Вариант
|
4
|
Номинальное
выходное напряжение Uвых
с плавной регулировкой в пределах ±2В
|
14
|
Номинальный
ток нагрузки Iвых,
А
|
0.6
|
Допустимое
отклонение на входе стабилизатора от номинального значения в сторону
увеличения и уменьшения aвх=bвх%
|
10
|
Ток
нагрузки постоянен
|
|
Коэффициент
стабилизации Kст
|
>=80
|
Допустимое
отклонение на входе стабилизатора от номинального значения в сторону
увеличения и уменьшения aвх=bвх%
|
0.2
|
Схема стабилизатора
Порядок расчета
.Требуемое значение коэффициента стабилизации
ст треб
= aвх
+bвх
/aвых
+ bвых
= 10/0.2 = 50
2.Минимальное напряжение на входе стабилизатора
вх min
= Uвых +
Uкэi
min
+ ΔUвых
= 14 + 3+ 2 = 19В
кэi
min
- минимальное допустимое напряжение эммитер-коллектор регулирующего
транзистора, при котором работа еще происходит на линейном участке выходной
характеристики Iк=f(Uкэ)
при Iв=
const
ΔUвых
- отклонение напряжения на выходе стабилизатора от номинального
Напряжение Uкэi
min
для большинства транзисторов не превышает 3В. Примем для расчета 3В
ΔUвых
определяется верхним пределом регулировки выходного напряжения, т.е. 2В
. Номинальное напряжение на входе стабилизатора
с учетом допустимых отклонений входного напряжения aвх=bвх
стабилизатор напряжение
рассеивание резистор
Uвх =
Uвх min/(1-bвх/100)
= 1.9/(1-0.1) = 21В
4. Максимальное напряжение на входе
стабилизатора
вх max
= Uвх*(1+aвх/100)
= 21*(1*0.1) = 23В
5. Максимальное падение напряжения на участке
эмиттер-коллектор регулирующего транзистора
кэi
max
= Uвх max
-
Uвых
= 23 -14 = 9В
6. Максимальная мощность, рассеиваемая на
коллекторе регулирующего транзистора
ki
max
= Uкэi
max*Iвых
max
= 9*0.60012 = 5,4Вт
Где Iвых
max
максимальное значение тока нагрузки Iвых
max
= Iвых
+(авых/100) = 0,0012 + 0,6 = 0,60012А
. Выбираем тип регулирующего мощного,
низкочастотного транзистора VT1
Iвых
<= Iki
max
доп; Uкэi
max
<= Uкэi
max
доп; Pki
max
<=
Pki
max
доп;
Взяв параметры из справочника мы выбираем
транзистор VT1 - 2Т321А
60мА = 800мА; 9В < 50В; 5,4Вт = 20Вт.
8. Выбираем тип согласующего транзистора VT2,
аналогичный VT1(в нашем
случае, это транзистор 2Т321А), который предназначен для согласования большого
выходного сопротивления УПТ с малым входным сопротивлением регулирующего
транзистора. Кроме того VT1
и VT2, образуя
составной транзистор имеют общий коэффициент усиления по току β
= β1=β2
= 120,
что
позволяет значительно повысить коэффициент стабилизации схемы. Принимая Ik2
~ Iэ2 ~
Iб1
и учитывая, что
б1~
Ik1/
β1 ~ Iвых/
β1 = 0.6/120 =
0.005А, получим Ik2
Кроме того Uкэi
max
~ Uкэi2
max
и мощность , рассеиваемая на коллекторе VT2
Pk2 max
~ Ukэ2 max*Ik2
. Выбираем тип стабилитрона, используемого в
качестве источника эталонного напряжения. Номинальное напряжение стабилизации
ст
= (0.6 - 0.7) Uвых
= (0.6 - 0.7)*14 = 8В
Исходя за данных напряжения стабилизации
выбираем стабилитрон типа Д809 (Iст
=
5мА; Uст ,min
= 8B; Uст
max
= 9,5B)
. Находим коэффициент деления напряжения
делителем
α = U2вых/Uвых
= 8,4/14 = 0,6
11. Выбираем тип управляющего транзистора. На
транзисторе VT3 собран
усилитель, который должен реагировать на самые незначительные колебания
выходного напряжения и усиливать их до величины, достаточной для управления
регулирующим транзистором. Обычно величина тока Ik3
выбирается в пределах 0,5 - 2 мА. Возьмем Ik3
= 2 мА. Требуемое значение коэффициента усиления по напряжению для управляющего
транзистора
К3 треб =
(ΔUвх*100)/(Uвых(авых
+ ввых) *α) = 4*100/14*0,4*0,6 = 119,
где ΔUвх
=
Uвх max
- Uвх min
= 23 - 19 = 4B
Из данного параметра выбираем транзистор марки
1Т101( Ik3
= 2мА, β3
= 30).
. Определяем фактический коэффициент усиления
управляющего каскада
3 рас
= (ΔIk3/ΔIбэ3)*R1
= 30*36*
= 10800
ΔIk3/ΔIбэ3
= S3
- крутизна характеристики VT3.
Для маломощных низкочастотных транзисторов, используемых в схемах стабилитронов
напряжения, значение лежит в пределах от 20 до 40 мА/В. Примем S3
= 30 мА/В
R1
= сопротивление нагрузки в цепи коллектора VT3
. R1
= сопротивление нагрузки в цепи коллектора VT3
находиться
из формулы
1
= (0,5Uкэ1 min
*β1*β2)/Iвых
= 0,5*3*120*120/0,6 = 36 кОм
Мощность рассеивания на резисторе
PRI
= K3*R1
+ (IK2/β2)R1
= *
36**(**36*
= 9*Вт
Выбираем R1
. Сравниваем K3
расч > K3
треб
10800 > 119 => ВЕРНО
15. Определяем мощность, рассеиваемую на
коллекторе VT3
PK3 MAX = UKЭ3
MAX*IK3 = 7,6* 0,002 =
0.0152 Вт,
где UKЭ3
MAX
=
UВЫХ
+ ΔUВЫХ
- UСТ
= 14 + 2 - 8,4 = 7,6В
Сравнивает PКЭ
MAX
< PКЭ MAX
ДОП
0,0152Вт < 50 Вт = > ВЕРНО
16. Найдем сопротивление выходного делителя. Ток
делителя IД
обычно выбирают на один-два порядка выше тока базы управляющего транзистора VT3.
Номинальный ток базы VT3
IБЗ
= IКЗ/β3
= 2*/30
= 6.7*А,
Выбирая ток делителя Iд,
найдем общее сопротивление делителя
RД
= 14/0.0134 = 1044 Ом
17.Выходное сопротивление стабилизатора должно
регулироваться в пределах ±2В. Определить сопротивление нижнего плеча делителя
для крайних значений UВЫХ,
UСТ
R4
= RД.Н. MIN
= RД(UСТ.
MIN/(UВЫХ
+ ΔUВЫХ))
= 1044*(8/(14+4)) = 464 Ом
RД.Н. MAX
= RД(UСТ.
MAX/(UВЫХ
- ΔUВЫХ))
= 1044*(9.5/(14-4)) = 992 Ом
18. Величина сопротивлений R2
и
R3,
где R3
- регулировочный резистор.
R3
= RД.Н. MAX
- RД.Н. MIN
=
992 - 464 = 528 Ом
R2
= RД -
R3
- R4
= 1044 - 528 - 464 = 52 Ом
Рассчитав мощность рассеивания резисторов по
формуле P = *R,
выбираем резисторы
R1
= *R
= *1044
= 4,1 Вт
R4
= *R
= *464
= 8,33 Вт
R2
= *R
= *580
= 94.8 Вт
R5
= *R
= *13.16
= 0,32 Вт
R3 (переменный)
= *R
= *528
= 1 Вт
Исходя из мощности, выбираем марки резисторов
R1
- C542В (5Вт, 5.1Ом),
R2
- C5-40 (100Вт,
9.1Ом),
R3
- CП II
(1Вт, 1Ом),
R4
- П3ВР (10Вт, 9.1Ом)
R5
- С213 (1Вт, 13.3Ом)
19.Сопротивление R5
берется такой величины, чтобы задаваемый им ток через стабилитрон составлял Iст.
н
R5
= Uвых
- Uст /
Iст. н
14 - 13,93 /0.005 = 13.16 Ом
20. Для увеличения быстродействия стабилизатора
применяют ёмкостную связь между выходом стабилизатора и входом УПТ. С этой
целью в схему стабилизатора подключают конденсатор С1 марки К5016 емкостью 10
мкр Фа.
21.Конденсатор С2 марки К5018 емкостью 2000 мкр
Фа, который служит для повышения устойчивости стабилизатора и одновременно
позволяет уменьшить выходное сопротивление схемы.
22.Коэффициент стабилизации
рассчитанного стабилизатора
KСТ. РАС
= α*K3 РАС*(UВЫХ/UВХ)
= 0.6*1.08* *(14/21) = 4323
KСТ. РАС >
Kст треб
> 50 => ВЕРНО
23.К.П.Д стабилизатора в номинальном режиме
η = UВЫХ*IВЫХ/UВХ*IВХ
= 14*0,6/21*0,6184 = 65%
IВХ=IВЫХ
+
IСТ +
IД =
0,6 + 0,005 + 0,0134 = 0,6184 А.
Вывод
Мы провели расчет и разобрали схему
компенсационного стабилизатора. Напряжение стабилизации равно 8.4 В, КПД при
номинальном режиме 65%. Коэффициент стабилизации данного стабилизатора по
сравнению с требуемым больше почти в 86,5 раз, что обеспечивает высокое
качество стабилизации напряжения у данного стабилизатора.
Проведя необходимые расчеты мы выбрали марки
транзисторов, конденсаторов и резисторов из справочников, данные которых
соответствуют ГОСТ 20003-74.
Транзисторы
1. VT1
- 2Е321А
2. VT2
- 2Т321А
3. VT3
- Д809
Резисторы
1. R1
- C542В
2. R2
- C5-40
3. R3
- CП II
4. R4
- П3ВР
5. R5
- С213
Конденсаторы
1. C1
- К5016
2. C2
- К5018