8. Построение и расчет измерительного элемента.

Рис.4

Универсальная схема измерительного элемента для стабилизаторов на повышенные и высокие напряжения.

В транзисторных стабилизаторах, регулируемых по цепи переменного тока целесообразно применение низковольтного источника опорного напряжения (10-20В).

Возьмём стабилизатор 2С216Ж

Rд=125 Ом,

ТКН = 0,1 %/град,

величина опорного напряжения составляет 18В

U_ст.=15,2..18,6В

I_ст=0,5..6,3мА

При данном опорном источнике коэффициент передачи измерительного элемента будет равен:

- коэффициент передачи напряжения с первичной обмотки трансформатора на выход стабилизатора. Произведение коэффициентов

mN=18/179,5=0,1

Коэффициент стабилизации опорного источника выбирается в 2-3 раза больше коэффициента стабилизации схемы стабилизации и составляет

(k_ст)_оп=(2..3)(k_ст)_U=2,5*200=500

Рассчитаем балластные сопротивления R1 и R4 по формуле:

R_б= ,

где I_н.оп=ток, потребляемый от опорного источника, U_0вх= U_1mp1=179,5В, I_оп-возьмём равным 5мА.

Получим R1=29кВ и R4=14кВ

9.Расчет элементов входного усилителя.

Переходим к расчету элементов входного усилителя, выполненного по схеме рис.5.

Рис.5

Наиболее оптимальными являются схемы, в которых питание усилителя осуществляется от вспомогательного низковольтного стабилизированного источника с напряжением 10 - 25 В. В нашем случае выберем Uд= 18 В. Максимальный коэффициент усиления транзисторов наблюдается при токах коллектора 1 - 3 мА. IkT = 2 мА.

Для данной схемы выберем транзисторы по U_к.доп.:

U_к.доп=U_H-U_ст.мин.=25-15,2=9,8В

Выберем транзисторы марки КТ361Б, с параметрами:

U_кэmax=20В

I_кэmax=50мА

h₁₂=50..500

Величина сопротивления резистора R₆ определяется соотношением:

R₆= Uд/ IkT=9кОм

Сопротивление нагрузки транзистора Т4 выбирается из условия

R₇=(0,8..0,9)* R₆=7,56кОм

Величина сопротивления резистора R₇ находится по формуле

R₅=(1-R_дел.=0,02*4,8*10⁶=96кОм, где

=0,98, R_дел= U_H/I_дел=4,8 Мом, I_дел=5..10мА

Определяем коэффициент усиления усилителя по формуле:

к_у==136, где _и

; ; _{, rб=250 Ом rк=500кОм}

_{Сменное сопротивление R8=( Uн-100)/ Iдел=4,78МОм}

_{Величина сопротивления переменного резистора R15 = 586 Ом типа СП5-1 расчитана из условия разброса напряжения стабилизации стабилитрона.}

Принцип работы спроектированной схемы.

Напряжение питающей сети поступает на первичную обмотку разделительного трансформатора Тр1. С вторичных обмоток этого трансформатора напряжение через регулирующий элемент подаётся на первичную обмотку высоковольтного трансформатора Тр2.От одной из вторичных обмоток производится питание цепей управления измерения. Повышенное напряжение трансформатора Тр2 поступает на высоковольтный выпрямитель VD15-VD22 (Д1008), собранный по схеме учетверения напряжения. Для сглаживания пульсации на выходе выпрямителя применен RC-фильтр, состоящий из конденсатора C12 и резистора R12.

Регулирующий элемент, с помощью которого поддерживается выходное напряжение, состоит из коммутирующих диодов VD1-VD4 (КД226А) и составного транзистора VT1-VT3. Смещение транзистора VT1, входящего в составной транзистор подаётся через резистор R3 от низковольтного источника.

Каскад обратной связи представляет собой дифференциальный усилитель на транзисторах VT4 и VT5 с использованием обоих их выходов. С транзистора VТ4 сигнал поступает на вход регулирующего составного транзистора, а с транзистора VТ5 – на вход устройства автоматического контроля (рис.6).

В качестве опорного источника напряжения используется двухкаскадный параметрический стабилизатор. В первом каскаде применен стабилитрон VD7, который служит и источником питания усилителя , а во втором каскаде – два стабилитрона VD8-VD9, включенных последовательно. Режим работы стабилитронов определяется балластными резисторами R1 и R4. Опорное напряжение подводится к базе усилительного транзистора VT4. Питание опорного источника осуществляется от низковольтного выпрямителя VD5 с ёмкостным фильтром C1. В выходном делителе применены точные высоковольтные резисторы типа СП, т.к. от стабильности характеристик резисторов делителя зависят температурная нестабильность выходного напряжения.

Для защиты стабилизатора от перезагрузок по току и коротких замыканий используется плавкий предохранитель Пр.