Решение задачи №4 (Вариант 47) по электротехнике

Решение задачи №4 (Вариант 47) Исходные данные: Напряжение сети: \( U_C = 480 \) В. Частота сети: \( f_C = 7500 \) Гц. Нестабильность сети: \( \delta U_C = 15 \) %. Выходное напряжение: \( U = 6 \) В. Нестабильность выхода: \( \delta U = 3 \) %. Коэффициент пульсаций: \( K_{\text{п}} = 2 \) %. Ток нагрузки: \( I_{\text{max}} = 0,006 \) А, \( I_{\text{min}} = 0,002 \) А. 1. Выбор схемы источника питания Для обеспечения гальванической развязки и заданных параметров выбираем схему, состоящую из: - Понижающего трансформатора. - Двухполупериодного мостового выпрямителя. - Сглаживающего емкостного фильтра. - Линейного стабилизатора напряжения (так как требуется высокая стабильность). 2. Расчет трансформатора Минимальное напряжение на входе стабилизатора должно быть выше выходного на величину падения напряжения на регулирующем элементе (\( U_{\text{рег}} \approx 3 \) В) и диодах (\( U_{\text{д}} \approx 1,4 \) В). Минимальное амплитудное значение на вторичной обмотке: \[ U_{2m\_min} = U + U_{\text{рег}} + U_{\text{д}} = 6 + 3 + 1,4 = 10,4 \text{ В} \] Действующее значение напряжения на вторичной обмотке при номинальном напряжении сети: \[ U_2 = \frac{U_{2m\_min}}{\sqrt{2} \cdot (1 - \delta U_C / 100)} = \frac{10,4}{1,41 \cdot 0,85} \approx 8,68 \text{ В} \] Коэффициент трансформации: \[ n = \frac{U_C}{U_2} = \frac{480}{8,68} \approx 55,3 \] 3. Расчет выпрямителя Максимальное обратное напряжение на диодах при максимальном напряжении сети: \[ U_{\text{обр}} = \sqrt{2} \cdot U_2 \cdot (1 + \delta U_C / 100) = 1,41 \cdot 8,68 \cdot 1,15 \approx 14,1 \text{ В} \] Средний ток через диод: \[ I_{\text{д}} = \frac{I_{\text{max}}}{2} = \frac{0,006}{2} = 0,003 \text{ А} \] 4. Расчет сглаживающего фильтра Для частоты \( f_C = 7500 \) Гц частота пульсаций после мостового выпрямителя составит \( f_{\text{п}} = 2 \cdot f_C = 15000 \) Гц. Требуемая емкость конденсатора для обеспечения допустимых пульсаций (примем размах пульсаций перед стабилизатором \( \Delta U \approx 0,5 \) В): \[ C = \frac{I_{\text{max}}}{f_{\text{п}} \cdot \Delta U} = \frac{0,006}{15000 \cdot 0,5} = 0,8 \cdot 10^{-6} \text{ Ф} = 0,8 \text{ мкФ} \] С учетом запаса и стандартного ряда выбираем конденсатор емкостью \( 1 \text{ мкФ} \). 5. Описание принципиальной схемы При оформлении в тетради следует изобразить: 1. Входные клеммы переменного тока \( 480 \) В. 2. Трансформатор \( T1 \), обеспечивающий гальваническую развязку. 3. Диодный мост \( VD1-VD4 \), подключенный ко вторичной обмотке. 4. Электролитический конденсатор \( C1 \), включенный параллельно выходу моста. 5. Микросхему-стабилизатор \( DA1 \) (например, типа КР142ЕН5Б или аналогичную на \( 6 \) В). 6. Выходной конденсатор \( C2 \) для фильтрации высокочастотных помех. Вывод: Данный расчет показывает, что использование повышенной частоты сети (\( 7,5 \) кГц) позволяет применять компоненты (трансформатор и конденсаторы) значительно меньших габаритов по сравнению с промышленной частотой \( 50 \) Гц. Это соответствует современным тенденциям развития отечественной электронной техники.