Проектирование источника

питания для радиоэлектронной аппаратуры»

Структурная схема источника питания.

Т - трансформатор

В - выпрямитель

Ф - фильтр

Ст - стабилизатор

Два канала необходимы для создания двухполярного напряжения.

Расчет стабилизатора напряжения.

Существует 3 типа стабилизаторов:

1. Параметрический (в качестве стабилизирующего элемента используется стабилитрон)

2. Компенсационный

3. Импульсный (имеет лучшие параметры, но самый дорогой и сложный)

В данном задании рассматривается компенсационный стабилизатор напряжения.

Схема компенсационного стабилизатора напряжения

VT1

Транзистор

I_Э = I_Б + I_К I_К = (0,9 0,99) · I_Э I_К ≈ I_Э β = I_К / I_Б – коэффициент передачи тока базы

Если на базе транзистора (-), то он закрыт.

VT1 - VT3 - составной транзистор (Схема Дарлингтона)

Назначение составного транзистора - регулирующий элемент (Р.Э.)

Регулирует падение напряжения между коллектором и эмиттером VT1, поддерживая Uвых ≈ const.

Функционально 3 транзистора можно заменить одним:

I_KVT1 ≈ I_ЭVT1 ≈ I_Н

Если бы вместо трех транзисторов стоял один, то:

Транзистор с таким β не существует.

VT4 - усилительный транзистор (I_KVT4 ≈ 3 5 мА).

А если включить 3 транзистора, то:

Т.о. число транзисторов зависит от величины тока нагрузки.

Правило выбора количества транзисторов.

Если I_Н < (0,02 0,03) А - один транзистор

Если (0,02 0,03) < I_Н < (0,5 0,6) А - два

Если I_Н > (0,4 0,5) А – три.

Правило: Число транзисторов в схеме составного должно быть таким, чтобы ток базы последнего транзистора (VT3) был меньше (0,3 0,5) мА.

Пример расчета:

Исходные данные:

– относительное изменение питающего напряжении.

1. Определение основных параметров.

(3 5) - падение напряжения на VT1

При малых U_вых (порядка 5 В) к U_вых добавляется 3 В.

При относительно больших U_вых (15 20 В) к U_вых добавляется 5 В.

Примерно 20% тока ответвляется в параллельные ветви.

2. Выбор транзисторов.

По справочнику выбираем транзистор с паспортными параметрами не хуже расчетных: [Лист 2, табл.2.2]

В качестве VT1 выбираем КТ 630 Е с параметрами:

Выбор VT2

Следовательно транзистор VT2 нужен и его расчетный ток

В качестве VT2 выбираем KT 315 В с параметрами:

Выбор VT3

Следовательно, транзистор VT3 не нужен.

Выбор VT4

В качестве VT4 (VT_y) выбираем КТ 315 В по принципу унификации, чтобы схема была более ремонтопригодна.

3. Выбор стабилитрона V1

I

U_ст

I_ст.min

I_ст.max

U

А

B

ВАХ (вольт – амперная характеристика) Стабилитрона

АВ – рабочий участок характеристики

Предварительно выбираем КС 512 А [Лист 2, табл. 2.1]

С параметрами:

Примечание: Здесь не следует выбирать мощные стабилитроны 5 Вт и 8 Вт.

Выбор R2

Округляем до ближайшего меньшего стандартного значения.

По ряду Е24 [Лист 1, табл.1.1] выбираем R₂=560 Ом

Проверка стабилитрона по току.

Условие выполняется

Замечание:

Если U_вых=5В, то U_{ст.расч .} = 0,7·5=3,5В

Здесь не следует выбирать КС 447 А U_ст= 4,7В, т.к.

U_вых - U_{ст.пасп}=5-4,7=0,3В

Напряжения 0,3В не достаточно для поддержания эмиттерного p-n перехода в открытом состоянии, поэтому надо выбрать КС 433 А U_ст=3,3В

В качестве R₂ выбираем по ряду E24 резистор марки МЛТ-0,125 R₂=560 Ом [Лист 1, табл.1.2]

Выбор резисторов R3, R3, R3. (Сравнивающий делитель напряжения)

R4 – регулирует выходное напряжение, но по условию задания нет задачи регулировки напряжения на выходе, поэтому резистор R4 в рассматриваемой схеме будет отсутствовать.

Uвых

V1

R2

Rн

VT4

R3

R5

Определим суммарное значение сопротивлений R₃ и R₅ из условия, что ток через нагрузку должен быть основным (примерно 90%).

0,6 В – падение напряжения на открытом p-n переходе эмиттер-база.

Округляем до ближайшего стандартного значения по ряду Е24. [Лист 1, табл.1.2].

R₅=3,3кОм

Принимаем R₃=470 Ом.

Выбираем R₃,R₅: [Лист 1, табл. 1.2].

R₃=470 Ом МЛТ-0,125

R₅=3,3 кОм МЛТ-0,125

Выбор R6,R7. (В нашем случае только R6, т.к. у нас два транзистора).

В качестве R6 выбираем: [Лист 1, табл.1.2].

R6=10 МОм МЛТ-1.

Выбор R1

Выбираем ближайшее стандартное значение по ряду Е24: [Лист 1, табл.1.2]

В качестве R1 выбираем:

R1=2 кОм МЛТ-0,125.

Назначение элементов стабилизатора.

С помощью падения напряжения на R₁ от тока коллектора VT4 происходит изменение потенциала базы VT3. Т.о. изменяется величина токов базы составного транзистора и их R_к-э.

R₂ – задаёт ток стабилитрона и напряжение, т.е. выходит стабилитрон на рабочий участок ВАХ.

R₃,R₄,R₅– сравнивающий делитель напряжения, задаёт U_{БЭ VT4}, т.к. U_{БЭ VT4}=U_R5-U_СТ, а U_СТ≈const.

R₆,R₇– «подпор по току» базы транзисторов. Если бы их не было(разрыв), то при одновременном увеличении температуры и падении тока нагрузки, обратный ток базы возрастёт из-за увеличения концентрации неосновных носителей при увеличении температуры. Прямой ток базы уменьшится при снижении тока нагрузки. Т.к. знаки прямого и обратного токов базы противоположны, результирующий ток базы может стать равным нулю. При этом транзистор закроется, произойдет срыв режима стабилизации. Чтобы этого избежать вводят R₆и R₇. Через них в базы транзисторов VT2 и VT3 будет добавляться небольшой ток, примерно равный паспортному обратному току этих транзисторов.

(VT1,VT2,VT3) – составной регулирующий транзистор. При изменении величины потенциала базы VT3 будут изменяться токи в базах VT1,VT2,VT3. Это приведёт к изменению сопротивления между эмиттером и коллектором VT1. При этом будет изменяться U_К-Э VT1, поддерживая U_ВЫХ примерно постоянным.

VT4(VTy) – управляющий транзистор, при изменении напряжения на нагрузке изменяет ток базы регулирующего транзистора, т.о. «заставляет» его менять своё сопротивление.

V1 – стабилитрон поддерживает напряжение между катодом и анодом постоянным, чтобы при изменении напряжения на нагрузке менялось напряжение U_БЭ управляющего транзистора.

Принцип действия стабизатора напряжения.

При увеличении напряжения в сети:

↑U_ВХ.СТ → В первый момент ↑U_ВЫХ.СТ ↑U_З ↑U_БЭ.VT4 ↑I_Б.VT4 ↑I_K.VT4

↑U_R1 → ↓φ_Б.VT3 ↓φ_Б.VT1 ↓I_Б.VT1 → VT1 «призакроется» т.е. ↑ сопр. КЭ. VT1 →

↑ U_КЭ.VT1→ ↓ U_ВЫХ.т.е. U_ВЫХ.≈const.

Здесь φ_Б.VT3– потенциал базы транзистора VT1.

При уменьшении напряжения сети или изменении тока нагрузки стабилизатор работает аналогично.

При ↓ I_H↓U_КЭ.VT1.→ ↑U_ВЫХ. → далее как в первом случае.

Если движок потенциометра R₄ идём вверх → ↑U_З → ↑ U_БЭ.VT4 → ↑I_Б.VT4 → ↑I_К.VT4→ ↑U_R1→↓φ_Б.VT3 ↓I_Б.VT3→↓I_Б.VT1→VT1 «призакроется», т.е. ↑R_КЭ.VT1→ ↑ U_КЭ.VT1→ ↓U_ВЫХ

Дата добавления: 2015-05-06