8
		17,8
		16,8
		26,2
		25,2
		24,2
		23,2
		15,9
		14,9
		27,6
		26,6
		25,6
		24,6
		23,6
		22,6
		21,6
		20,6

 

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: