Решение задачи №39: Расчет ВИП (12В, 1.3А)

Для решения задачи по расчету вторичного источника питания (ВИП) для варианта №39 выпишем исходные данные и проведем поэтапный расчет. Исходные данные (Вариант 39): Напряжение сети: \( U_C = 400 \) В. Частота сети: \( f_C = 10000 \) Гц (10 кГц). Нестабильность сети: \( \delta U_C = 5 \) %. Выходное напряжение: \( U = 12 \) В. Нестабильность выхода: \( \delta U = 0,4 \) %. Коэффициент пульсаций: \( K_{\text{п}} = 0,001 \) % (или \( 10^{-5} \) в относительных единицах). Ток нагрузки: \( I_{\text{max}} = 1,3 \) А, \( I_{\text{min}} = 1,3 \) А (нагрузка постоянная). 1. Выбор структурной схемы Так как требуется гальваническая развязка, высокая частота сети (10 кГц) и очень жесткие требования к пульсациям (\( 0,001 \) %) и стабильности, схема должна включать: - Входной трансформатор (для развязки и понижения напряжения). - Выпрямитель (мостовой двухполупериодный). - Сглаживающий фильтр (емкостный или Г-образный). - Линейный стабилизатор напряжения (для обеспечения высокой точности). 2. Расчет трансформатора Коэффициент трансформации \( n \) должен обеспечить работу стабилизатора при минимальном напряжении в сети. Примем падение напряжения на стабилизаторе \( U_{\text{ст}} \approx 3 \) В и на диодах \( U_{\text{д}} \approx 1,4 \) В. Минимальное амплитудное значение на вторичной обмотке: \[ U_{2m\_min} = U + U_{\text{ст}} + U_{\text{д}} = 12 + 3 + 1,4 = 16,4 \text{ В} \] Действующее значение напряжения на вторичной обмотке при номинале: \[ U_2 = \frac{U_{2m\_min}}{\sqrt{2} \cdot (1 - \delta U_C / 100)} = \frac{16,4}{1,41 \cdot 0,95} \approx 12,2 \text{ В} \] Коэффициент трансформации: \[ n = \frac{U_C}{U_2} = \frac{400}{12,2} \approx 32,8 \] 3. Расчет выпрямителя Выбираем мостовую схему. Максимальное обратное напряжение на диодах: \[ U_{\text{обр}} = \sqrt{2} \cdot U_2 \cdot (1 + \delta U_C / 100) = 1,41 \cdot 12,2 \cdot 1,05 \approx 18,1 \text{ В} \] Средний ток через диод: \[ I_{\text{д}} = \frac{I_{\text{max}}}{2} = \frac{1,3}{2} = 0,65 \text{ А} \] 4. Расчет фильтра и стабилизатора Для достижения пульсаций \( 0,001 \) % необходим стабилизатор с высоким коэффициентом подавления пульсаций (\( K_{\text{сглаж}} \)). Требуемый коэффициент сглаживания: \[ K_{\text{с}} = \frac{K_{\text{п\_вх}}}{K_{\text{п}}} \] Где \( K_{\text{п\_вх}} \) — пульсации после выпрямителя (около 67% для моста без фильтра). Современные микросхемы-стабилизаторы (например, серии 7812 или регулируемые аналоги) обеспечивают подавление пульсаций порядка 60-70 дБ (в 1000-3000 раз). Емкость фильтра \( C \) для частоты 10 кГц (период \( T = 0,0001 \) с): \[ C \approx \frac{I_{\text{max}}}{2 \cdot f_C \cdot \Delta U} \] Примем допустимый размах пульсаций перед стабилизатором \( \Delta U = 1 \) В: \[ C = \frac{1,3}{2 \cdot 10000 \cdot 1} = 65 \cdot 10^{-6} \text{ Ф} = 65 \text{ мкФ} \] С учетом запаса выбираем конденсатор \( 100 \text{ мкФ} \). 5. Принципиальная схема (описание для тетради) Начертите схему в следующем порядке: 1. Входные клеммы \( U_C \). 2. Трансформатор \( T1 \) с двумя обмотками. 3. Диодный мост \( VD1-VD4 \), подключенный ко вторичной обмотке. 4. Параллельно выходу моста — электролитический конденсатор \( C1 \). 5. Микросхема-стабилизатор \( DA1 \) (вход к конденсатору, общий к минусу). 6. Выходной конденсатор \( C2 \) (небольшой емкости для устойчивости). 7. Выходные клеммы к нагрузке \( R_{\text{н}} \). Вывод: Для реализации источника питания по варианту 39 необходим понижающий трансформатор с \( n \approx 33 \), диодный мост на ток более 1.3 А и интегральный стабилизатор напряжения на 12 В с высоким коэффициентом стабилизации. Использование высокой частоты (10 кГц) позволяет значительно уменьшить габариты трансформатора и емкость фильтра.