Расчет компенсационных стабилизаторов напряжения (стр. 3 из 4)

коэффициент передачи напряжения транзистора

m_ск = m₂m₃ / (m₂ + m₃) = 45.4´4.2 / (45.4 + 4.2)=3.84 ; (4.30)

выходное сопротивление транзистора

r_ск = m_ск h_{11Э ск} / h_21Э2min h_21Э3min = 0.1723 Ом. (4.31)

Рассчитываем входное сопротивление источника стабильного тока

R_TD = R1 ´ R2 / r _VD1 = 3900´360 / 15 = 57024 Ом. (4.32)

Рассчитываем параметры усилителя обратной связи:

сопротивление нагрузки усилителя

R_К = h_{11Э ск} R_TD / (h_{11Э ск} + R_TD) = 1947.49 Ом; (4.33)

коэффициент усиления напряжения усилителя

К_u = 0.7 h_21Э4min R_К / (h_11Э4 + h_21Э4min r _VD2) = 71.13 . (4.34)

Рассчитываем коэффициент стабилизации рассчитанного стабилизатора напряжения, а также величину пульсаций на выходе

К_ст = m_скК_uU_н / U_вх = 3.845 ´ 71.13 ´ 15 / 22 = 186.4, (4.35)

DU_вих = DU_вх / m_скК_u = 4 / 3.845 ´ 71.13 = 12´10^-4, (4.36)

Рассчитываем коэффициент пульсаций

К_п = DU_вих ´ 100 / U_вх = 12´10^-4´ 100 / 15 = 8´10^-3%. (4.37)

Выходное сопротивление компенсационного стабилизатора будет

R_вых = r_ск / m_скК_u = 0.17 / 3.845 ´ 71.13 = 63´10^-5 Ом. (4.38)

Проверяем соответствие рассчитанных параметров заданным условиям:

К_ст = 186.4 > К_ст.зад = 100;

К_п = 8´10^-3% < К_п.зад = 10´10^-3%.

Найденные параметры удовлетворяют заданным условиям.

4.3 Расчет схемы защиты компенсационного стабилизатора от перегрузки.

Устройства защиты стабилизаторов напряжения от перегрузок можно разделить на встроенные, воздействующие на регулирующий элемент стабилизатора, и автономные, содержащие отдельный ключевой элемент. Обычно к стабилизаторам с защитой от короткого замыкания выходной цепи предъявляется требование автоматического возврата в рабочий режим после устранения перегрузки.

Разрабатываем схему защиты компенсационного стабилизатора напряжения от перегрузки (рис 4.1).

Рис. 4.1

Схема защиты компенсационного стабилизатора от перегрузки реализована на элементах VT5 и R8.

Для расчета принимаем ток срабатывания защиты равный 110% от I_н .

I_{н max} = 1.1 I_н = 1.1 ´ 5 = 5.5 А.

Рассчитываем сопротивление R8 в соответствии с методикой изложенной в [3]:

R8 = U_бе5 / I_{н max} = 0.7 / 5.5 = 0.127 Ом. (4.39)

Рассчитываем мощность проволочного резистора

Р_R8 = U_бе5 ´ I_{н max} = 0.7 ´ 5.5 = 3.85 Вт. (4.40)

Выбираем транзистор VT5 из условия I_к5 = I_б3 ;

U_{к5 max} =U_бэ3 + R8´I_{н max} = 0.7 + 0.127 ´ 5.5 =1.4 B; (4.41)

P₅ = U_{к5 max} ´ I_б3 = 1.4 ´ 6.7´10^-3 = 9.38 ´10^-3 Вт. (4.42)

По полученным значениям U_{к5 max} , I_к5 , Р₅ выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

Марка транзистора	КТ315А
Тип транзистора	NPN
Допустимый ток коллектора, Iк доп	100 мА
Доп. напряжение коллектор-эмиттер, Uк доп	20 В
Рассеиваемая мощность коллектора, Pпред	0.15 Вт
Минимальный коэф. передачи тока базы, h21Э5 min	20.

4.3 Разработка схемы компенсационного стабилизатора напряжения на базе ИМС.

Разработка схемы компенсационного стабилизатора напряжения на базе ИМС сводится к выбору стандартной серийно выпускаемой ИМС и расчета (если необходимо) навесных элементов.

Таблица 4.1

Марка ИМС	Максимальное выходное напряжение, В	Максимальное входное напряжение, В	Минимальное входное напряжение, В	Максимальный выходной ток, А	Максимальная рассеиваемая мощность, Вт	Предельно допустимая температура, °С	Нестабильность по току, %
К142ЕН1А	12	20	9	0.15	0.8	0.5
К142ЕН1Б	12	20	9	0.15	0.8	0.2
К142ЕН1В	12	20	9	0.15	0.8	2
К142ЕН2А	30	40	20	0.15	0.8	0.5
К142ЕН2Б	30	40	20	0.15	0.8	0.2
К142ЕН2Б	30	40	20	0.15	0.8	2
К403ЕН1А	5	2	10	1
К403ЕН1Б	5	2	10	5
К403ЕН2А	6	2	10	1
К403ЕН2Б	6	2	10	5
К403ЕН3А	9	2	10	1
К403ЕН3Б	9	2	10	5
К403ЕН4А	12	2	10	1
К403ЕН5А	15	1.5	8.5	1
К403ЕН5Б	15	1.5	8.5	5
К403ЕН7А	27	1	6	1
SD1083	12	40	7.5	50	170	0.7
SD1084	15	40	5	25	170	0.7
SD1085	20	40	3	15	170	0.7
LAS1520	20	40	1.5	6	150	0.6

В качестве интегрального стабилизатора напряжения выбираем ИМС серии SD 1084. Составляем схему стабилизатора (рис. 4.2).

Рис. 4.2

Выбираем навесные элементы в соответствии и с методикой изложенной в [4].

Рабочее напряжение стабилитрона VD1 определяем из соотношения

U_VD1 = 0.9 U_вых = 0.9 ´ 15 = 13.5 В. (4.43)

Выбираем тип стабилитрона и выписываем его основные параметры:

стабилитрон 2С515А;

I _VD1 = 45´10^-3 А – средний ток стабилизации;

r _VD1 = 25 Ом – дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Рассчитываем сопротивление резистора R1

R1 = 0.9U_вых / I _VD1= 0.9´15 / 45´10^-3 = 300 Ом. (4.44)

Р_R1 = 0.9U_вых´I _VD1= 0.9´15´45´10^-3 = 608´10^-3 Вт. (4.45)

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа МТ-1,0 300 Ом ±5%.

Рассчитываем сопротивление делителя R2R3

R₂₃ = U_VD1 / ( 3´ I_п) = 13.5 / ( 3 ´ 5´10^-3) = 900 Ом, (4.46)

где I_п – ток потерь микросхемы, А (5´10^-3 А).

Рассчитываем сопротивление резисторов R2 и R3:

R2 = 2 ´ R₂₃ / 3 = 2´ 900 / 3 = 600 Ом, (4.47)

R3 = R₂₃ / 3 = 900 / 3 = 300 Ом, (4.48)

Р_R2 = (3´ I_п)²´ R2 = 600´225´10^-6 = 135´10^-3 Вт, (4.49)

Р_R3 = (3´ I_п)²´ R3 = 300´225´10^-6 = 67.5´10^-3 Вт. (4.50)

В соответствии с рядом Е24 выбираем резисторы типа МТ-0,25 600 Ом ±5% и СП5-16Т 300 Ом ±5% соответственно.

Конденсаторы С1 и С2 имеют емкости 100мкФ и 5мкФ соответственно. Более точный расчет емкости конденсаторов и их выбор производится в соответствии с данными про сопряженные со стабилизатором устройства.

5. АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ОШИБОК

Качество работы компенсационного стабилизатора напряжения во многом зависит от разброса параметров электронных компонентов, входящих в его состав. Во многом это связано с невозможностью изготовления компонентов с одинаковыми параметрами. Сильное влияние на разброс параметров оказывает колебания температуры окружающей среды и температуры мощности рассеивания этих элементов. С целью уменьшения колебаний параметров от температуры мощности рассеивания для элементов высокой мощности устанавливаются радиаторы.