Проектирование и расчет стабилизатор напряжения последовательного типа

Проектирование и расчет стабилизатор напряжения последовательного типа

В результате расчета:

Выбрать типы используемых транзисторов;

Рассчитать параметры элементов схемы;

Начертить принципиальную электрическую схему стабилизатора напряжения.

Исходными данными являются:

Выходное напряжение U вых = 15 В;

Предельное отклонение ΔU вых= ± 1 В;

Ток нагрузки Iн=0.3 А;

Допустимые относительные изменения входного напряжения

ΔUвх/Uвых=±10%

5)Коэффициент стабилизации Кст = 60.

Методика выполнения задания №1.

Выбираем тип регулирующего транзистора VТ1 и его режима:

Uвх min= Uвых+ Δ Uвых+|U КЭmin|=15+1+3=19 B, где

| U КЭmin | - минимальное напряжение между коллектором и эмиттером

транзистора Т1, при котором его работа не заходит в область насыщения.

Для мощных транзисторов, которые используются в качестве регулирующего элемента, | U КЭmin |=1÷ 3 В При расчете принимают | U КЭmin |=3 В

Uвхmin = 1,1 ⋅ 19 = 20,9В

Uвх= 1,1 ⋅ 20,9 = 22,9В

Находим |UКЭ1mах| и максимальную мощность, рассеиваемую на регулирующем транзисторе РКmах:

|UКЭ1mах | = Uвхmах -Uвыхmin = 22,9-14= 8,9 В

РКmах =|UКЭ1mах |⋅Iн = 8,9 ⋅0,3=2,67 Вт

Выбираем по справочнику [2] транзистор КТ8426, для которого

Рк mах = 3Вт, Iк mах = 5А, h21Э 15, |U КЭmin|= 200 В

2.Выбор типа согласующего транзистора VТ2 и его режима. Коллекторный ток транзистора VТ2:

Iк2 ≈ Iэ2=Iδ1 +IR4 = Iк1/ h21Э + IR4 = Iн / h21Э + IR4 ,

где IR4 - дополнительный ток, протекающий через резистор R4 Для маломощных транзисторов, используемых в качестве согласующего элемента, дополнительный ток выбирают в пределах 1-2 mА. Приняв IR4= 1,5 mА , получим: Iк2=0,3 ⋅103 /30+1,5 = 11,5mА .

Определяем максимальные значения напряжения UКЭ2 и мощности РК2 согласующего транзистора:

|UКЭ2mах |≈ |UКЭ1mах | = 8,9 В

РК = Iк2 ⋅ |UКЭ2mах |= 11,5⋅10-3⋅8,9=102 mВт

Выбираем по справочнику транзистор типа КТ201В со следующими параметрами:

Iк max = 20 mА 11,5 mА ;

|UКЭmах | = 10В 8,9В;

Рк =150mВт102mВт ;

h21Э =30...90

3.Рассчитываем сопротивление резистора R4:

R4 = Uвых / IR4 =15 / 1,5 ⋅ 10-3 = 10 кОм

4.Выбор усилительного транзистора VТ3 и его режима.

В качестве усилительного транзистора используют маломощные транзисторы. Обычно, из технологических соображений транзисторы VТ2, VТ3 выбирают одного типа. Выбираем КТ201B.

Задаемся напряжением |UКЭ3| = 8,9 В

Определяем опорное напряжение:

Uоп = Uвых - | UКЭ3|= 15 - 8,9 = 6,1 В .

Для получения такого опорного напряжения используем стабилитрон (по справочнику) типа 1N1984, у которого Uст = 6,8 В, Iст = 5 mА.

5.Определим значение ограничивающего сопротивления R5:

R5 = Uвых – Uоп / Iст – Iэ3= 15 - 6,1 / (5 – 1) ⋅ 10-3 = 2,2 кОМ

Iэ3 ≈ Iк3, а Iк3 выбирают в пределах 1...1,5 mА.

Из уравнения Кирхгофа UЭδ1 + UЭδ2 +UR3 - | UКЭ1| = 0.

С учетом того, что UЭδ1 ,UЭδ2 ≈ 0, получаем UR3 ≈ | UКЭ1|. Отсюда находим сопротивление R3:

R3 = UR3 / IR3 ≈ | UКЭ1| / Iк3 + Iδ2 ≈ 8,9 / 1+ 0,38 = 6,4 кОм, где

Iк3 ≈ Iэ3 = 1 mA, а Iδ2 = Iк2 / h21Э = 11,5 / 30 = 0,38 mA

6. Расчет делителей напряжения.

Из выражения (R8 + 0,5R7)-Iдел ≈ Uоп, где Iдел - ток, протекающий через делитель R6, R7,R8.

Получаем

R7 = Uоп - Iдел ⋅R8 / 0,5⋅ Iдел .

Выбираем Iдел из условия: Iдел (5 ÷10) Iδ3.

Примем

Iдел = 100 ⋅ Iδ3 = 100 ⋅ Iк3 / h21Э =100⋅1/30= 3,3 mА.

Зададимся значением R8=1,5кОм, тогда

R7 = 6,1 – 3,3 ⋅ 10-3 ⋅ 1,5 ⋅ 10-3 / 0,5 ⋅ 3,3 ⋅10-3 = 1,15 / 1,65 = 0,7 кОм.

По выражению Iдел (R6 + 0.5R7) ≈ Uвых -Uоп находим:

R6 =Uвых -Uоп-0,5⋅ Iдел ⋅R7 / Iдел =15- 6,1-0,5⋅3,3 ⋅10-3 ⋅0,7⋅10-3 / 3,3⋅10-3 =2,3 кОм

7.Выбираем конденсаторы:

-емкость конденсатора С1, включаемого для предотвращения возбуждения стабилизатора, подбирают экспериментально, С1≤0,5... 1мкФ;

-емкость конденсатора С2, включение которого к незначительному уменьшению пульсаций выходного напряжения и замкнутому уменьшению выходного сопротивления стабилизатора переменному току, выбирают в пределах 1000...2000 мкФ, выбираем С1=0,5 мкФ, С2=1000 мкФ.

8.Определяем коэффициент стабилизации напряжения:

Кст = Кдел ⋅ К3 ⋅ Uвых/Uвх= 0,4 ⋅ 320⋅15/20,9= 92 , где

Кдел = Uоп / Uвых = 6,1/15= 0,4

- коэффициент деления напряжения делителя R6, R7, R8;

К3 =(h21Э3 / h11Э3 ) ⋅ R3 =(30/600) ⋅6,4⋅103 =320

Если значение Кст окажется недостаточным, то следует выбрать транзисторы VТ2 и VТЗ с большим коэффициентом усиления тока h21Э.