Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Методика расчета последовательного компенсационного стабилизатора
|
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
1.Требуемое значение коэффициента стабилизации
Kст треб = aвх +bвх /aвых + bвых = 10/0.2 = 50
2.Минимальное напряжение на входе стабилизатора
Uвх min = Uвых + Uкэi min + ΔUвых = 14 + 3+ 2 = 19В
Uкэi 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
3. Номинальное напряжение на входе стабилизатора с учетом допустимых отклонений входного напряжения aвх=bвх
Uвх = Uвх min/(1-bвх/100) = 1.9/(1-0.1) = 21В
4. Максимальное напряжение на входе стабилизатора
Uвх max = Uвх*(1+aвх/100) = 21*(1*0.1) = 23В
5. Максимальное падение напряжения на участке эмиттер-коллектор регулирующего транзистора
Uкэi max = Uвх max - Uвых = 23 -14 = 9В
6. Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе регулирующего транзистора
Pki 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
7. 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
Iб1~ 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
9. Выбираем тип стабилитрона, используемого в качестве источника эталонного напряжения. Номинальное напряжение стабилизации
Uст = (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)
10. 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).
12. Определяем фактический коэффициент усиления управляющего каскада
K3 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
13. R1 = сопротивление нагрузки в цепи коллектора VT3 находиться из формулы
R1 = (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
14. 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
IД = (10 - 100)IБЗ = 0.00067*20 = 0.0134А
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
4323 > 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
Резисторы
Конденсаторы