 |
Расчёт стабилизатора напряжения
|
|
|
|
Так как в нашем случае источник первичного электропитания постоянный, то необходим только стабилизатор напряжения.
Расчёт элементов будем вести для источника +20 В, для -20 В. Примем те же элементы, кроме транзистора, который выберем с аналогичными характеристиками, только другой структуры.
Во время работы блока питания на конденсаторах фильтра напряжение пульсирует от максимального Uнест.max до ≈ 0,9× Uнест.max. Часть напряжения (минимум Uкэ.нас) падает на транзисторе стабилизатора, кроме этого надо предусмотреть запас по напряжению на входе стабилизатора на случай уменьшения напряжения в сети. На этом этапе примем напряжение насыщения коллектор-эмитер транзистора равным 2 В, так как у большинства кремниевых транзисторов оно лежит в диапазоне от 1 до 2 В. Поэтому напряжение на входе стабилизатора оценим так:
Выберем конденсаторы схемы. Для ёмкостного фильтра следует использовать оксидные конденсаторы, как имеющие большую ёмкость. Для них регламентируется максимально допустимая амплитуда переменной составляющей. Обычно она 5…20 % от постоянной составляющей. Именно поэтому при оценке входного напряжения стабилизатора был использован коэффициент 0.9 (для пульсаций 10%). Для облегчения подбора конденсатора и увеличения срока его службы примем максимальные пульсации на конденсаторах фильтра равными 5%. Расчёт проведём по формуле:
где I = Iн - ток разряжающий конденсатор, в нашем случае это ток нагрузки;
С – ёмкость конденсатора;
∆U – напряжение разряда конденсатора, у нас 5% от постоянного напряжения на нём;
∆t – время, в течении которого разряжается конденсатор, для двухполупериодного выпрямителя это около 10 мс.
|
|
|
Конденсаторы С1 и С2 предназначены для сглаживания пульсаций тока потребления нагрузки и фильтрации помех. В общем случае их расчёт очень сложен, обычно их принимают 0,01…0,1 от ёмкости конденсаторов фильтра. Примем С3 = С4 = 100 мкФ, тип – К50-16, номинальное напряжение – 25 В.
Напряжение на нагрузке больше напряжения на стабилитроне на величину напряжения насыщения база-эмиттер, что составляет около 0,6 В.
Поэтому стабилитрон выберем с напряжением стабилизации 20,6 В
Выберем КС222Ж с параметрами:
номинальное напряжение стабилизации Uст = 22 В;
номинальный ток стабилизации Iст = 2 мА;
максимальный ток стабилизации Iст.max = 5,7 мА;
минимальный ток стабилизации Iст.min = 0,5 мА.
Значит, максимальный ток базы может составлять
Ток нагрузки равен сумме тока базы и коллектора, поэтому:
Критерии выбора транзистора:
максимальное напряжение коллектор-эмиттер Uкэ.max ≥ 2· Uвх ст = 60 В;
максимальный ток коллектора Iк.max ≥ Iн = 200 мА;
мощностью рассеяния Pк.max ≥ Pрасс = Uкэ.max × Iн = (Uвх.ст - Uвых)×Iн= (29,33-20) × 0,2 =1,866 Вт;
коэффициент передачи тока h21э ≥ 77,1.
При выборе транзистора надо, чтобы его параметры были хотя бы на 20% лучше указанных выше (для увеличения надёжности). Выбор следует производить сих мощных транзисторов (>1,5 Вт).
Указанным критериям удовлетворяет транзистор КТ863А (n-p-n) со следующими параметрами:
Uкэ.нас ≤ 0,6 В;
Iкбо ≤ 1 мА;
h21э ≥ 100;
Uкб.max = 30 В;
Uбэ.max = 5 В;
Iк.max = 10 А;
Pк.max = 50 Вт;
и транзистор КТ837Ф (p-n-p) со следующими параметрами
Uкэ.нас ≤ 1,75 В;
Iкбо ≤ 0,15 мА;
h21э = 50…150;
Uкб.max = 45 В;
Uбэ.max = 5 В;
Iк.max = 7,5 А;
Pк.max = 30 Вт;
Транзистор КТ837Ф имеет несколько меньший коэффициент передачи тока, но это в данном случае не очень существенно (в номинальном режиме работы через стабилитрон будет протекать не 2 мА, а немного меньше, что почти не отразится на работе устройства).
Оба транзистора выделяют большое количество тепла и их надо установить на радиаторы.
|
|
|
Резисторы R1 и R2 должны иметь сопротивление:
принимаем R1 = 1,6 кОм (из ряда Е24).
Мощность, рассеиваемая R1:
По справочнику выбираем резисторы типа МЛТ с номинальной мощностью рассеяния 0,125 Вт (0,034 Вт < 0,125 Вт).
Разработанная схема представлена на рисунке 6.
Рисунок 6 - Принципиальная схема стабилизатора напряжения
Список литературы
1. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств. – М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2005. – 528 с.
2. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - 2-е изд. перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отд-ние, 1988. – 304 с.
3. Игловский И.Г., Владимиров Г.В. Справочник по слаботочным электрическим реле. – 3-е изд. перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отд-ние, 1990. – 560 с.
4. Игумнов Д.В., Костюнина Г.П. Основы полупроводниковой электроники. Учебное пособие. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 3392 с.
5. Коломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. – М.: Радио и связь, 1991. – 376 с.
6. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. 10-е изд., перераб. и доп. – К.: Техника, 1984. – 424 с.
7. Лачин В.И., Савёлов Н. С. Электроника: учебное пособие. 3-е изд.- Ростов на Дону: изд-во «Феникс», 202. – 576 с.
8. Нефёдов В.И. Основы радиоэлектроники и связи. М.: «Издательство «Высшая школа», 2002. – 510 с.
9. Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учебник для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 768 с.
10. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций. – 3- изд. – СПб.: Учитель и ученик: КОРОНА принт., 2003. – 416 с.
|
|
|
