Решение задачи: Вариант 39 (Расчет вторичного источника питания)

Для решения задачи по расчету вторичного источника питания (ВИП) для варианта 39 воспользуемся приведенными методическими указаниями. Дано (вариант 39): \(U_C = 400\) 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 — макс. ток нагрузки; \(I_{\text{min}} = 1,3\) А — мин. ток нагрузки. 1. Выбор структуры ВИП Так как требования к стабильности (\(\delta U = 0,4\%\)) и пульсациям (\(K_{\text{п}} = 0,001\%\)) очень высокие, использование простого параметрического стабилизатора на стабилитроне невозможно. Согласно методичке, при высоких требованиях следует ориентироваться на интегральный стабилизатор напряжения (ИСН). Для выходного напряжения 12 В и тока 1,3 А выберем отечественную микросхему серии КР142ЕН8Б (аналог 7812). Параметры КР142ЕН8Б: \(U_{\text{вых}} = 12\) В; \(I_{\text{вых.max}} = 1,5\) А (что больше наших 1,3 А); \(U_{\text{вх.ном}} = 19\) В; Минимальное входное напряжение \(U_{\text{вх.min}} = 14,5\) В; Коэффициент сглаживания пульсаций \(K_{\text{сг}} \approx 50\) дБ. 2. Расчет параметров стабилизатора Переведем коэффициент сглаживания из дБ в разы: \[ K_{\text{сг}} = 10^{50/20} \approx 316 \] Допустимый коэффициент пульсаций на входе ИСН: \[ K_{\text{п.вх}} = K_{\text{п}} \cdot K_{\text{сг}} = 0,001\% \cdot 316 = 0,316\% \] 3. Расчет выпрямителя и фильтра Выбираем двухполупериодную мостовую схему. Частота пульсаций: \[ f_{\text{п}} = 2 \cdot f_C = 2 \cdot 10000 = 20000 \text{ Гц} \] Минимальное мгновенное значение напряжения на входе ИСН должно быть не менее 14,5 В. Примем номинальное входное напряжение \(U_{\text{вх}} = 19\) В. Рассчитаем емкость конденсатора фильтра \(C\). Ток потребления ИСН \(I_{\text{п}} \approx 0,01\) А. \[ C \ge \frac{100 \cdot (I_{\text{max}} + I_{\text{п}})}{2 \cdot f_{\text{п}} \cdot K_{\text{п.вх}} \cdot U_{\text{вх}}} \] \[ C \ge \frac{100 \cdot (1,3 + 0,01)}{2 \cdot 20000 \cdot 0,316 \cdot 19} \approx 0,000545 \text{ Ф} = 545 \text{ мкФ} \] Выбираем ближайший номинал из ряда Е6 в большую сторону: \(C = 680 \text{ мкФ}\) на рабочее напряжение 25 В. 4. Расчет трансформатора Напряжение вторичной обмотки \(U_2\). Учтем падение на диодах (\(n=2\), \(U_{\text{пр}} \approx 0,8\) В): \[ U_2 \approx \frac{(1 + 0,01 \cdot K_{\text{п.вх}}) \cdot U_{\text{вх}} + 2 \cdot U_{\text{пр}}}{\sqrt{2}} \] \[ U_2 \approx \frac{(1 + 0,01 \cdot 0,316) \cdot 19 + 1,6}{1,41} \approx 14,65 \text{ В} \] Коэффициент трансформации: \[ K_{12} = \frac{U_C}{U_2} = \frac{400}{14,65} \approx 27,3 \] 5. Выбор диодов Средний ток через диод: \[ I_{\text{ср}} = \frac{I_{\text{max}} + I_{\text{п}}}{2} = \frac{1,31}{2} = 0,655 \text{ А} \] Обратное напряжение: \[ U_{\text{обр}} = 1,41 \cdot U_2 \cdot (1 + 0,01 \cdot \delta U_C) = 1,41 \cdot 14,65 \cdot 1,05 \approx 21,7 \text{ В} \] С учетом высокой частоты (10 кГц) выбираем быстродействующие диоды или диоды Шоттки, например, КД212А. Принципиальная схема: 1. Трансформатор \(T_1\) (снижает 400 В до 14,7 В). 2. Диодный мост \(VD_1-VD_4\) (выпрямляет ток). 3. Конденсатор \(C_1 = 680 \text{ мкФ}\) (параллельно выходу моста). 4. Микросхема \(DA_1\) (КР142ЕН8Б, вход к конденсатору, общий к минусу, выход к нагрузке). 5. Нагрузка \(R_{\text{н}}\) подключается к выходу микросхемы.