Расчёт и проектирование вторичного источника питания (стр. 2 из 3)
I б1 I К1 / В1 = 100 /20 = 5 мА, (3.12)
получим
I К2 5 мА.
Кроме того,
UК.Э2 МАКС UК.Э1 МАКС 8,2 в. (3.13)
Таким образом, мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора Т2, равнаРк2 макс Uк.э2 макс • I к2 = 8,2 • 5х10-3 = 0,041 Вт = 41 мВт.
По справочнику выбираем транзистор Т2 типа П201А с параметрами:
коэффициент усиления по току В2 = 40, максимальное напряжение между коллектором и эмиттером Uк.э2 макс. доп.=22 в, максимальный ток коллектораI к2. макс. доп = 1,5 а, максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе, Рк2 макс. доп = 1 вт. Поскольку Рк2 макс. = 0,041 вт < Рк2 макс. доп = 1 вт,то транзистор Т2 выбран правильно.
7. Выбираем тип кремниевого стабилитрона. В качестве источника эталонного напряжения обычно используется кремниевый стабилитрон, который должен иметь номинальное напряжение стабилизации, который должен иметь номинальное напряжение стабилизации
Uст (0,6 0,7) • Uвых, (3.14)
Uст (0,6 0,7) • 9 = 5,4 в.
По справочнику выбираем стабилитрон типа Д808, у которого
Uст = Uэт = 8 в. ; I ст 5 мА ; I ст. макс. мА.
8. Находим коэффициент деления напряжения делителем R5,R6 и R7
= U2 вых / Uвых Uэт / Uвых = 8 / 12 = 0,667 (3.15)
9. Выбираем тип управляющего (усилительного) транзистора Т3. На транзисторе Т3 собран усилитель, который должен реагировать на самые незначительные колебания выходного напряжения и усиливать их до величины, достаточной для управления регулирующим транзистором. Поэтому управляющий транзистор должен обеспечивать достаточное усиление сигнала по напряжению. При выборе транзистора необходимо обратить внимание на величину коллекторного тока I кз. Этот ток должен быть по возможности небольшим, но всегда превышать ток базы согласующего транзистора Т2. Обычно величина тока I кз выбирается в пределах 0,5 2 ма. Требуемое значение коэффициента усиления по напряжению для управляющего транзистора можно найти по формуле
(3.16)где Uвх = Uвх. макс — Uвх. мин = 17,2 – 14 = 3,2 в.
Наиболее часто в качестве управляющих используются маломощные низкочастотные транзисторы.
Предварительно выберем транзистор тира МП41 (П15) с такими данными: коэффициент усиления по току B3 = 30, максимально допустимое напряжение коллектор—эмиттер UК.Э3 МАКС. ДОП. == 20 в, максимальный ток коллектора
I К3. МАКС. ДОП = 20 ма, максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе Рк3 макс. доп = 0,15 вт. Определим фактический коэффициент усиления каскада на транзисторе МП41 (П15). Для этого можно воспользоваться формулой
(3.17)где
, — крутизна характеристики транзистора Т3 (число, показывающее,на сколько миллиампер изменится коллекторный ток при изменении напряжения между базой и эмиттером транзистора на 1 в);
R1 — сопротивление нагрузки в цепи коллектора транзистора Т3.
Для маломощных низкочастотных транзисторов, используемых в схемах стабилизаторов напряжения, значение крутизны лежит в пределах
S3 = (20 40) мА/в.
Принимаем S3 = 30 ма/в.
Сопротивление R1 может быть найдено по формуле
(3.18) 
Мощность, рассеиваемая на резисторе R1, составляет
PR1 = (IK3)2 • R1 = 12000 • (2х10-3)2 = 0,048 Вт.
Определим величину мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора T3,
Рк3 макс. = U к.э3 макс. • IкЗ. (3.19)
Принимая
U к.э3 макс. = U вых. + U вых – U эт = 12 + 0.4 – 8 = 4.4 B. и IкЗ = 2 х 10 –3 Аполучим
Рк3 макс. = 4.4• 2 х 10 –3 = 0,0088 Вт < Рк3 макс. доп. = 0,15 Вт.
Следовательно, транзистор Т3 выбран правильно.
10. Определяем величины сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторовсхемы. Как мы уже выяснили, сопротивление нагрузки в цепи коллектора транзистора Т3 R1 = 12 кОм. Найдем сопротивления выходного делителя. Ток делителя I д обычно выбирают на один – два порядка выше тока базы управляющего транзистора Т3. Номинальный ток базы транзистора Т3 можно найти по формуле
IбЗ = IкЗ / В3, (3.20)
IбЗ = 2 х 10 –3 / 30 = 0,66 мА.
Выбирая ток делителя Iд = 5 ма, найдем общее сопротивление делителя
Rд = R5 + R6 + R7 = U вых / Iд, (3.21)
Rд = 12 / 5х10– 3 =2.4 кОм.
Выходное напряжение стабилизатора можно регулироваться в пределах ± 2 в. Учитывая также, что напряжение стабилизации стабилитрона Д808 может меняться в пределах 7—8,5 в, определим сопротивление нижнего плеча делителя для крайних значений U эт и U вых
(3.22)
Ом; 
(3.23) 
.Величины сопротивлений R5 и R6 равны
R6 = (Rд.н.)макс – (Rд.н.)мин ; (3.24)
R6 = 1758 – 1354 = 404 Ом ;
R5 = Rд – (Rд.н.)макс ; (3.25)
R5 = 640 Ом ;
Полученные значения сопротивлений делителя соответствуют номинальным. Поэтому окончательно принимаем R5 = 640 ом; R6 = 400 Ом; R7 ==1,4 кОм (тип резисторов R7 — УЛМ-0,12, R5 и R6 — СПО). Сопротивление R8 берется такой величины, чтобы задаваемый им ток через стабилитрон составлял Iст = 5 ма,
R8 =
(3.26)R8 = ( 12 – 8 ) / 5х10–3 = 800 Ом
По справочнику выбираем резистор с сопротивлением R8 = 800 Ом (тип резистора—УЛМ-0,12).
Для увеличения быстродействия стабилизатора используется емкостная связь между выходом стабилизатора и входом усилителя, собранного на транзисторе Т3. С этой целью в схему стабилизатора включают конденсатор С2. Величина емкости этого конденсатора выбирается порядка единиц — десятков микрофарад. Например, для рассчитываемой схемы можно использовать электролитический конденсатор типа ЭМ емкостью 3 мкф с рабочим напряжением 20 в.
Конденсатор С3 служит для повышения устойчивости стабилизатора и одновременно позволяет уменьшить выходное сопротивление схемы. Емкость конденсатора С3 выбирается порядка 1000— 2000 мкф. Для нашей схемы можно, использовать электролитический конденсатор типа ЭТО-2 емкостью 1000 мкф с рабочим напряжением 35 в.
11. Находим коэффициент стабилизации рассчитанного стабилизатора по формуле
(3.27) 
Таким образом, коэффициент стабилизации рассчитанного стабилизатора оказался больше требуемого, так как
12. К. п. д. стабилизатора в номинальном режиме находим, по формуле
(3.28)где I вх = I вых +I ст +I д = 100 + 5 + 5 = 110 мА. Следовательно
13. Расчет схемы защиты от короткого замыкания. Цепь состоит из транзистора МП41 ; делителя напряжения, собранного на резисторах R2 и R3;
и балансного сопротивления R4. Расчет дополнен моделированием в программе Electronics Workbench для подбора наиболее оптимальных параметров цепи.
Выберем резистор R4 = 3 Ом; расчитаем падение напряжения на нем
UR4 = I * R = 0,1 * 3 = 0,3 В.
Расчитаем делитель, таким образом, дабы в верхнем плече делителя, обеспечивалось падение напряжения равное UR4.
R2 = 0,3 / 0,005 = 60 Ом,
R3 = 12 / 0,005 = 2,4 кОм.
Анализ всей схемы в программе Electronics Workbench показал, подключение системы защиты, снижает к.п.д. стабилизатора и приводит к снижению выходного напряжения. Подъем входного напряжения стабилизатора до уровня 30 В а также изменение R2 с 60 на 3 Ома, с одной стороны позволяют сохранить выходные параметры и показатели качества на неизменном уровне, а с другой стороны потребляемая схемой мощность возрастет незначительно.
В итоге выбираем R2 = 3 Ом и R3 = 2,4 кОм.
14. Расчитаем необходимую схему выпрямления в составе: трансформатор питания; диодный мост; сглаживающий сонденсатор
Определяем емкость конденсатора на входе стабилизатора, обеспечивающего пульсацию выпрямленного тока не более 10%. Для мостовой схемы
, (3.29)
По каталогу выбираем стандартный электролитический конденсатор типа ЭТО-2 емкостью 300 мкф на 25 в.
Выбор трансформатора осуществляется по справочнику (хотя можно усуществить расчет и самостоятельно) исходя из определенных нами входных параметров стабилизатора, выберем трансформатор типа ТПП 237–127/220–50,
со следующими параметрами: номинальный ток вторичной обмотки I2Н=0,1 A; напряжение на вторичной обмотке U2Н=20 B (стоит отметить, что данное напряжение заранее учитывает все потери найденные в процессе моделирования: потери на вентилях и в цепи защиты от короткого замыкания; Все остальные потери были учтены в процессе расчета схемы стабилизатора.).
Выберем тип вентилей. Обратное напряжение на вентиль для однофазной мостовой схемы составляет
U обр =1,5 * U0, (3.30)
U обр =1,5 * 20 = 30 в.
Среднее значение тока вентиля для данной схемы составит