4_razdel

4.3 Расчёт стабилизатора второго канала на микросхеме Широкое применение в электронике нашли интегральные

стабилизаторы напряжения и особенно один их вид - стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением в трехвыводных корпусах. Они хороши тем что не требуют внешних элементов (кроме конденсаторов фильтров), регулировок и имеют широкий диапазон токов в нагрузках.

Достоинства:

- Микросхемы не нуждаются в дополнительных элементах для обеспечения стабильного питания, что делает их удобными в использовании,

экономичными и эффективно использующими место на печатной плате. В

отличие от них большинство других стабилизаторов требуют дополнительные компоненты или для установки нужного значения напряжения, или для помощи в стабилизации.

-Устройства серии обладают защитой от превышения максимального тока, а также от перегрева и коротких замыканий, что обеспечивает высокую надёжность в большинстве случаев. Иногда ограничение тока также используется и для защиты других компонентов схемы

-Линейные стабилизаторы не создают ВЧ помех, в виде магнитных полей рассеяния и ВЧ пульсаций выходного напряжения.

К недостаткам линейных стабилизаторов можно отнести более низкий КПД по сравнению с импульсными, но при оптимальном расчете он может превышать 60%.

Структура интегрального стабилизатора показана на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 - Структура интегрального стабилизатора

Лист

УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ

Схема включения интегрального стабилизатора с параметрами 6,5 В,

2А представлена на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – Схема стабилизатора второго канала

Стабилизатор напряжения первого канала выполним на интегральной микросхеме L200c. Это регулируемый линейный стабилизатор тока и напряжения. Ток регулируется в пределах до 2 ампер, и при этом напряжение на его выходе может составлять 2,85…40 вольт.

Характерной чертой стабилизатора L200c является защита от возможного перегрева, защита от нежелательного перенапряжения на входе до 60 вольт, защита от случайного короткого замыкания, а также небольшой ток потребления в ждущем режиме.

Параметры микросхемы:

−Выходное напряжение: Uвых = 2.85...36В ;

−Максимальный выходной ток: Iвых = 2 А ;

−Максимальное входное напряжение: U вх max = 40В ;

−Потребляемый ток: 9,2 мА;

Лист

УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ

Рисунок 4.5 – Схема компенсационного стабилизатора напряжения на ОУ

К. п. д. схемы зависит от мощности, рассеиваемой на проходном транзисторе VТ1. Так как весь ток нагрузки течет через транзистор VT1, то рассеиваемая мощность на нем может быть значительной. Для уменьшения рассеивания мощности на транзисторе величина напряжения Uкэ vт1 должна быть как можно меньше. Для обеспечения линейности напряжение Uкэ vт1

должно быть больше Uбэ vт1+Uбэ vт2+Uкэ vт1 min. Для мощных транзисторов напряжение Uкэ min 2 В достаточно для обеспечения линейности. Поэтому, с учетом падения напряжения на переходах база-

эмиттер транзисторов приблизительно по 0,75 В, напряжение Uкэ vт1=Uвх–

Uвых 3,5 В. При этом нужно учитывать, что входное нестабилизированное напряжение может иметь пульсации, и в формуле Uвх должно иметь минимальное значение.

Стабилизатор напряжения первого канала выполним в виде компенсационного стабилизатора последовательного типа на дискретных элементах. В качестве усилителя будем использовать операционный

Лист

УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ

усилитель. Схема также предусматривает защиту от перегрузки по току и напряжению. Схема представлена на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6 – Стабилизатор второго канала

Данная схема состоит из регулирующего элемента, источника опорного напряжения, делителя напряжения, операционного усилителя со схемой сравнения и цепи защиты. Роль регулирующего элемента играет составной транзистор (состоит из двух транзисторов VT3 и VT4). Источник опорного напряжения – VD22, R16. Делитель напряжения – R18, R19. Цепь защиты по току – резистор R17, транзистор VT5; по напряжению – стабилитрон VD22,

оптопара VU1 и резистор R20.

В качестве ОУ выбираем операционный усилитель средней мощности

157УД1 с параметрами:

−Диапазон питающего напряжения: ±3 … ±15 В

−Смещение нуля, не более: 5 мВ;

−Температурный дрейф смещения нуля, не более: 50 мкВ/0С

−Входной ток, не более: 500 нА;

−Ток потребления, не более: 9 мА;

−Дифференциальный коэффициент усиления, не менее: 50 000;

−Максимальный выходной ток: 300 мА.

Лист

УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ

Назначение выводов ОУ представлена на рисунке 4.7.

Рисунок 4.7 - Назначение выводов операционного усилителя средней мощности 157УД1

Находим наименьшее напряжение на входе стабилизатора:

Uвх min = Uвых max+ Uкэ3 min + Umп.вх

где Uкэ3 min – минимальное напряжение на участке коллектор-эмиттер регулирующего транзистора VT3. Umп.вх — амплитуда пульсации входного напряжения. Исходя из того, что VT3 предположительно кремниевый, то Uкэ min выбираем в пределе 3..5 В. Напряжение Umп.вх находим по формуле:

Umп.вх = 0,05∙( Uвых max+ Uкэ2 min) = 0,05∙(30,5+4,5) = 1,75 В

Uвх min = Uвых max+ Uкэ2 min + Umп.вх = 30,5+4,5+1,75=36,75 B

Учитывая нестабильность входного напряжения на входе стабилизатора 1%, находим среднее и максимальное напряжение на входе стабилизатора:

Определяем максимальное напряжение на участке коллектор-эмиттер регулирующего транзистора:

Uкэ3 max = U вх max – Uвых min = 44,55 – 30,5 = 14,05 В

Величина максимальной мощности, рассеиваемой на регулирующем транзисторе, равна

РК = (U вх max – Uвых min) IК max

Лист

УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ