Решение задачи: Вариант 39. Решение задачи: Вариант 47

Для решения задачи по варианту 47 выпишем исходные данные и проведем расчет согласно методическим указаниям. Дано: \( U_C = 480 \) В — напряжение питающей сети; \( f_C = 7500 \) Гц — частота сети; \( \delta U_C = 15 \% \) — нестабильность сетевого напряжения; \( U = 6 \) В — требуемое выходное напряжение; \( \delta U = 3 \% \) — нестабильность выходного напряжения; \( K_{\text{п}} = 2 \% \) — коэффициент пульсаций на выходе; \( I_{\text{max}} = 0,006 \) А (6 мА); \( I_{\text{min}} = 0,002 \) А (2 мА). 1. Выбор структуры ВИП Рассчитаем требуемый коэффициент стабилизации: \[ K_{\text{ст}} = \frac{\delta U_C}{\delta U} = \frac{15}{3} = 5 \] Так как \( K_{\text{ст}} \le 15 \) и токи нагрузки очень малы (единицы миллиампер), выбираем простейшую структуру: согласующий трансформатор, двухполупериодный мостовой выпрямитель, емкостный фильтр и параметрический стабилизатор напряжения (СН) на одном стабилитроне. 2. Расчет параметров СН а) Выбор стабилитрона: Требуется \( U_{\text{ст}} \approx U = 6 \) В. Выбираем стабилитрон типа КС156А. Параметры: \( U_{\text{ст}} = 5,6 \) В (допускается отклонение до 15%, \( 6 \text{ В} \pm 15\% \) входит в диапазон), \( I_{\text{ст.min}} = 0,003 \) А, \( I_{\text{ст.max}} = 0,055 \) А, \( r_{\text{ст}} = 46 \) Ом. б) Определение входного напряжения СН (\( U_{\text{вх}} \)): Примем \( U_{\text{вх}} \approx 2 \cdot U = 12 \) В для обеспечения надежной работы при просадках сети. в) Расчет балластного резистора \( R_{\text{б}} \): Минимальное входное напряжение при нестабильности сети 15%: \[ U_{\text{вх.min}} = U_{\text{вх}} \cdot (1 - 0,01 \cdot \delta U_C) = 12 \cdot 0,85 = 10,2 \text{ В} \] \[ R_{\text{б}} = \frac{U_{\text{вх.min}} - U_{\text{ст}}}{I_{\text{ст.min}} + I_{\text{max}}} = \frac{10,2 - 5,6}{0,003 + 0,006} \approx 511 \text{ Ом} \] Выбираем стандартное значение из ряда Е24: \( R_{\text{б}} = 510 \) Ом. г) Проверка максимального тока стабилитрона: \[ I_{\text{ст.max.расч}} = \frac{U_{\text{вх.max}} - U_{\text{ст}}}{R_{\text{б}}} - I_{\text{min}} \] \[ U_{\text{вх.max}} = 12 \cdot 1,15 = 13,8 \text{ В} \] \[ I_{\text{ст.max.расч}} = \frac{13,8 - 5,6}{510} - 0,002 \approx 0,014 \text{ А} = 14 \text{ мА} \] Так как \( 14 \text{ мА} < 55 \text{ мА} \) (\( I_{\text{ст.max}} \)), стабилитрон выбран верно. 3. Расчет фильтра и выпрямителя а) Коэффициент сглаживания СН: \[ K_{\text{сг}} = \frac{R_{\text{б}}}{r_{\text{ст}}} = \frac{510}{46} \approx 11 \] Допустимый коэффициент пульсаций на входе СН: \[ K_{\text{п.вх}} = K_{\text{п}} \cdot K_{\text{сг}} = 2 \% \cdot 11 = 22 \% \] Согласно методике, если \( K_{\text{п.вх}} > 10 \% \), принимаем для расчета \( K_{\text{п.вх}} = 10 \% \). б) Расчет емкости конденсатора \( C \): Частота пульсаций \( f_{\text{п}} = 2 f_C = 2 \cdot 7500 = 15000 \) Гц. Ток потребления СН: \( I_{\text{п}} = I_{\text{ст.max.расч}} + I_{\text{min}} \approx 0,016 \) А. \[ C \ge \frac{100 \cdot I_{\text{п}}}{2 f_{\text{п}} \cdot K_{\text{п.вх}} \cdot U_{\text{вх}}} = \frac{100 \cdot 0,016}{2 \cdot 15000 \cdot 10 \cdot 12} \approx 0,44 \cdot 10^{-6} \text{ Ф} \] Выбираем конденсатор \( C = 0,47 \text{ мкФ} \) (или \( 1 \text{ мкФ} \) для запаса) на напряжение 25 В. 4. Расчет трансформатора Напряжение вторичной обмотки \( U_2 \): \[ U_2 \approx \frac{U_{\text{вх}}}{\sqrt{2}} = \frac{12}{1,41} \approx 8,5 \text{ В} \] Коэффициент трансформации: \[ K_{12} = \frac{U_C}{U_2} = \frac{480}{8,5} \approx 56,5 \] 5. Выбор диодов Средний ток через диод \( I_{\text{ср}} = I_{\text{п}} / 2 = 0,008 \) А. Обратное напряжение \( U_{\text{обр}} \approx 1,41 \cdot U_2 = 12 \) В. Учитывая высокую частоту (7,5 кГц), выбираем быстрые диоды или диоды Шоттки, например, КД212 или импортные 1N4148 (до 100 мА). Принципиальная электрическая схема: 1. Трансформатор \( T1 \) (понижающий \( 480/8,5 \) В). 2. Выпрямительный мост \( VD1-VD4 \). 3. Сглаживающий конденсатор \( C1 \) параллельно выходу моста. 4. Балластный резистор \( R_{\text{б}} \), включенный последовательно в цепь \( + \). 5. Стабилитрон \( VD5 \), включенный параллельно нагрузке в обратном направлении.