Стабилизация тока стабилитронов

Выбор стабилитрона

Напряжение стабилизации U _СТ = 10 В. Стабилитрон включён в цепь базы транзистора. Его напряжение стабилизации должно быть больше на величину падения напряжения на переходе база-эмиттер U _БЭ. Для кремниевых транзисторов U _БЭ ≈ 0,8 В, для германиевых U _БЭ ≈ 0,25 В.

1. Учитывая падение напряжения U _БЭ ≈ 0,8 В выберем стабилитрон типа КС210В (таблица 2). Его напряжение U _СТ = 11 В, максимальный ток I _СТmax = 20 мА, ТКН ξ = + 7,5 10^‑2 %/^ОС.

Оценим изменение напряжения стабилизации при изменении температуры на Δt = 40⁰С. Δ U _СТ = U _СТ ∙ξ∙Δt = 11∙0,075·40 = 0,3 В. Напряжение
U _СТ = 10 В изменяется на 0,33 В (330 мВ). Такой температурный дрейф недопустим по заданию.

Требуется введение термокомпенсации.

2. Чтобы скомпенсировать положительный ТКН стабилитрона VD 1,

VD 1

R 1

VD 2

R _H

VT 1

U _БЭ

+ U _И

Рис. 17. Включение термокомпен- сирующего диода

U _СТ

U _К

Рис. 18. Зависимость относительного ξ_СТ стабилитрона от напряжения стабилизации

– 0,08

0,04

– 0,04

0,08

4 8 12 16 В U _СТ

ξ_СТ

% ⁰С

включим последовательно стабилитрон с отрицательным ТКН. Напряжение компенсации U _К определим по графику рис. 18. На оси ξ_СТ выберем значение ξ_СТ = – 0,075 (у стабилитрона ξ_СТ = +0,075). Проведём стрелку до пересече-

ния с графиком ТКН. Через полученную точку проведём сечение (штрихпунктирная линия). Согласно построению необходим стабилитрон с напряжением стабилизации равным примерно 3 В. Такому напряжению соответствует стабилитрон КС131А, его напряжение стабилизации U _СТ = 3,1 В (таблица 2).

3. После этого необходимо выбрать основной стабилитрон VD 1 с напряжением U _СТ ≈ (U _Н – U _К+ 0,8 В) = (10 – 3,1 + 0,8) = 7,7 В (при условии, что транзистор на основе кремния U _БЭ = 0,8 В). Для рассматриваемого примера подходит стабилитрон КС175А с напряжением U _CT = 7,5 ± 5% B.

Внимание.

При заданном напряжении стабилизации более 12 В следует включить последовательно два стабилитрона. При этом желательно один из них выбрать на напряжение 5 В, при котором ξ_СТ ≈ 0.

Полной термокомпенсации данным способом получить не удаётся.

Ток стабилитронов рис. 17 задаётся резистором R 1, подключённым к источнику питания. Изменение напряжения источника приводит к изменению тока стабилитронов, их сопротивления и в конечном итоге влияет на выходное напряжение стабилизатора.

Для уменьшения влияния изменения напряжения U _И на параметры стабилизатора необходимо обеспечить постоянство тока стабилитронов. Обычно для этого используют специальную схему – источник стабильного тока.

VD 3

I _К2

U _Б2

U _БЭ

U _СТ

U _К

I _H ±20%

U _Rэ

U _КБ

U _KЭ

U _ЭK

VT 2

R _Э

VD 2

R _H

VT 1

U _И±15%

VD 1

Рис. 19. Расчетная схема стабилизатора

R 1

U _H

Напряжение на базе транзистора VT 2 рис. 19 застабилизировано с помощью стабилитрона VD 3, поэтому транзистор включён по схеме общая база.

R 1

Он работает в режиме стабилизатора тока, в котором ток коллектора не зависит от изменения напряжения U _И.

Ток коллектора транзистора VT 2 задаёт ток стабилитронов VD 1, VD 2и ток базы транзистора VT 1.

При выборе транзистора VT 1 было принято напряжение U _КЭ = 10 В. При этом напряжение U _КБ составляет 9,2 В (потенциал базы транзистора VT1 выше потенциала эмиттера на 0,8В). Это напряжение приложено к цепи транзистора VT 2 (U _Rэ+ U _ЭК = U _КБ) и его следует поделить поровну между транзистором и резистором, т.е. U _Rэ = U _ЭК = 4,6 В.

1. Выбор транзистора VТ2.
С целью уменьшения сопротивления r_СТ стабилитронов VD 1 и VD 2зададимся допустимым током через них равным 20 мА.

Учтём также ток базы транзистора VT 1 I _Б = 1,2 мА.

По транзистору VT 2 и по резистору R _Э должен протекать ток, равный I _К2 = (I _СТ + I _Б) = 21,2 мА.

По полученному току коллектора выбирается транзистор VT 2. Допустимый ток коллектора должен быть больше полученного в расчёте. Проверяется допустимая мощность рассеяния транзистора VT 2.

Р _Кдоп > U _КЭ∙ I _K = 4,6∙21,2 ≈ 100 мВт.

По допустимой мощности и току коллектора выбирается транзистор из таблицы 3. Например, применить транзистор малой мощности типа КТ203В.

2. Сопротивление R _Э.
Сопротивление R _Э = U _Rэ / I _Rэ = 4,6 В/21,2 мА = 219 Ом.

Примем номинальное значение сопротивления R _Э = 220 Ом.

3. Выбор стабилитрона.
Напряжение на сопротивлении R _Э равно U _Rэ= 4,6 В. Напряжение
U _БЭ2 = 0,8 В. Напряжение U _Б2 = (4,6 + 0,8) = 5,4 В. Это напряжение задаётся стабилитроном VD 3.

По справочным данным выберем стабилитрон КС156А с напряжением стабилизации U _CT = 5,6 В.

4. Вычисляем величину сопротивления R 1.

Зададим ток стабилитрона VD 3 равным 5 мА. При минимальном напряжении источника U _П по сопротивлению R 1 будет протекать ток 5 мА. Прикладывается напряжение U _П за вычетом напряжения на диодах VD 3 (5,3 В) и VD 2 (U _К = 3,1 В). Эти напряжения в сумме дают U _R1 = 8,4 В. Тогда сопротивление
R 1= (20 – 8,4)/5 =2,72 кОм.

Выбираем номинальное значение (округлив в меньшую сторону), например 2,7 кОм (ряд Е24), на схеме обозначается 2К7.

Вычисляется мощность рассеяния на резисторе и выбирается его тип.

Поскольку принято иное значение сопротивления резистора, то следует вычислить фактическое значение тока I _R1 = (20 – 8,4)/2,7 = 4,3 мА. Рассеиваемая резистором мощность P _R1= I _R1 ·U_R1= 4,3 мА·8,4 В = 26 мВт. ·Можно выбрать резистор с мощностью 1/8 Вт.

5. Определяем реальные сопротивления диодов VD 1 и VD 2.

По диоду VD 1 течёт ток 20 мА (стабилитрон КС170А), по диоду VD 2 (диод КС131А) течёт ток 24,3 мА (ток I _К2 и ток стабилитрона VD 3). Воспользуемся графиками рис. 20, на которых указаны токи, протекающие по стабилитрону. Проведем сечения (штрихпунктирные линии) для напряжений стабилизации и токов, протекающих по стабилитронам.

Согласно построению сопротивление диода VD 1 составляет примерно 10 Ом, сопротивление диода VD 2 примерно 21 Ом. Общее сопротивление, включённое в цепь базы транзистора VТ 1, составляет 31 Ом (r_СТΣ = 31 Ом).

I _CT= 15мА

Ом

r_СТ

I _CT= 25мА

  20

  0

Рис. 20. Зависимость сопротивления стабилитрона от тока стабилизации

5 10 15 В U _СТ

20мА

30мА

Дата добавления: 2015-05-06