Расчет стабилизатора напряжения

Рассмотрим порядок расчета стабилизатора напряжения компенсационного типа с последовательно включенным регулирующим элементом (рис. 2.9, п. 2.6).

Определяются требуемые от регулирующего транзистора VT1 параметры: максимальное напряжение коллектор-эмиттер и максимальная рассеиваемая мощность.

Требующееся от выбираемого транзистора VT1 максимальное напряжение коллектор-эмиттер рассчитывается по формуле (В):

U_КЭ1.тр= U_вх.max– U_вых.min, (3.13.1)

где U_вх.max= (U_вх+ΔU_вх), В;

U_вых.min= (U_вых–ΔU_вых), В;

U_вх, U_вых, ΔU_вх, ΔU_вых – см. пункт 3.12.

Максимальная мощность, которая должна рассеиваться на регулирующем транзистореVT1, рассчитывается по формуле (Вт):

P_K1.тр= ∙I_н, (3.13.2)

где I_н – см. пункт 3.12.

Максимальный коллекторный ток, который должен выдерживать выбираемый транзистор VT1, определяется следующим образом (А):

I_K1.тр=I_н. (3.13.3)

Из справочника или с использованием раздела «Приложения» данного методического пособия выбирается марка транзистора VT1 с параметрами, удовлетворяющими следующим условиям:

U_КЭ1.max>U_КЭ1.тр; I_K1.max>I_K1.тр; P_K1.max>P_K1.тр, (3.13.4)

где U_КЭ1.max – максимально допустимое для марки напряжение эмиттер-коллектор, В;

I_K1.max – максимально допустимый для марки коллекторный ток, А;

P_K1.max – максимально допустимая для марки рассеиваемая мощность, Вт.

Для выбранного транзистора выписываются из справочника значения U_КЭ1.max, I_К1.max, P_К1.max, а также значение коэффициента усиления транзистора h_21Э1. Кроме того, выписываются следующие параметры: обратное напряжение коллектор-база U_КБ1 и обратный ток коллектора I_КБ01. Если параметр задан в виде диапазона, то выбирается любое значение в рамках данного диапазона. Например, если h_21Э1=80÷240 (или 80…240, или 80-240), то можно выбрать для дальнейших расчетов значение h_21Э1 в пределах от 80 до 240. Числовые индексы (цифры справа от величин в формате подстрочного знака) у величин U_КЭ1.max, I_К1.max, P_К1.max и h_21Э1 введены для того, чтобы различать выписанные из справочника параметры для одного и для другого транзисторов.

Определяют требуемые пределы U_оп.тр изменения опорного напряжения стабилитрона VD1 по формулам, В:

U_{оп.тр.min}= , (3.13.5)

U_{оп.тр.max}= , (3.13.6)

В результате получают требуемые пределы изменения опорного напряжения стабилитрона U_оп.тр=U_{оп.тр.min}÷U_{оп.тр.max}.

В соответствии с полученными требуемыми пределами изменения опорного напряжения U_оп.тр из справочника или с использованием раздела «Приложения» методического пособия выбирают марку стабилитрона с наименьшим значением температурного коэффициента напряжения (ТКН) и наименьшим дифференциальным сопротивлением стабилитрона r_ст.

Для выбранного стабилитрона выписываются из справочника значение опорного напряжения U_оп, ТКН, r_ст и номинальный ток стабилитрона I_ст.ном. Если в справочнике параметр представлен в виде диапазона, то выбирается любое значение в пределах этого диапазона.

Определяется требующееся максимальное значение напряжения коллектор-эмиттер транзистора VT2, В:

U_КЭ2.тр= (U_вых+ΔU_вых) –U_оп. (3.13.7)

Из справочника или при помощи раздела «Приложения» в соответствии с полученным значением U_КЭ2.тр выбирают марку транзистора по условиям:

U_КЭ2.max>U_КЭ2.тр; I_К2.max >I_ст.ном, (3.13.8)

где I_ст.ном – номинальный ток стабилитрона, А.

Для выбранного транзистора выписываются из справочника значения U_КЭ2.max, I_К2.max, P_К2.max и h_21Э2. Для величин, заданных диапазоном, берется одно из значений.

Необходимо далее задаться значением коллекторного тока транзистора VT2, пользуясь следующим условием, А:

I_К2=0,6·I_ст.ном. (3.13.9)

В данном случае следует четко различать такие понятия, как требующееся от транзистора максимальное значение коллекторного тока I_K.тр, максимально допустимое для транзистора значение коллекторного тока I_K.max и задаваемое значение коллекторного тока I_К. I_K.тр – это вычисляемый для той или иной схемы максимальный коллекторный ток, который должен выдерживать транзистор; I_K.max – это максимально допустимый коллекторный ток транзистора, определяемый по справочнику в соответствии с маркой транзистора; I_К2 – коллекторный ток транзистора, определяемый не из расчета, а задаваемый исходя из какого-либо условия (если указано) или произвольно, но обязательно рамках допустимых значений, то есть не более I_K.max.

Вычисляется сопротивление резистора R_б в цепи источника опорного сигнала по следующей формуле:

R_б= , (3.13.10)

где U_вых – напряжение на выходе стабилизатора напряжения (см. пункт 3.12), В.

Полученное значение сопротивления резистора R_б округляется до ближайшего стандартного значения.

Определяется базовый ток транзистора VT1, А:

I_Б1.тр= , (3.13.11)

Вычисляется ток, протекающий по резистору R_к, А:

I_Rк=I_Б1.тр–I_К2. (3.13.12)

Рассчитывается сопротивление резистора R_к, Ом:

R_к= . (3.13.13)

Полученное значение сопротивления резистора R_к округляется до ближайшего стандартного значения.

Определяется базовый ток транзистора VT2, А:

I_Б2.тр= . (3.13.14)

Находится ток в цепи делителя напряжения (резисторы R1, R3 и потенциометр R2), А:

I_дел=20·I_Б2.тр. (3.13.15)

Определяется максимальное напряжение на выходе стабилизатора (В):

U_вых.max=U_вых+ΔU_вых. (3.13.16)

Определяется минимальное напряжение на выходе стабилизатора (В):

U_вых.min=U_вых–ΔU_вых. (3.13.17)

Для определения сопротивлений резисторов делителя напряжений составляется система уравнений с учетом следующих условий. Во-первых, значение выходного напряжения стабилизатора максимально (U_вых.max) в крайнем нижнем положении движка потенциометра R2. Во-вторых, значение выходного напряжения стабилизатора минимально (U_вых.min) в крайнем верхнем положении движка потенциометра R2. Получается:

. (3.13.18)

Решение системы уравнений 3.13.18 дает следующие формулы для резисторов R1 и R3 и потенциометра R2 (Ом):

R₃= ; (3.13.19)

R₁= ; (3.13.20)

R₂= – R₁. (3.13.21)

Рассчитывается сопротивление коллекторного перехода регулирующего транзистора VT1 (Ом):

r_К1= . (3.13.22)

Сопротивление эмиттерного перехода усилительного транзистора VT2 (Ом):

r_Э2= . (3.13.23)

Сопротивление базы r_Б2 усилительного транзистора VT2 составляет примерно 100÷500 Ом. Принимается любое значение от 100 до 500 Ом.

Определяется коэффициент стабилизации схемы по формуле:

K_ст= ∙ . (3.13.24)

Дата добавления: 2017-01-13