Решение задачи: Расчет ВИП для варианта 18

Для решения задачи по расчету вторичного источника питания (ВИП) для варианта 18 воспользуемся приведенными методическими указаниями. Дано (Вариант 18): \(U_C = 190\) В — напряжение сети; \(f_C = 60000\) Гц — частота сети; \(\delta U_C = 10\) % — нестабильность сети; \(U = 9\) В — выходное напряжение; \(\delta U = 0,1\) % — нестабильность выхода; \(K_{\text{п}} = 0,2\) % — коэффициент пульсаций; \(I_{\text{max}} = 1,2\) А; \(I_{\text{min}} = 1,2\) А. 1. Выбор структуры ВИП Так как требуемая нестабильность очень мала (\(\delta U = 0,1\) %), рассчитаем требуемый коэффициент стабилизации: \[ K_{ст} = \frac{\delta U_C}{\delta U} = \frac{10}{0,1} = 100 \] Поскольку \(K_{ст} > 15\), согласно методическим указаниям, необходимо использовать интегральный стабилизатор напряжения (ИСН) или параметрический стабилизатор с эмиттерным повторителем. Учитывая большой ток нагрузки (\(1,2\) А), выбираем ИСН (например, типа КР142ЕН8А на 9 В). 2. Расчет параметров стабилизатора (ИСН) Для ИСН типа КР142ЕН8А (аналог 7809): Выходное напряжение: \(U = 9\) В; Максимальный ток: \(I_{ИСН.max} = 1,5\) А (больше \(I_{\text{max}} = 1,2\) А); Минимальное падение напряжения: \(U_{вх} - U \approx 2,5 \dots 3\) В. Следовательно, номинальное входное напряжение ИСН должно быть: \[ U_{вх} = U + 3 = 9 + 3 = 12 \] В. 3. Расчет фильтра и выпрямителя Коэффициент сглаживания для ИСН обычно составляет \(K_{сг} \approx 50 \dots 60\) дБ. Переведем 50 дБ в разы: \[ K_{сг} = 10^{50/20} \approx 316 \] Допустимый уровень пульсаций на входе ИСН: \[ K_{п.вх} = K_п \cdot K_{сг} = 0,2 \cdot 316 = 63,2 \% \] Согласно методичке, если \(K_{п.вх} > 10\) %, принимаем для расчета емкости \(K_{п.вх} = 10\) %. Частота пульсаций (двухполупериодный выпрямитель): \[ f_п = 2 f_C = 2 \cdot 60000 = 120000 \] Гц. Ток потребления ИСН \(I_п \approx I_{\text{max}} = 1,2\) А. Минимальное мгновенное напряжение на входе: \[ U_{вх.min} = U_{вх} (1 - 0,01 \delta U_C) (1 - K_{п.вх}/100) = 12 \cdot 0,9 \cdot 0,9 = 9,72 \] В. (Это выше минимально допустимого для ИСН, расчет корректен). Емкость конденсатора фильтра: \[ C \geq \frac{100 \cdot I_{\text{max}}}{2 f_п K_{п.вх} U_{вх.min}} = \frac{100 \cdot 1,2}{2 \cdot 120000 \cdot 10 \cdot 9,72} \approx \frac{120}{23328000} \approx 5,1 \cdot 10^{-6} \] Ф. Выбираем ближайший номинал из ряда Е6: \(C = 6,8\) мкФ (или больше, учитывая высокую частоту, можно использовать керамические или танталовые конденсаторы). 4. Расчет трансформатора Напряжение вторичной обмотки \(U_2\) (при \(n=2\) диода и \(U_{пр.ср} \approx 0,8\) В для мощных диодов): \[ U_2 \approx \frac{(1 + 0,01 K_{п.вх}) U_{вх} + 2 U_{пр.ср}}{\sqrt{2}} = \frac{1,1 \cdot 12 + 1,6}{1,41} \approx \frac{14,8}{1,41} \approx 10,5 \] В. Коэффициент трансформации: \[ K_{12} = \frac{U_C}{U_2} = \frac{190}{10,5} \approx 18,1 \] 5. Выбор диодов Средний ток через диод: \(I_{ср} = I_{\text{max}} / 2 = 1,2 / 2 = 0,6\) А. Обратное напряжение: \[ U_{обр} = 1,1 \cdot U_2 \cdot \sqrt{2} = 1,1 \cdot 10,5 \cdot 1,41 \approx 16,3 \] В. Частота \(f_C = 60\) кГц требует использования быстродействующих диодов (диоды Шоттки или ультрабыстрые диоды).