r VD1 = 15 Ом – диференційний опір стабілітрона.
Обчислюємо опір резистора R1, задавши середній струм стабілітрона (I R1 = I VD1)
R1 = 0.9 Uвх max / I R1 = 0.9 22 / 510-3 = 3960 Ом. (4.22)
Потужність, що розсіюється на резисторі R1, дорівнює
R1 = 0.9Uвх max I R1 = 0.9 22 510-3 = 9910-3Вт (4.23)
Відповідно до ряду Е24 вибираємо резистор типу С2-33 – 0.125 – 3.9кОм 5%. Визначаємо початкові дані для вибору транзистора VT1. Розраховуємо струм колектора транзистора VT1
Iк1 = Iк4 + Iб2 = 410-3 + 1210-5 =41210-5 (4.24)
Знаходимо напругу колектор-емітер VT1
Uк1max = Uвх max - UR2 + Uк4max - UVD2 = 4.1 В, (4.25)
де UR2 = UVD1 - Uбе1 – падіння напруги на резисторі R2.
Потужність, що розсіюється на колекторі транзистора VT1
Р1 = Uк1max Iк1 = 4.1 41210-5 = 1610-3 Вт. (4.26)
За отриманими значеннями Uк1 max , Iк1 , Р1 вибираємо тип транзистора і виписуємо його параметри:
Марка транзистора | КТ313Б |
Тип транзистора | PNP |
Допустимий струм колектора, Iк доп | 350 мА |
Допустима напруга колектор-емітер, Uк доп | 30 В |
Розсіювальна потужність колектора, Рпред | 0.30 Вт |
Мінімальний коеф. передачі струму бази, h21Е1 min | 50 |
Розраховуємо опір резистора R2
R2 = UR2 / IК1 = 1.5 / 41210-5 = 364 Ом, (4.27)
РR2 = UR2 IК1 = 1.5 41210-5 = 61810-5 Вт. (4.28)
Відповідно до ряду Е24 вибираємо резистор типу С2-33 – 0.125 – 360Ом 5%. Розраховуємо основні параметри складеного транзистора:
вхідний опір транзистора
h11Е ск =h11Е2+h11Е3h21Е2min= 36.36 + 3360 =2016 Ом; (4.29)
коефіцієнт передачі напруги транзистора
mск = m2m3 / (m2 + m3) = 45.44.2 / (45.4 + 4.2)=3.84 ; (4.30)
вихідний опір транзистора
rск = mск h11Е ск / h21Е2min h21Е3min = 0.1723 Ом. (4.31)
Розраховуємо вхідний опір джерела стабільного струму
RTD = R1 R2 / r VD1 = 3900360 / 15 = 57024 Ом. (4.32)
Розраховуємо параметри підсилювача зворотного зв'язку:
опір навантаження підсилювача
RК = h11Е ск RTD / (h11Е ск + RTD) = 1947.49 Ом; (4.33)
коефіцієнт підсилення напруги підсилювача
Кu = 0.7 h21Е4min RК / (h11Е4 + h21Е4min r VD2) = 71.13 . (4.34)
Розраховуємо коефіцієнт стабілізації і величину пульсацій на виході
Кст = mскКuUн / Uвх = 3.845 71.13 15 / 22 = 186.4, (4.35)
DUвих = DUвх / mскКu = 4 / 3.845 71.13 = 1210-4, (4.36)
Розраховуємо коефіцієнт пульсацій
Кп = DUвих 100 / Uвх = 1210-4 100 / 15 = 810-3%. (4.37)
Вихідний опір компенсаційного стабілізатора буде
Rвих = rск / mскКu = 0.17 / 3.845 71.13 = 6310-5 Ом. (4.38)
Перевіряємо відповідність розрахованих параметрів заданим умовам:
Кст = 186.4 > Кст.зад = 100; Кп = 810-3% < Кп.зад = 1010-3%.
Знайдені параметри задовольняють заданим умовам.
4.3 Розрахунок схеми захисту компенсаційного стабілізатора від перевантаження
Пристрої захисту стабілізаторів напруги від перевантажень можна розділити на вбудовані, що впливають на регулюючий елемент стабілізатора, і автономні, що містять окремий ключовий елемент. Звичайно до стабілізаторів із захистом від короткого замикання вихідного ланцюга пред'являється вимога автоматичного повернення в робочий режим після усунення перевантаження. Розробляємо схему захисту компенсаційного стабілізатора напруги від перевантаження (додаток Б). Схема захисту компенсаційного стабілізатора від перевантаження реалізована на елементах VT5 і R8.
Для розрахунку приймаємо струм спрацювання захисту 110% від Iн .
Iн max = 1.1 Iн = 1.1 5 = 5.5 А.
Розраховуємо опір R8:
R8 = Uбе5 / Iн max = 0.7 / 5.5 = 0.127 Ом. (4.39)
Розраховуємо потужність дротового резистора
РR8 = Uбе5 Iн max = 0.7 5.5 = 3.85 Вт. (4.40)
Вибираємо транзистор VT5 з умови Iк5 = Iб3 ;
Uк5 max =Uбе3 + R8Iн max = 0.7 + 0.127 5.5 =1.4 B; (4.41)
P5 = Uк5 max Iб3 = 1.4 6.710-3 = 9.38 10-3 Вт. (4.42)
За отриманими значеннями Uк5 max , Iк5 , Р5 вибираємо тип транзистора і виписуємо його параметри:
Марка транзистора | КТ315А |
Тип транзистора | NPN |
Допустимий струм колектора, Iк доп | 100 мА |
Допустима напруга колектор-емітер, Uк доп | 20 В |
Розсіювальна потужність колектора, Рпред | 0.15 Вт |
Мінімальний коеф. передачі струму бази, h21Е5 min | 20 |
Розробка схеми компенсаційного стабілізатора напруги на базі ІМС
Розробка схеми компенсаційного стабілізатора напруги на базі ІМС зводиться до вибору стандартної серійно випускаємої ІМС і розрахунку (якщо необхідно) навісних елементів.
Таблиця 4.1 – Марки ІМС
Марка ІМС | Максимальна вихідна напруга, В | Максимальна вхідна напруга, В | Мінімальна вхідна напруга, В | Максимальний вихідний струм, А | Максимальна розсіювальна потужність, Вт | Гранично допустима температура, °С | Нестабільність по струму, % |
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 | |
К142ЕН2В | 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 |
Як інтегральний стабілізатор напруги вибираємо ІМС серії SD 1084. Складаємо схему стабілізатора (додаток В). Вибираємо навісні елементи:
Робочу напругу стабілітрона VD1 визначаємо із співвідношення
UVD1 = 0.9 Uвих = 0.9 15 = 13.5 В. (4.43)
Вибираємо тип стабілітрона і виписуємо його основні параметри:
стабілітрон 2С515А;
I VD1 = 4510-3 А – середній струм стабілізації;