А.С. Низов, А.Н. Штин, К.Г. Шумаков - Электроника - Методические указания для решения задач

2 Расчет схемы стабилизации напряжения на нагрузке при помощи кремниевого стабилитрона

2.1 Условия для решения задачи

Разработать схему стабилизации напряжения на нагрузке при помощи кремниевого стабилитрона (КС), если входное напряжение UВХ изменяется от

UВХ MIN = (50 + 16·(N–1)), В до UВХ MAX = (80 + 17·(N–1)), B,

а ток и напряжение нагрузки соответственно равны:

13,5 · N, В — для гр.Э–1,

IН = (50 – N), мА и UН = 12,5 · N, В — для гр.Э–2, 11,5 · N, В — для гр.Э–3,

где N – номер варианта, задается преподавателем.

Для этого требуется:

1)выбрать схему стабилизации напряжения;

2)выбрать тип стабилитрона (из справочника или из таблицы 2.1);

3)определить необходимое число последовательно включенных КС;

4)рассчитать сопротивления ограничительного резистора RО;

5)проверить возможность стабилизации напряжения во всем диапазоне изменения входного напряжения UВХ;

6)рассчитать величину сопротивления добавочного резистора RД;

7)начертить рассчитанную схему;

8)определить при UВХ MIN, UВХ СР и UВХ MAX :

а) входные токи схемы (IBX MIN, IBX СР, IBX MAX);

б) токи стабилитрона (I′CT MIN, I′CT CP, I′CT MAX);

в) падение напряжения на RO (URO MIN, URO CP, URO MAX);

9) на обратной ветви ВАХ КС начертить зависимости UВХ = f (IВХ), URO = f (IВХ), UН = f (IВХ), UСТ = f (IВХ) при изменении IC MIN ≤ IВХ ≤ IC MAX, показать и написать численные значения UВХ, URO, UН, UСТ для рабочей точки Р;

10) дать краткое описание работы схемы при UВХ MIN, UВХ СР и UВХ MAX.

Таблица 2.1 – Типы и паспортные параметры некоторых стабилитронов

10

2.2 Пример решения задачи

Решим задачу для N = 30. Исходные данные для решения задачи будут следующими:

UBX MIN = 514 B, UBX MAX = 573 B, IH = 20 мА, UH = 11,5·30 = 345 B.

1. Из всех схем стабилизации напряжения на нагрузке при помощи КС выберем простейшую (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема стабилизации напряжения

2.Из таблицы 2.1 выберем стабилитрон КС680 с UCT = 180 B.

3.Число последовательно включенных стабилитронов можно найти по следующей формуле

4. Для расчета ограничительного резистора необходимо определить следующие величины

UBX CP = (514+573)/2 = 543,5 B.

11

RO = (543,5–180·2) / (15,25+20) = 5,21 кОм.

Из таблицы 2.2 выбираем резистор с ближайшей величиной стандартного сопротивления

RO = 5.1 кОм.

Таблица 2.2 – Шкала номинальных сопротивлений резисторов (R·10n , Oм,

где n = 0, 1, 2, 3 ...)

5. Проверка возможности стабилизации напряжения производится по условию

(573 – 514) ≤ (28 – 2,5)·5,1;

59 В ≤ 130,1 В.

Следовательно, колебания входного напряжения не превышают изменение падения напряжения на ограничительном сопротивлении, поэтому продолжаем расчеты с выбранным типом стабилитрона.

Если проверка не сходится, то необходимо выбрать другой тип КС с большим диапазоном изменения ICT MAX и ICT MIN. Расчет следует повторить начиная с п.2.

6. Расчет сопротивления добавочного резистора можно выполнить по выражению:

RД = (180·2–345) / 20 = 0,75 кОм = 750 Ом.

12

Из таблицы 2.2 следует, что величина сопротивления этого резистора является стандартной, поэтому RД = 750 Ом.

7. Начертим окончательную схему (рисунок 2.2) и укажем на ней все величины сопротивлений резисторов. Для этого еще необходимо определить RH

RH = 345 / 20 = 17,25 кОм.

Рисунок 2.2 – Расчетная схема стабилизации напряжения

8. Найдем токи и напряжения, действующие в схеме, по рисунку 2.2:

а) для определения входного тока схемы составим уравнение по II закону Кирхгофа для входного контура (рисунок 2.2):

Найдем значения входного тока при UВХ MIN, UВХ СР и UВХ MAX.

IBX MIN = (514 – 180·2) / 5,1 = 30,2 мА;

IBX CP = (543,5 – 180·2) / 5,1 = 35,98 мА;

IBX MAX = (573 – 180·2) / 5,1 = 41,76 мА,

б) чтобы определить ток стабилитрона, воспользуемся I законом Кирхгофа для узла 1 (рисунок 2.2):

13

и будет равно

UН = 573 – 213 = 360 В.

Следовательно, при изменении входного напряжения в пределах от 514 до 573 В, между точками 1 и 2 на схеме по рисунку 2.2, а следовательно, и на нагрузке напряжение поддерживается постоянным.

15

3 Определение h - параметров биполярного транзистора при включении его в схеме с общей базой

3.1 Условия для решения задачи

Даны входные и выходные статические характеристики биполярного транзистора в схеме с общей базой (рисунок 3.1).

Необходимо:

1)нарисовать схему для снятия статических характеристик транзистора при включении его с общей базой, определив пределы измерения приборов и указав направления токов в транзисторе;

2)определить h-параметры транзистора.

Известно, что рабочая точка транзистора соответствует на входных характеристиках точке А при IЭ = (40 · N) мА и UК = (40 + N) B (где N – номер варианта).

3.2 Пример решения задачи

Решим задачу при N = 30. Перерисуем рисунок 3.1 применительно к данному варианту.

Найдем на характеристиках рабочую точку транзистора А. Для N=30 ток IЭ = 1200 мА, а напряжение UК = 70 В. По этим данным строим точку на входных и выходных характеристиках.

1. Нарисуем схему для снятия статических характеристик транзистора (рисунок 3.3). В этой схеме прибор РА1 – амперметр, измеряющий входной ток, должен иметь предел измерения не менее 2400 мА. Прибор РV1 – вольтметр, измеряющий входное напряжение, с пределом не менее 1 В. Прибор РV2 – вольтметр, измеряющий выходное напряжение, с пределом не менее 90 В. Прибор РА2 – амперметр, измеряющий выходной ток, с пределом измерения не менее 2400 мА.

Рисунок 3.3 – Схема для снятия статических характеристик биполярного транзистора в схеме с общей базой

16

17

18