Решение задачи №4 (Вариант 18)

Решение задачи №4 (Вариант 18) Исходные данные: Напряжение сети: \( U_C = 190 \) В. Частота сети: \( f_C = 60000 \) Гц (60 кГц). Нестабильность сети: \( \delta U_C = 10 \) %. Выходное напряжение: \( U = 9 \) В. Нестабильность выхода: \( \delta U = 0,1 \) %. Коэффициент пульсаций: \( K_{\text{п}} = 0,2 \) %. Ток нагрузки: \( I_{\text{max}} = 1,2 \) А, \( I_{\text{min}} = 1,2 \) А. 1. Выбор структурной схемы Учитывая высокую частоту сети (60 кГц) и требование гальванической развязки, схема должна содержать: - Высокочастотный понижающий трансформатор. - Выпрямительный мост на быстродействующих диодах (диоды Шоттки). - Сглаживающий фильтр. - Линейный или импульсный стабилизатор (для точности \( 0,1 \) % выберем прецизионный линейный стабилизатор). 2. Расчет трансформатора Для нормальной работы стабилизатора минимальное напряжение на входе должно быть: \[ U_{in\_min} = U + \Delta U_{\text{ст}} = 9 + 3 = 12 \text{ В} \] С учетом падения на диодах (\( U_{\text{д}} \approx 1 \text{ В} \)) амплитуда на вторичной обмотке при минимальном напряжении сети: \[ U_{2m\_min} = 12 + 1 = 13 \text{ В} \] Действующее напряжение на вторичной обмотке при номинале сети: \[ U_2 = \frac{U_{2m\_min}}{\sqrt{2} \cdot (1 - \delta U_C / 100)} = \frac{13}{1,41 \cdot 0,9} \approx 10,2 \text{ В} \] Коэффициент трансформации: \[ n = \frac{U_C}{U_2} = \frac{190}{10,2} \approx 18,6 \] 3. Расчет выпрямителя Так как частота высокая (60 кГц), используем диоды Шоттки для уменьшения потерь. Максимальное обратное напряжение: \[ U_{\text{обр}} = \sqrt{2} \cdot U_2 \cdot 1,1 \approx 1,41 \cdot 10,2 \cdot 1,1 \approx 15,8 \text{ В} \] Средний ток через диод: \[ I_{\text{д}} = \frac{I_{\text{max}}}{2} = \frac{1,2}{2} = 0,6 \text{ А} \] 4. Расчет фильтра Частота пульсаций после моста: \( f_{\text{п}} = 2 \cdot f_C = 120000 \) Гц. Допустимая амплитуда пульсаций перед стабилизатором (примем \( \Delta U = 0,2 \) В): \[ C = \frac{I_{\text{max}}}{f_{\text{п}} \cdot \Delta U} = \frac{1,2}{120000 \cdot 0,2} = 50 \cdot 10^{-6} \text{ Ф} = 50 \text{ мкФ} \] Выбираем стандартный номинал \( 100 \text{ мкФ} \) с низким эквивалентным сопротивлением (Low ESR), так как частота высокая. 5. Стабилизатор Для обеспечения нестабильности \( 0,1 \) % используем микросхему типа КР142ЕН8А (на 9 В) или регулируемый стабилизатор типа LM317. Высокий коэффициент подавления пульсаций микросхемы обеспечит итоговый \( K_{\text{п}} = 0,2 \) % с большим запасом. 6. Принципиальная схема (описание) В тетради изображается: 1. Вход \( U_C \) (60 кГц). 2. Высокочастотный трансформатор \( T1 \) с ферритовым сердечником. 3. Диодный мост \( VD1-VD4 \) (диоды Шоттки). 4. Фильтрующий конденсатор \( C1 \) (электролитический) и \( C2 \) (керамический для подавления ВЧ-помех). 5. Микросхема-стабилизатор \( DA1 \). 6. Выходной конденсатор \( C3 \). Вывод: Использование высокой частоты 60 кГц позволяет значительно сократить габариты устройства, что является приоритетным направлением в развитии отечественных систем электропитания для авиации и спецтехники. Применение ферритовых сердечников в трансформаторе обеспечивает высокий КПД.