Решение задачи: Вариант 39

Для решения задачи по варианту 39 выпишем исходные данные и проведем расчет согласно методическим указаниям. Дано: \( U_C = 400 \) В — напряжение сети; \( f_C = 10000 \) Гц — частота сети; \( \delta U_C = 5 \% \) — нестабильность сети; \( U = 12 \) В — выходное напряжение; \( \delta U = 0,4 \% \) — нестабильность выхода; \( K_{\text{п}} = 0,001 \% \) — коэффициент пульсаций; \( I_{\text{max}} = 1,3 \) А; \( I_{\text{min}} = 1,3 \) А. 1. Выбор структуры и типа стабилизатора Рассчитаем требуемый коэффициент стабилизации: \[ K_{\text{ст}} = \frac{\delta U_C}{\delta U} = \frac{5}{0,4} = 12,5 \] Так как \( K_{\text{ст}} \le 15 \), согласно методике, можно использовать параметрический стабилизатор напряжения (СН). Однако, учитывая большой ток нагрузки (\( 1,3 \) А), обычный стабилитрон не справится. Необходимо использовать параметрический СН с эмиттерным повторителем на транзисторе. 2. Расчет параметров СН а) Выбор стабилитрона и транзистора: Для \( U = 12 \) В выберем стабилитрон с напряжением стабилизации \( U_{\text{ст}} \approx 12,6 \) В (с учетом падения на переходе транзистора \( \approx 0,6 \) В). Подойдет стабилитрон Д815Г. Параметры Д815Г: \( U_{\text{ст}} = 12,5 \) В, \( I_{\text{ст.min}} = 0,05 \) А, \( I_{\text{ст.max}} = 0,5 \) А, \( r_{\text{ст}} = 2 \) Ом. Выберем мощный транзистор, например, КТ815А с \( h_{21э} \ge 40 \). б) Расчет тока базы и балластного резистора: Ток нагрузки параметрического СН (ток базы транзистора): \[ I_{\text{н.сн}} = \frac{I_{\text{max}}}{h_{21э}} = \frac{1,3}{40} = 0,0325 \text{ А} \] Это значительно меньше \( I_{\text{ст.max}} \), значит схема работоспособна. в) Определение входного напряжения \( U_{\text{вх}} \): Примем \( U_{\text{вх}} \approx 1,5 \cdot U = 18 \) В. г) Расчет балластного резистора \( R_{\text{б}} \): \[ R_{\text{б}} = \frac{U_{\text{вх.min}} - U_{\text{ст}}}{I_{\text{ст.min}} + I_{\text{н.сн}}} \] Где \( U_{\text{вх.min}} = U_{\text{вх}} \cdot (1 - 0,01 \cdot \delta U_C) = 18 \cdot 0,95 = 17,1 \) В. \[ R_{\text{б}} = \frac{17,1 - 12,5}{0,05 + 0,0325} \approx 55,7 \text{ Ом} \] Выбираем стандартное значение \( R_{\text{б}} = 56 \) Ом. 3. Расчет выпрямителя и фильтра а) Коэффициент сглаживания: Для параметрического СН: \[ K_{\text{сг}} = \frac{R_{\text{б}}}{r_{\text{ст}}} = \frac{56}{2} = 28 \] Допустимые пульсации на входе СН: \[ K_{\text{п.вх}} = K_{\text{п}} \cdot K_{\text{сг}} = 0,001 \cdot 28 = 0,028 \% \] Так как значение очень мало, для расчета емкости возьмем минимально разумное \( K_{\text{п.вх}} = 1 \% \) (согласно рекомендации при очень жестких требованиях). б) Емкость конденсатора \( C \): Частота пульсаций для мостовой схемы: \( f_{\text{п}} = 2 f_C = 20000 \) Гц. \[ C \ge \frac{100 \cdot I_{\text{max}}}{2 f_{\text{п}} \cdot K_{\text{п.вх}} \cdot U_{\text{вх}}} = \frac{100 \cdot 1,3}{2 \cdot 20000 \cdot 1 \cdot 18} \approx 180 \cdot 10^{-6} \text{ Ф} = 180 \text{ мкФ} \] Выбираем из ряда Е6: \( C = 220 \) мкФ на напряжение 25 В. 4. Расчет трансформатора Напряжение вторичной обмотки \( U_2 \): \[ U_2 \approx \frac{U_{\text{вх}}}{\sqrt{2}} = \frac{18}{1,41} \approx 12,8 \text{ В} \] Коэффициент трансформации: \[ K_{12} = \frac{U_C}{U_2} = \frac{400}{12,8} \approx 31,25 \] 5. Выбор диодов Средний ток через диод: \( I_{\text{ср}} = I_{\text{max}} / 2 = 0,65 \) А. Обратное напряжение: \( U_{\text{обр}} \approx \sqrt{2} \cdot U_2 = 18 \) В. Выбираем диоды Шоттки (для работы на частоте 10 кГц), например, 1N5822. Принципиальная схема: Схема включает в себя: 1. Трансформатор (понижающий). 2. Диодный мост (4 диода). 3. Сглаживающий электролитический конденсатор \( C \). 4. Параметрический стабилизатор: резистор \( R_{\text{б}} \), стабилитрон параллельно выходу, и транзистор, включенный по схеме эмиттерного повторителя (коллектор к \( + \) фильтра, база к стабилитрону, эмиттер — выход \( + \)).