Расчет силовой части стабилизатора.
Выбираем схему стабилизатора с операционным усилителем, в качестве схемы сравнения. 4.2.1. Задаемся величиной тока, потребляемого схемой стабилизатора Iвн 0,02 А, и определяем максимальный ток через регулирующий транзистор Iк4макс, А Iк4макс Iн.макс Iвн, 1 Iк4макс 0,02 1,05 1,07 А 4.2.2. Найдем минимальное напряжение на входе стабилизатора U01мин, В U01мин Uвых.макс Uкэ4мин U01м1, 2 где Uвых.макс- наибольшее выходное напряжение стабилизатора U01м1-амплитуда пульсаций на входе стабилизатора U01м1 0,05-0,1 Uвых.макс Uкэ4мин , 3 где Uкэ4мин 1,5-2 В, для кремниевых транзисторов U01м1 0,1 12,06 2 1.406 В U01мин 12,06 2 1,406 15,466 В Определим номинальное и максимальное напряжение на входе стабилизатора U01, U01макс , В U01 U01мин 1-амин 4 U01 15,466 1-0,005 15,54 В U01макс U01 1 амакс 5 U01макс 15,54 1 0,005 15,61 В Определяем ориентировочную величину внутреннего сопротивления выпрямителя r0, Ом r0 0,05-0,15 U01 Iнмакс, 6 r0 0,05-0,15 15,54 1,05 1,48 Ом Определим максимальное напряжении на входе стабилизатора при минимальном токе в нагрузке U01макс.макс, В U01макс.макс U01макс Iнмакс-Iнмин r0 7 U01макс.макс 15,61 1,05-0.95 1,48 15,758 В Определим максимальное напряжение на переходе К-Э VT4,В Uкэ4макс U01макс.макс Uвых.мин 8 Uкэ4макс 15,758-11,94 3,81 В Найдем величину максимальной мощности, рассеиваемой на регулирующем транзисторе VT4, Рк4,Вт Рк4 U01макс-Uвых.мин Iк4макс 9 Рк4 15,61-11,94 1,07 3,92 Вт По величинам Uкэ4макс 3,81 В, Iк4макс 1,07 А и Рк4 3,92 Вт выбираем тип регулирующего транзистора Выбираем транзистор КТ-801А. Справочные данные транзистора КТ-801А. Таблица 1 Uкэ4макс, В Iк4макс, А Рк4, Вт Qпер.макс,0С Rт,0С Вт 80 2 5 150 20 4.2.3. Определим величину предельной мощности, которую может рассеять выбранный транзистор без радиатора Рк4макс, Вт Рк4макс Qпер.макс-Qокр.макс Rт, 10 где Qпер.макс- максимальная температура коллекторного перехода, Вт Qокр.макс- максимальная температура окружающей среды, 0С Rт- тепловое сопротивление транзистора, 0С Вт Рк4макс 150-40 85 5,5 Вт Поскольку Рк4 Рк4макс 5 5,5-верно, то радиатор не нужен. 4.2.4. Определим максимальный и минимальный токи базы VT4 Iб4мин, Iб4макс, мА Iб4мин Iнмин h21э4макс, 11 где h21э4макс, h21э4мин- справочные данные транзистора Iб4мин 0,95 50 19 мА Iб4макс Iнмакс h21э4мин 12 Iб4макс 1,05 13 80 мА 4.2.5. Найдем величину максимального тока эмиттера транзистора VT3 Iэ3макс, мА Iэ3макс Iб4макс 13 Iэ3макс 80 мА Iэ3макс Iк3макс Uкэ3макс Uкэ4макс 14 Uкэ3макс 3,81 В 4.2.6. Найдем величину максимальной мощности, рассеиваемой на транзисторе VT3, Рк3,Вт Рк3 Iк3макс Uкэ3макс 15 Рк3 0,08 3,81 0,305 Вт 4.2.7. По величинам Uкэ3макс 3,81 В, Iк3макс 0,08 А и Рк3 0,305 Вт выбираем тип транзистора VT3 Выбираем транзистор КТ-603Е Справочные данные транзистора КТ-603Е. Таблица 2 Uкэ3макс, В Iк3max, А Рк3, Вт Qпер.макс,0С Rт,0С Вт 10 0,3 0,5 120 200 4.2.8. Определим величину предельной мощности, которую может рассеять выбранный транзистор без радиатора Рк3макс, Вт Рк3макс Qпер.макс-Qокр.макс Rт, 16 Рк3макс 120-40 200 0,4 Вт Поскольку Рк3 Рк3макс 0,305 0,4- верно, то радиатор не нужен. 4.2.9. Определим максимальный и минимальный токи базы транзистора VT3 Iб3мин, Iб3макс, мА Iб3мин Iнмин h21э4макс h21э3макс 17 где h21э4макс, h21э3макс- справочные данные транзистора Iб3мин 0,95 50 200 0,095 мА Iб3макс Iк3макс h21э3мин 18 Iб3макс 0,08 60 1,3мА Так как ток базы транзистора VT3 меньше выходного тока операционного усилителя, то число транзисторов входящих в состав составного транзистора равно 2. 4.2.10. Рассчитаем резистор R7, Ом R7 U01мин-Uвых h21э3мин Iн 19 R7 15,46-12 100 1 1500 Ом 4.2.11. Найдем мощность, рассеиваемую на резисторе РR7, мВт РR7 U201макс 4 R7 20 РR7 15,542 4 1500 40 мВт В качестве R7 выбираем ОМЛТ-0,125-1,5 кОм. 4.2.12. Рассчитаем антипаразитный конденсатор С5, мкФ С5 3Tср R7 21 где Tср- постоянная времени С5R7, мкC Tср 1 2 П 2 fc 22 Tср 1 2 3,14 100 1,6 мкС С5 4,8 10-3 1500 3,2 мкФ В качестве С5 выбираем конденсатор К50-6 3,3 мкФ. 4.2.13. Расчет схемы сравнения и усилителя постоянного тока. Определим величину опорного напряжения Uоп, В Uоп Uвых.мин - 2-3 В 23 Uоп 11,94-3 8,94 В Выбираем Uоп 8,9 В, в качестве источника опорного напряжения выбираем стабилитрон Д818Б Справочные данные стабилитрона Д818Б Таблица 3 UСТ.макс, В UСТ.мин, В Iст.мин, мА Iст.макс, мА rст, Ом аст, 0С 9 6,75 3 33 25 -0,02 4.2.14. Рассчитаем напряжение на выходе операционного усилителя Uвых.оу, В Uвых.оу Uвых Uоп 24 Uвых.оу 12-8,9 3,1 В 4.2.15. Зная ток базы составного транзистора Iб3 1мА определим ток на выходе ОУ I оу, он должен быть в 2,5-4 раза больше Iб3 I оу 3 мА 4.2.16. Рассчитаем величину защитного резистора R8, Ом R8 Uвых.оу I оу 25 R8 3,1 3 10-3 1033 Ом Принимаем R8 1кОм 4.2.17. Найдем мощность рассеиваемую на резисторе РR8, мВт РR8 Uвых.оу I оу 26 РR8 3,1 3 10-3 9,3 мВт В качестве R8 выбираем ОМЛТ-0,125-1кОм. 4.2.18. Рассчитаем величину резистора R9 ,Ом R9 Uвых. мин Uст.макс Iст.мин, 27 где Uст.макс ,Iст.мин- справочные данные стабилитрона см. таблицу 3 R9 11,94-9 3 10-3 980 Ом Принимаем R9 1кОМ 4.2.19. Найдем мощность рассеиваемую на резисторе РR9, мВт РR9 Uвых. макс Uст.мин 2 R9 28 РR9 12,06-6,75 2 1000 28 мВт В качестве R9 выбираем ОМЛТ-0,125-1кОм. 4.2.20. Определим максимальный ток через стабилитрон и убедимся, что его величина не превышает предельно допустимого значения Iст10.макс, мА Iст10.макс Uвых. макс Uст.мин R9 29 Iст10.макс 12,06-6,75 1000 5,3 мА Iст210макс 5,3 мА Iст.макс 33 мА -верно 4.2.21. Зададимся током делителя Iдел 0,5 мА 4.2.22. Определим минимальный и максимальный коэффициент передачи делителя бмин и бмакс бмин Uст.мин Uвых. макс 30 бмин 6,75 12,06 0,56 бмакс Uст.макс Uвых. мин 31 бмакс 9 11,94 0,75 4.2.23. Определим суммарное сопротивление делителя Rдел, Ом Rдел Uвых. мин Iдел 32 Rдел 11,94 0,5 10-3 23880 Ом 4.2.24. Рассчитаем величину резистора R12 ,Ом R12 бмин Rдел 33 R12 0,56 23880 13370 Ом Принимаем R12 13кОМ 4.2.25. Найдем мощность рассеиваемую на резисторе РR12, мВт РR12 R12 I дел2 34 РR12 13000 0,5 10-3 2 32 мВт В качестве R12 выбираем ОМЛТ-0,125-13кОм. 4.2.26. Рассчитаем величину резистора R10 ,Ом R10 1- бмакс Rдел 35 R10 1-0,75 23380 5840 Ом Принимаем R10 5600 Ом 4.2.27. Найдем мощность рассеиваемую на резисторе РR10, мВт РR10 R10 I дел2 36 РR10 5600 0,5 10-3 2 14,2 мВт В качестве R10 выбираем ОМЛТ-0,125-5,6 кОм. 4.2.28. Рассчитаем величину переменного резистора R11, Ом R11 Rдел-R10-R12 37 R11 23880-5600-13000 5280 Ом 4.2.29. Найдем мощность, рассеиваемую на переменном резисторе РR11, мВт РR11 R11 I дел2 38 РR11 5180 0,5 10-3 2 2,6 мВт В качестве R11 выбираем СП5-15-6,8 кОм 4.2.30. Расчет термокомпенсации. Определим номинальное значение температурного коэффициента стабилитрона Хст2, мВ 0С Хст2 10 аст2 Uст2, 39 где аст2-справочный параметр стабилитрона Uст2 Uст.макс Uст.мин 2 40 Uст2 9 6,75 2 7,87 В Хст2 10 -0,02 7,87 -1,57 мВ 0С 4.2.31. Найдем максимальный температурный коэффициент стабилизатора при отсутствии термокомпенсирующих диодов Хмакс Хмакс Uвых Хст2 Хо.у макс Uст2, 41 где- Хо.у макс- максимальный температурный коэффициент операционного усилителя мкВ 0С справочные данные Хмакс 12 -1,57 50 10-3 7,87 2,39 мВ 0С Полученное значение температурного коэффициента меньше заданного, поэтому нет необходимости осуществлять термокомпенсацию. 4.2.32. Рассчитаем основные параметры стабилизатора.
Определим коэффициент стабилизации Кст Кст , 42 где Кр- коэффициент усиления составного регулирующего транзистора по напряжению Кр , 43 где К4, К3-коэффициенты усиления по напряжению транзисторов VT3, VT4, определяем из таблицы 4.5 2.с.135 . К4 500, К3 800 Кр 307,7 Коу- коэффициент усиления операционного усилителя по постоянному току Коу 15 б- коэффициент передачи делителя б бмин бмакс 2 44 б 0,56 0,57 2 0,56 Ь- коэффициент, учитывающий влияние входного сопротивление усилителя на коэффициент передачи делителя Ь 0,005 nпосл- число регулирующих транзисторов включенных последовательно nпосл 2 rоу- выходное сопротивление операционного усилителя справочный параметр rоу 150 Ом Rоу- входное сопротивление операционного усилителя, Ом Кст 711 4.2.33. Определим амплитуду пульсации выходного напряжения стабилизатора Uвыхm, мВ Uвыхm U01m1 Uвых Кст U01, 45 Uвыхm 1,4 12 711 15,54 1,5 мВ 4.2.34. Определим внутренне сопротивление стабилизатора ri, Ом ri -1 S4 Коу Ь б nпар, 46 где S4 крутизна регулирующего транзистора VT4 см. таблица 4.2 2.с.130 ri -1 0,7 307 0,56 0,05 1 0,166 Ом 4.2.35. Определим номинальное и минимальное значение кпд стабилизатора ђмин, ђмакс ђмин Uвых.мин U01макс 47 ђмин 11,94 15,61 0,76 ђмакс Uвых U01 48 ђмакс 12 15,45 0,77 4.2.36. Определим величину емкости С6,мкФ С6 0,23 h21э4 ri 2 П f21б 49 С6 0,23 50 0,166 6,28 10000 1100 мкФ Выбираем конденсатор К50-6 2000 мкФ. 4.3.