5 Расчет основных параметров стабилизатора

Наиболее важными параметрами, характеризующими стабилизатор, являются коэффициент сглаживания, амплитуда пульсаций выходного напряжения, нестабильность выходного напряжения, выходное сопротивление, коэффициент полезного действия (КПД). Эти параметры (кроме КПД) определяются в основном свойствами интегрального стабилизатора.

5.1 Расчет коэффициента сглаживания

Коэффициент сглаживания К_СГЛ определятся отношением относительных амплитуд пульсаций напряжения питания и напряжения нагрузки К_СГЛ = (U_П~ /U_П) / (U_Н~ /U_Н). На рисунке 9 приведены зависимости коэффициента сглаживания от частоты пульсаций для микросхем К142ЕН1.2. В нашем случае при частоте пульсаций 100 Гц имеем К_СГЛ = 36 дБ = 63.096. Силовые транзисторы VT1, VT2 включены по схеме с общим коллектором. Поэтому, общий коэффициент сглаживания можно принять равным К_СГЛ ⁼ 63.096.

Рисунок 9 - Зависимости коэффициента сглаживания от частоты пульсаций

Коэффициент пульсаций выходного напряжения

∆ U_Н~= U_Н~/U_H=∆ U_П~K_ВД/K_СГЛ (5.1)

где ∆ U_П~ = U_П~ / U_П~ - коэффициент пульсаций напряжения питания;

K_ВД = U_ОП / U_Hmax = 12/18 = 0,6 - коэффициент передачи выходного делителя напряжения.

Для нашего примера ∆ U_Н~ = 0,05/316/0,6 = 2,6*10^-4, что значительно меньше требуемого в задании. Максимальная амплитуда пульсаций составляет

U_Н~ = 2,6*10^-4х18 = 5,7 мВ.

5.2 Расчет коэффициента нестабильности

Нестабильность по напряжению питания определяется также параметрами микросхемы А1 и может быть получена как

∆U_U=K_U∆U_П (5.2)

где K_U - коэффициент нестабильности схемы А1 по входному напряжению;

∆U_П - изменение напряжения питания микросхемы А1.

Отсюда

∆U_U= 0,1*32,25*0,2 = 0,65 %.

Нестабильность выходного напряжения от изменения тока нагрузки можно оценить из выражения

∆U_I =K_II_H/h_21,1/h_21,2/R_ВД + K_U(∆U_БЭ1+∆U_БЭ2+∆U_R8), (5.3)

где K_I - коэффициент нестабильности по току нагрузки микросхемы А1;

∆U_БЭ1, ∆U_БЭ2, ∆U_R8 - изменения падения напряжений на эмиттерных переходах транзисторов VT1, VT2 и резисторе R8 при полном изменении тока нагрузки.

Для нахождения ∆U_БЭ1, ∆U_БЭ2 необходимо знать входные характеристики транзисторов или их входные сопротивления. При отсутствии этих данных можно воспользоваться приближенными выражениями ∆U_БЭ1=0,2 U_БЭ1, ∆U_БЭ2 = 0,2U_БЭ1

Имеем

∆U_I = 0,5x6/20/40/0,6+0,1(0,4+0,2*0,6+0,1*6)  0,12 %.

Выходное сопротивление стабилизатора

R_ВЫХ=∆U_I U_H/∆I_H (5.4)

где ∆I_H - полное изменение тока нагрузки, ∆I_H = I_Hmax

R_ВЫХ = 0,12*18/6 = 0,36 Ом.

Температурная нестабильность определяется в основном температурным уходом напряжения выходного делителя и микросхемы А1

∆U_T = (±К_Т,А ± К_Т,ВД)( T_Cmax - T_Cmin), (5.5)

где К_Т,А, К_Т,ВД - температурные коэффициенты микросхемы А1 и выходного делителя соответственно.

Из справочных данных имеем К_Т,А = 0,01 %/°С, К_Т,ВД ⁼ = 0,01 %/°С.

При заданных температурных условиях окружающей среды находим

∆U_T = (0,01 + 0,01)(5 + 35) = 0,6 %.

Общий коэффициент нестабильности находится суммированием всех составляющих

∆U_H∑ = ∆U_U+∆U₁+∆U_T. (5.6)

Для нашего варианта

∆U_H∑ = 0,65 + 0,12 + 0,8 = 1,57 %, что меньше заданного значения 1,57 < 2%.