5.1. Источники питания

Выпрямители приемного и передающего блоков устройства выполнены по одинаковым схемам. Выпрямитель передатчика имеет выходное напряжение 12V, а приемника 15V. Выпрямители расчитаны на ток порядка 200...300mA.

Рис. 5.28. Принципиальная схема источников питания

В качестве стабилизаторов применены микросхемы 142ЕН8, имеющие фиксированное выходное напряжение и защиту от перегрузок по току. Эти микросхемы описаны в книге "Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник / И. В. Новаченко, В. М. Петухов, И. П. Блудов, А. В. Юровский. - М.: Радио и связь, 1989.". Использована типовая схема вклочения микросхем:

Рис. 5.29. Типовая схема включения микросхем К142ЕН8, КР142ЕН8, К142ЕН9

Для предотвращения паразитных колебаний емкость входного конденсатора Свх должна быть не менее 0.33m F, а расстояние от этого конденсатора до микросхемы не более 50mm. Рекомендуется выбирать емкость конденсатора Свых равной 1m F.

Поскольку источник питания имеет стабилизатор напряжения, хорошо подавляющий пульсации, фильтр состоит из одного конденсатора. Обычно емкость этого конденсатора выбирается такой, чтобы на выходе стабилизатора напряжение пульсаций получилось приемлимой величины. Поскольку примененный стабилизатор имеет высокий коэффициент подавления /сглаживания/ пульсаций, то при расчете может окакзаться, что у него на входе допустимы очень большие пульсации. В этом случае величину конденсатора фильтра выбирают такой, чтобы напряжение пульсаций не превышало допустимых для выбранного типа конденсатора значений. В источниках питания применены конденсаторы К50-6, при массовом изготовлении подобных устройств лучше применить конденсаторы К50-35, имеющие меньшие размеры и массу.

Достаточно простой, но подходящий для практики расчет пульсаций на конденсаторе фильтра приведен в книге "Радиотехника" И. П. Жеребцов изд-во "Связь", 1965. Если пульсация, т. е. изменение напряжения на первом конденсаторе фильтра D U1 не превышает 10-20% постоянного напряжения U= , то ее можно приближенно рассчитать на основании следующих соображений. Когда конденсатор разряжается и напряжение на нем понижается на величину D U1, то он отдает количество электричества

q = C1 * D U1 .

При малых пульсациях можно приближенно считать, что разряд конденсатора длится в течение всего периода пульсаций TП /в действительности время разряда конденсатора несколько меньше/. Отдаваемое количество электричества создает пульсирующий ток, у которого постоянная составляющая равна I=. Поэтому иначе можно это количество электричества выразить как

q = I= * TП .

Следовательно

C1 * D U1 = I= * TП .

Заменяя TП через 1/fП , где fП -частота пульсаций, получим

С1 = I= / (D U1 * fП)

В той же книге приводится и расчет трансформатора питания. Однако здесь использован более точный метод, приведенный в книге "Р. М. Терещук, Р. М. Домбругов, Н. Д. Босый. Справочник радиолюбителя". В любом случае расчет начинают с определения мощности P2 , снимаемой со вторичной обмотки /обмоток/ трансформатора. Затем с учетом КПД определяют мощность трансформатора:

PTr = P2 / h Tr ,

где h Tr -КПД трансформатора, равный для маломощных трансформаторов в среднем 0.8. Более точно ожидаемое значение КПД можно определить по таблице /cм. ниже/. Площадь сечения сердечника:

SH = 700 * ((a * PTr) / (f * B * D ))1/2,

где a - коэффициент, равный 4.5 .. 5.5 для трансформаторов наименьшей стоимости и 2 .. 3 для трансформаторов наименьшего веса;

PTr -мощность трансформатора /в V*A/

f -частота питающей сети /в Hz/

B -допустимая индукция /в Гауссах/

D -допустимая плотность тока /в A/mm2 /.

Ориентировочные значения величин, необходимых для расчета трансформаторов могут быть взяты из таблицы:

Таблица 5.1.

Мощность трансформатора /в V*A/

Индукция /в Гауссах/

КПД

Плотность тока /в A/mm2 /

До 10

(6 .. 7) * 103

0.60 .. 0.70

3.5 .. 4.0

От 10 до 30

(7 .. 8) * 103

0.70 .. 0.80

3.5 .. 4.0

От 30 до 50

(8 .. 9) * 103

0.80 .. 0.85

3.0 .. 3.5

От 50 до 100

(9 .. 10) * 103

0.85 .. 0.90

2.5 .. 3.0

Свыше 100

(10 .. 12) * 103

0.9

2.5 .. 3.0

Для трансформаторов наименьшей стоимости при частоте f=50Hz, допустимой индукции B=10000 Гауссов и плотности тока D =3 A/mm2

SH = 1.3 * PTr1/2

Поперечное сечение с учетом заполнения сечения сталью

S`H = SH / kf

Коэффициент заполнения kf выбирается в зависимости от толщины пластин. Типичные значения приведены в таблице:

Таблица 5.2.

Толщина пластин /в mm/

0.50

0.35

0.20

0.10

Коэффициент заполнения сердечника сталью

0.92

0.86

0.75

0.65

Числа витков обмоток определяют из выражения:

w = (2.2 * 107 * U) / (f * B * SH),

где U -напряжение на обмотке.

При частоте f=50Hz и индукции B=10000

w = 45 * U / SH.

Приблизительно площадь сечения сердечника можно определить по формуле

SH = P1/2 ,

а число витков на вольт напряжения обмотки

w ` = 50 / SH

Если сердечник приходится делать из не предназначенных для этого марок стали, площадь сердечника и число витков на вольт следует увеличить на 20 .. 30%. Под нагрузкой напряжение на вторичных обмотках несколько уменьшается, поэтому число витков рекомендуется брать на 5 .. 10% больше полученного по расчету. Заметим, что иногда у обмоток трансформатора делают несколько отводов от последних витков, чтобы под нагрузкой подобрать нужное выходное напряжение.

Расчеты источников питания выполнены в системе MathCad версии 7. Для примера ниже приведен расчет источника питания передающего блока.

В результате расчетов получены конструктивные параметры трансформаторов. Поскольку разработано стационарное устройство, трансформаторы расчитаны на наименьшую стоимость. Зачастую изготавливать нестандартные трансформаторы оказавается выгоднее, чем приобретать готовые. Выбор между использованием готовых трансформаторов /сериий ТН, ТПП и др./ и изготовлением нестандартных трансформаторов должен быть сделан на предпрятии, где будет производиться разработанное устройство. В изготовленном образце использованы трансформаторы ТПП224-220-50 в приемном блоке и ТВК-110-ЛМ в передающем блоке.

Поскольку источники питания состоят в основном из крупных деталей, решено печатные платы для них не делать, а детали размещены в подходящих местах корпусов блоков. Заметим, что корпусы микросхемы 142ЕН8 соединены с общим проводом, поэтому они закреплены непосредственно к шасси блоков, что обеспечивает хороший отвод тепла.

Hosted by uCoz