1. Методические указания по проектированию

СТАБИЛИЗАТОРА

1.1 Структурная схема стабилизатора

Структурная схема стабилизатора представлена на рисунке 1.

ИП – источник питания стабилизатора, СЭ – силовой элемент, ИОН - источник опорного напряжения, СЗ – схема защиты, И – индикация состояния стабилизатора, Н – нагрузка стабилизатора.

1.2 Выбор транзистора

Для примера примем напряжение стабилизации равным 9 В, номинальное значение тока нагрузки I_Н = 170 мА. При таком токе сопротивление нагрузки составляет 53 Ом рис. 15. Примем также, что ток нагрузки может изменяться на ±20. Тогда I_Hmax = 204 мА, I_Hmin = 136 мА. Такой ток могут обеспечить транзисторы средней мощности германиевые n-p-n типа ГТ612Г или ГТ404А.

Транзистор включен по схеме общий коллектор, поэтому можно принять, что ток коллектора равен току эмиттера. По максимальному значению тока выбирается транзистор и по справочным данным определяются его параметры: коэффициент передачи тока базы В, допустимая мощность рассеяния коллектора при заданном максимальном значении окружающей температуры Р_Кдоп. Коэффициент усиления В можно определить по вольт-амперным коллекторным характеристикам транзистора В = ∆I_K/∆I_Б при напряжении 30 В.

Исходя из характеристик рис. 21 транзистор типа ГТ612Г получаем В ≈ 35.

Определим максимальный ток базы I_Бmax = I_Кmax / В = 5,5 мА.

Для нормальной работы транзистора средней мощности и с учетом изменения напряжения питания, напряжение между коллектором и эмиттером должно быть не менее 10 вольт. При этом минимальное напряжение на коллекторе оказывается равным 20 В. Максимальное значение напряжения источника питания равно 28 В. К транзистору прикладываем максимальное напряжение U_КЭmax= 18 В. Для всех транзисторов средней мощности такое напряжение вполне допустимо.

Теперь определим мощность рассеяния Р_К = U_КЭmaxI_Кmax < Р_Кдоп. Для данного транзистора оно равно Р_К = 9.5 Вт, что вполне допустимо для транзисторов средней мощности..

Полученная мощность рассеяния превышает допустимую, то транзистор следует поместить на радиатор. Выбор необходимой площади радиатора проводим по графикам рисунка 22 справочных данных. Превышение мощности 65%, проводится горизонтальная линия до пересечения с графиком и получаем площадь радиатора равную 115

1.3 Выбор стабилитрона

Напряжение на выходе стабилизатора принято равным 9 В. Учитывая падение напряжения на переходе база-эмиттер транзистора выберем стабилитрон типа 2С190Б. Его параметры по справочным данным: U_СТ = 9±5% В, I_СТmax = 26 мА, r_СТ = 15 Ом, ξ = + 6 10^-2 %/^ОС.

Оценим влияние температуры на напряжение стабилизации, если температура изменяется на 40^оС.

Рис. 3. Зависимость относительного ξ_СТ стабилитрона от напряжения

стабилизации

ξ_СТ

0,08

0,04

0

4 8 12 16 В U_СТ

– 0,04

– 0,08

Решение.

[%] = 0,075·50^ОС = 3,75. Напряжение U_СТ = 10 В изменяется

Решение.

[%] = 0,06·40^ОС = 2,4. Напряжение U_СТ = 9 В на 2,4 %, что составляет 0,22 В. Такой температурный дрейф недопустим по заданию.

Требуется введение термокомпенсации путем введения дополнительных диодов VD2, включенных в прямом направлении с отрицательным ТКН, рис. 17.

Выберем необходимое количество диодов с ТКН = –2,5 мВ/^ОС. При изменении температуры на 50^ОС величина смещения напряжения одного диода составит 100 мВ. А скомпенсировать необходимо 220 мВ.

Выбор напряжения компенсации U_К произведем по графику рис. 18. При заданном изменении температуры необходим стабилитрон с ξст = – 0,06 %/^ОС. На графике проведем сечение (пунктирная линия) с указанным ξ_СТ.

Согласно графику необходим диод с напряжением стабилизации примерно 3В. Такому напряжению соответствует диод КС131А, напряжение стабилизации которого U_СТ = 3,1 В.

После этого необходимо вновь выбрать основной стабилитрон VD1 с напряжением U_СТ ≈ U_Н – U_К – 0,2 В и оценить окончательный. Для рассматриваемого примера подходит стабилитрон КС170А с параметрами U_CT = 7,0 ± 5% B, r_Д = 6 Ом.

При заданном напряжении стабилизации более 9 В придется включить два термокомпенсирующих стабистора. При напряжении стабилизации более 12 В следует включить последовательно два стабилитрона. При этом желательно один из них выбрать на напряжение 5 В, при котором ξ_СТ ≈ 0 рис. 18.

Полной термокомпенсации данным способом получить не удается, т.к. стабилитроны имеют фиксированные напряжения.