Размещено на http://www.allbest.ru/

					КР-02069964-110304-22-17
Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата
Разраб.	Сеськин М. В.			Расчет импульсного источника тока	Лит.	Лист	Листов
Провер.	Ильин М. В.							3	21
Реценз.					МГУ им. Н. П. Огарёва ИЭС ЭНЭ 311 гр.
Н.Контр
Утвержд.

ъ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н.П. ОГАРЁВА»

Институт электроники и светотехники

Кафедра электроники и наноэлектроники

КУРСОВАЯ РАБОТА

РАЗРАБОТКА ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА ТОКА

Автор курсовой работы М. В. Сеськин

Руководитель курсовой работы М. В. Ильин

Саранск 2017

Реферат

Курсовая работа содержит 21 страницу, 52 формулы, 5 рисунков, 4 использованных источника.

ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА, ТРАНСФОРМАТОР, ТРАНЗИСТОР, ОДНОВИБРАТОР, ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ.

Объектом исследования является импульсный источник тока.

Цель работы -- расчет параметров и характеристик в соответствии с заданием.

В результате разработки схемы импульсного источника тока мы изучили его параметры и характеристики.

Содержание

Введение

Расчет одновибратора

Расчет трансформатора

Расчет источника тока и охладителя

Моделирование схемы

Заключение

Список использованных источников

Введение

В отличие от традиционных линейных ИП, предполагающих гашение излишнего нестабилизированного напряжения на проходном линейном элементе, импульсные ИП используют иные методы и физические явления для генерации стабилизированного напряжения, а именно: эффект накопления энергии в катушках индуктивности, а также возможность высокочастотной трансформации и преобразования накопленной энергии в постоянное напряжение.

В последнее время в среде специалистов в области электроники и радиотехники, а также в промышленном производстве особую популярность завоевали импульсные источники питания. Наметилась тенденция отказа от типовых громоздких трансформаторных и переход на малогабаритные конструкции импульсных блоков питания, преобразователей напряжения, конвертеров, инверторов.

Импульсные источники питания в настоящее время уверенно приходят на смену устаревшим линейным. Причина - свойственные данным источникам питания высокая производительность, компактность и улучшенные показатели стабилизации.

При тех стремительных изменениях, которые претерпели принципы питания электронной техники за последнее время, информация о расчете, построении и использовании импульсных источников питания становиться все более актуальной.

Расчет одновибратора

Схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 Схема одновибратора

Выразим период импульсов одновибратора по формуле (1), зная их частоту

R₅ и С₂ образуют входной дифференциатор. Определим значение постоянной времени дифференциатора через период импульсов. Будем считать, что за время, равное трём постоянным времени, конденсатор С₂ полностью разряжается.

Если принять, что C₁=C₂=82 нФ, то

В данной работе примем . Меньше брать не советуется, так как при малых значениях постоянной времени дифференциатора искажается форма выходного сигнала.

Длительность импульсов рассчитывается по формуле (4)

После переключения схемы в устойчивое состояние она ещё не готова к повторному запуску. Эта готовность наступает по истечению времени восстановления конденсатора С₁. Время восстановления определяется по формуле (5)

По формулам (4) и (5) задавшись длительностью импульсов и временем восстановления можно найти значения остальных параметров схемы. Так как все составляющие взаимосвязаны, то некоторые из их придётся взять за параметры.

Выразим из формулы (4) произведение . Учтём следующее: , и C₁= 82 нФ.



Для нахождения сопротивления R4 определим выходной ток на нагрузке.

Подбираем стабилитрон под наши параметры. Параметрам соответствует стабилитрон 1N4740A, у которого ток стабилизации составляет 25 мА при напряжении стабилизации 10 В.

По формуле (12) определим значение сопротивления резистора R₄

Операционный усилитель выбирается исходя из напряжения питания и выходного тока нагрузки.

Расчет трансформатора

Согласно заданию, нагрузка должна быть гальванически развязана с источником тока. Для этого использовал трансформатор.

Напряжение питания будет

Рассчитаем напряжение первичной обмотки:

Отсюда коэффициент трансформации:

Нашел относительную длительность импульса q:

Нашел действующее значение тока вторичной обмотки (при длительности импульса t_И = 650 мкс):



Мощность вторичной обмотки, необходимая для питания нагрузки, составит:

Задался КПД трансформатора з = 95%, следовательно, на первичной обмотке трансформатора должно выделяться на 5% мощности больше, чем на вторичной:

Выбрал материал феррит марки 10000НМ со следующими параметрами: B_max= 0,33 Тл, B_r= 0,11 Тл, и магнитной проницаемостью равной 2188. Для любого феррита k_c = 1. Для ориентировочных расчетов можно принять k = 0,3, j = 3А/мм² = 3·10^-6 А/м². Тогда:

Далее выбираем сердечник по данным параметрам.

Полученному значению S_сS_о удовлетворяет сердечник R40х25х11:

S_c= 82,5мм², S_o =490,6мм², S_сS_о= 40,5 · 10^-9м⁴.

Выбрав сердечник, определил число витков первичной обмотки:



Зная коэффициент трансформации, определил число витков вторичной обмотки:

Нашел действующее значение тока первичной обмотки:

Нашел сечение и диаметры проводов первичной и вторичной обмоток:

Полученным значениям сечений соответствуют следующие диаметры проводов:

Начал наматывать обмотки трансформатора, начиная с первичной. Для этого нашел периметр внутреннего кольца сердечника:



Для первичной обмотки будем использовать провод марки ПЭТВ с диаметром равным 0,16 мм и изоляцией провода 0,023 мм.

Далее нашел количество витков, которые можно намотать при данном диаметре с учетом изоляции провода:

Рассчитал периметр второго слоя с исключением толщины первого слоя и изоляции:

Количество витков на второй слой:

Рассчитал периметр третьего слоя с исключением толщины двух слоев и изоляции:

Количество витков на третий слой:

Следовательно, трех слоев достаточно для намотки первичной обмотки.

Далее рассчитал количество слоев для вторичной обмотки.

Для вторичной обмотки будем использовать провод марки ПЭТВ с диаметром равным 0,425 мм и изоляцией провода 0,045 мм.

Периметр внутреннего кольца за исключением 3слоев первичной обмотки:

Количество витков на первый слой вторичной обмотки:

Рассчитал периметр второго слоя с исключением толщины 3 слоев и изоляции первичной обмотки и 1 слоя и изоляции вторичной обмотки:

Количество витков на второй слой:

Следовательно, двух слоев достаточно для намотки вторичной обмотки.

Далее идет расчет активных сопротивлений первичной и вторичной обмоток. Для этого найдем длину провода:

Аналогично находим длину вторичной обмотки, учитывая толщину проводов и изоляцию:

Теперь рассчитаем индуктивность намагничивания и рассеяния:

Где S_c - площадь сечения магнитопровода в м², l_ср - длина средней магнитной линии в м:

Величина индуктивности рассеяния, как 1% от индуктивности намагничивания:

Расчет источника тока и охладителя

Расчет схемы источника тока (рисунок 2). Для данной схемы выбрал операционный усилитель TLC272CP, и транзистор BD137.

Рисунок 2 Схема источника тока

Параметры транзистора BD137:

I_{К max} = 1,5 А;

h₂₁ = 40;

P= 10 Вт;

U_{КЭ max}= 60 В.

Заданные значения:

E_пит = 48 В;

I_K = 0,07 А;

R_Н = 80 Ом;

U_ш = 12 В,

P_полн. =2,016 Вт.

Найдём сопротивление , учитывая что P_ш равна 10 % от полной мощности P:

Нашел тепловые параметры транзистора для того, чтобы понять нужен ли для него охладитель. Для наших параметров:

I_Н = 1 А;

P = 2,016 Вт;

I = 0,07 А -- ток первичной обмотки;

U_КЭ = 60 В;

U_{КЭ откр} = 2 В;

q = 0,13;

k = 0,167;

T_a = 40 ^оС -- температура окружающей среды.

Отлично подходит транзистор BD137 со следующими параметрами:

I_{К max} = 1,5 А;

P_с = 10 Вт;

U_{КЭ max} = 60 В;

T_раб = 150 ^оС;

R_thca = 100 ^oC/Вт;

R_thjc = 10^oC/Вт.

В данном режиме работы схемы средняя мощность, выделяемая на транзисторе P_AV равна:



Таким образом данный транзистор отлично подходит для данной схемы.

Найдем температуру кристалла транзистора из формулы:

Так, как Tj < T_рaб, охладитель не нужен.

Моделирование схемы

Собираем схему в Multisim и снимаем показания с осциллограмм.

Рисунок 3 Моделирование схемы в программе Multisim

Снимем осциллограммы длительности входного и выходного импульса, для снятия диаграммы импульсов тока применим датчик тока, подключенный к осциллографу, с коэффициентом преобразования 1 мВ/мА.



Рисунок 4 Длительность входного импульса

Рисунок 5 Длительность выходного импульса (импульс тока на нагрузке)

Заключение

нагрузка трансформатор усилитель ток

В ходе написания курсовой работы был проведен расчет импульсного источника питания, позволившее проанализировать существующую схемотехнику данных устройств и сделать соответствующие выводы.

Импульсные источники питания обладают гораздо большими преимуществами по сравнению с другими -- у них более высокий КПД, они имеют существенно меньшие массу и объём, кроме того они обладают гораздо меньшей себестоимостью, что в конечном итоге приводит к их сравнительно небольшой цене для потребителей и, соответственно, высокому спросу на рынке.

Многие современные электронные компоненты, используемые в современных электронных устройствах и системах, требуют высокого качества питания. Кроме того, выходное напряжение (ток) должно быть стабильным, иметь требуемую форму (например, для инверторов), а также минимальный уровень пульсаций (например, для выпрямителей).

Таким образом, импульсные источники питания являются неотъемлемой частью любых электронных устройств и систем, питающихся как от промышленной сети 220 В, так и других источников энергии. При этом надежность работы электронного устройства напрямую зависит от качества источника питания.

Таким образом, разработка новых усовершенствованных схем импульсных источников питания позволит улучшить технические и эксплуатационные характеристики электронных устройств и систем.

Список использованных источников

1 Хныков А. В. Теория и расчет многообмоточных трансформаторов / А. В. Хныков. М.: СОЛОН-Пресс, 2003. 112 с.

2 Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств / Г. И. Волович. М.: Додэка, 2005. 528 с.

3 Абрамов К. Д. Схемотехника устройств на операционных усилителях: учебное пособие / К. Д. Абрамов, С. К. Абрамов. ХАИ.: Нац. аэрокосм. университет, 2008. 77 с.

4 Белов Г. А. Электронные цепи и микросхемотехника: учебное пособие для ВУЗов / Г. А. Белов. Чебоксары: Чуваш. университет, 2004. 780 с.

Размещено на Allbest.ru

...