Содержание:
Расчет выпрямителя
Поскольку в преобладающем большинстве конструкций самодельных блоков питания используется двухполупериодный выпрямитель, диоды которого включены по мостовой схеме (рис. 1), о выборе и расчете БП элементов здесь и пойдет разговор.
Рассчитать выпрямитель — значит правильно выбрать выпрямительные диоды и конденсатор фильтра, а также определить необходимое переменное напряжение, снимаемое для выпрямления со вторичной обмотки сетевого трансформатора.
Исходными данными для расчета выпрямителя служат: требуемое напряжение на нагрузке (Uн) и потребляемый ею максимальный ток (Iн). Расчет ведут в таком порядке.
- Определяют переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке сетевого трансформатора:
Un = вI,
где UH — постоянное напряжение на нагрузке, В; В — коэффициент, зависящий от тока нагрузки, который определяют по табл. 1.
таблица 12. По току нагрузки определяют максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:
Iд = 0,5СIн,
где Iд — ток через диод, А; Iн — максимальный ток нагрузки, А; С — коэффициент, зависящий от тока нагрузки (определяют по табл. 1).
- Подсчитывают обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:
Uобр=1,5 Uн,
где Uобр — обратное напряжение, В; Us — напряжение на нагрузке, В.
- Выбирают диоды, у которых значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения равны или превышают расчетные.
- Определяют емкость конденсатора фильтра:
Сф = 3200 IB/UHKП.
Здесь Сф — емкость конденсатора фильтра, мкФ; Iн — максимальный ток нагрузки, A; Us — напряжение на нагрузке, В; Ки — коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения (отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100 Гц на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения).
Для различных нагрузок коэффициент пульсаций не должен превышать определенного значения, иначе в динамической головке или громкоговорителе будет прослушиваться фон переменного тока. Для питания портативных приемников и магнитофонов, например, допустим коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения в пределах 10~3…10-2, усилителей ВЧ и ПЧ — 10-4…10~3, предварительных каскадов усилителей НЧ и микрофонных усилителей — 10~5…10~4. Если выходное напряжение выпрямителя будет дополнительно стабилизироваться транзисторным стабилизатором напряжения, то расчетная емкость конденсатора фильтра может быть уменьшена в 5…10 раз.
Расчет трансформатора блока питания
Зная необходимое напряжение на вторичной обмотке (Un) и максимальный ток нагрузки (Iн), трансформатор рассчитывают в такой последовательности.
- Определяют значение тока, текущего через вторичную обмотку трансформатора:
III=1.5Iн,
где IИ — ток через обмотку II трансформатора, А; Iн — максимальный ток нагрузки, А.
- Определяют мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора:
где РII — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки, Вт; UII — напряжение на вторичной обмотке, В; III — максимальный ток через вторичную обмотку трансформатора, А.
- Подсчитывают мощность трансформатора:
Pтр = 1,25 РП,
где РТр — мощность трансформатора, Вт; Рц — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора, Вт. Если трансформатор должен иметь несколько вторичных обмоток, то сначала подсчитывают их суммарную мощность, а затем мощность самого трансформатора.
- Определяют значение тока, текущего в первичной обмотке:
где II — ток через обмотку I, А; Ртр — подсчитанная мощность трансформатора, Вт; UI — напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение).
- Рассчитывают необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода:
где S — сечение сердечника магнитопровода, см2; Ртр — мощность трансформатора, Вт.
- Определяют число витков первичной (сетевой) обмотки:
wI = 50 UI/S,
где wI — число витков обмотки; Ui — напряжение на первичной обмотке, В; S — сечение сердечника магнитопровода, см2.
- Подсчитывают число витков вторичной обмотки:
wII = 55 UII/S,
где дои — число витков вторичной обмотки; Uu — напряжение на вторичной обмотке, В; S — сечение сердечника магнитопровода, см2.
- Определяют диаметры проводов обмоток трансформатора:
где d — диаметр провода, мм; I — ток через обмотку, мА. Диаметр провода обмотки можно также определить по табл. 2.
После этого можно приступить к подбору подходящего трансформаторного железа и провода, изготовлению каркаса и, наконец, выполнению обмоток. Но Ш-образные трансформаторные пластины имеют неодинаковую площадь окна, поэтому нужно проверить, подойдут ли выбранные пластины для трансформатора, т. е. разместится ли провод на каркасе трансформатора. Для этого достаточно подсчитанную ранее мощность трансформатора умножить на 50 — получится необходимая площадь окна, выраженная в мм2. Если в подобранных пластинах она больше или равна вычисленной, железо можно использовать для трансформатора.
При выборе сердечника магнитопровода нужно также учитывать и то обстоятельство, что отношение ширины сердечника к толщине набора (отношение сторон сердечника) должно быть в пределах 1…2.
В качестве трансформаторов питания радиолюбители часто используют унифицированные выходные трансформаторы кадровой развертки телевизоров (трансформаторы ТВК). Промышленность выпускает несколько видов таких трансформаторов, и каждый из них при работе с выпрямителем, выполненным по мостовой схеме, позволяет получить на нагрузке вполне определенные напряжения в зависимости от потребляемого ею тока. Эти параметры сведены в табл. 3, которая поможет в выборе трансформатора ТВК для того или иного блока питания.
Расчет стабилизатора напряжения. Для получения более постоянного напряжения на. нагрузке при изменении потребляемого тока к выходу выпрямителя подключают стабилизатор, который может быть выполнен по схеме, приведенной на рис. 2. В таком устройстве работают стабилитрон V5 и регулирующий транзистор V6, Расчет позволит выбрать все элементы стабилизатора, исходя из заданного выходного напряжения Un и максимального тока нагрузки Iн. Однако оба эти параметра не должны превышать параметры уже рассчитанного выпрямителя. А если это условие нарушается, тогда сначала рассчитывают стабилизатор, а затем — выпрямитель и трансформатор питания
Расчет стабилизатора БП
Расчет стабилизатора ведут в следующем порядке.
- Определяют необходимое для работы стабилизатора входное напряжение (UBbm) при заданном выходном (UB):
Здесь цифра 3, характеризующая минимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора, взята в расчете на использование как кремниевых, так и германиевых транзисторов. Если стабилизатор будет подключаться к готовому или уже рассчитанному выпрямителю, в дальнейших расчетах необходимо использовать реальное значение выпрямленного напряжения UBЫП.
- Рассчитывают максимально рассеиваемую транзистором мощность:
Pmax = l,3(UBЫП — UH) Iн.
- Выбирают регулирующий транзистор. Его предельно допустимая рассеиваемая мощность должна быть больше значения Ртах, предельно допустимое напряжение между эмиттером и коллектором — больше UBЫП, а максимально допустимый ток коллектора — больше Iн.
- Определяют максимальный ток базы регулирующего транзистора:
Iб. макс = Iн/h21э мин,
где h21Э мин — минимальный коэффициент передачи тока выбранного (по справочнику) транзистора.
- Подбирают подходящий стабилитрон. Его напряжение стабилизации должно быть равно выходному напряжению стабилизатора, а значение максимального тока стабилизации превышать максимальный ток базы Iб. макс.
- Подсчитывают сопротивление резистора R1;
Rl = (UВЫП—UСT)/(Iб. МAКС + IСТ. МИН).
Здесь R1 — сопротивление резистора R1, Ом; Uст— — напряжение стабилизации стабилитрона, В; h. макс — вычисленное значение максимального тока базы транзистора, мА; Iст. мин — минимальный ток стабилизации для данного стабилитрона, указанный в справочнике (обычно 3…5 мА).
- Определяют мощность рассеяния резистора R1:
Может случиться, что маломощный стабилитрон не подойдет по максимальному току стабилизации и придется выбирать стабилитрон значительно большей мощности — такое случается при больших токах потребления и использовании транзистора с малым коэффициентом h21Э. В таком случае целесообразно ввести в стабилизатор дополнительный транзистор V7 малой мощности (рис. 3), который позволит снизить максимальный ток нагрузки для стабилитрона (а значит, и ток стабилизации) примерно в Й21э раз и применить, соответственно, маломощный стабилитрон.
В приведенных здесь расчетах отсутствует поправка на изменение сетевого напряжения, а также опущены некоторые другие уточнения, усложняющие расчеты. Проще испытать собранный стабилизатор в действии, изменяя его входное напряжение (или сетевое) на ±10 % и точнее подобрать резистор R1 по наибольшей стабильности выходного напряжения при максимальном токе нагрузки.