книги из ГПНТБ / Федосеев П.Г. Основы проектирования транзисторных стабилизаторов напряжения учеб. пособие для студентов специальности 0615 Звукотехника

п

_

Ьдв —

^ б э о

где

/ т д

=

2 -г- 5

мА

^

=

таг-103

0 м

С х е м а

с

к р е м н и е в ы м

т р а н з и с т о р о м

То,

имею­

щим

напряжение

эмиттерного

перехода

£/бэо^О,6-^0,7 В,

тре­

бует

использования

двух

диодов

(стабилитронов).

Тогда

2 ^ Д Б — U бэО

В э м и т т е р н о - с в я з а н н о м и

д и ф ф е р е н ц и а л ь ­

н о м

к а с к а д а х

УПТ

(рис. 11.6, а, б) токи

коллекторов

Ту1

и Ту2

выбираются

примерно

одинаковыми

/K yi ~ / к у 2 ~ 1-т-З

мА.

Тогда сопротивление в цепи эмиттеров

£|{С1

Цбэл

_^КС1_

Сопротивление

в

цепи

коллектора RK(RK\=RK2)

определяется

так же, как для однокаскадного УПТ в зависимости

от способа

питания

каскада (см. § I I 1.3, п. 1).

Схема

сравнения

для

рассмотренных

УПТ

по

рис. II.5, г,

II.6, а, б рассчитывается

обычным способом.

Расчет элементов схемы двухкаскадных УПТ

В

с х е м е

р и с .

II.7, а

ток

коллектора

Ту1

принимается

равным /К 1 ~ 1-Г-2 мА.

Сопротивление

Г) .

U бэ2

/ку

Ток

коллектора

Ту2

может

быть

взят несколько

больше

(2—4 мА). Тогда

^ к - ' - ^ г - Ю 3

кОм

В

с х е м е

р и с .

11.7,6

стабилитрон

КС2

должен

иметь

напряжение в пределах

Екс1

4- (3 +

5) В <Екс2<

UUN~—{3~5)В

При токе коллектора транзистора Гу ,

равном / к у 1 ж 1-ь2

мА,

Ъ«=

^ " I ' T

^ - I O 3

Ом

Минимальный ток коллектора Г у 2

выбирается порядка 2—3

мА.:

Тогда

Г)

U кэ1

• E t / 5 Э

"

к2 '

7

' к у з

В с х е м е

р и с .

II.7, в сопротивление R3

разбивается

на две

части

с таким

расчетом,

чтобы потенциал

базы

Ту5

был прак­

тически равен

потенциалу коллектора Гу 1 . Величина RK\

должна

быть

невелика

(0,5—1 кОм),

чтобы каскад

на ТУ1

имел

неболь­

шое выходное сопротивление.

Поэтому ток Ту]

принимают рав­

ным / К у1 ~ 3 - = - 5

мА.

п о

с х е м е

р и с . П.7,г

плечо

на

транзи­

В у с и л и т е л е

сторе

Г у 2 (со

стороны

эмиттера)

имеет

небольшое

входное

ление эмитт-ерного повторителя

на

транзисторе Г у 1 ,

следует

выбирать

небольшое RKi (2—3

кОм)

и низкоомный

делитель

обратной

связи / д « 154-30 мА).

Напряжение коллектора / у 2

билитронах КСо и КСЪ должно

быть лишь на 2—А В меньше

выходного напряжения. Поскольку в схемах рис.

II.7, б, в, г

первые каскады УПТ питаются

стабилизированным

выходным

на рис. III.9.

В системе

координат

/ B i — О) — Um

при макси­

мальном токе

нагрузки /,,N = Aim,™ по

оси абсцисс

откладыва­

ются отрезки,

равные UnN

= const, EBl

m

l n и £ B l m a x = ^ - - ^ м min-

Вдоль оси токов откладывается отрезок 0\—Оа,

определяе­

мый значением

/ п т а х + / „ ~ / п

Л „

и проводится

новая ось на­

пряжений 0 3 —

икэ.

тока нагрузки / н т ш

Кроме того, по значению минимального

(точнее / i i m m +

/cx = /nmin+0,02-H0,04 А) определяется

положение

точки 02

и оси напряжений 02—£Ли,

которая

отвечает

работе

стабилизатора

при In=In

min = const. Вдоль

оси

0 3 — UKg

откла­

дывается отрезок 0 3 — 04 , определяемый

величиной

напряжения

смещения на эмиттере Тк,

т. е. напряжения

стабилитрона

КС3.

Точка

0 4

принимается

за

начало

системы

координат

/ э — 0 4 — U K a ,

в которой

строится

семейство выходных характе­

ристик исполнительного

транзистора

в схеме OK: h — h<+h =

= f{Uio)

npi-I / 6

j = COnst.

Так как / э

~ / к (разница не более 6— 10%), то можно строить

выходные характеристики для схемы с общим эмиттером.

Из точки

А,

определяемой

значением

номинального • выход­

ного напряжения, восстанавливается

перпендикуляр

АА'

к оси

напряжений

коллектора.

Линия

АА'

определяет

возможную

не включено сопротивление RK=R7

(рис. 11.4,6).

Выбирается минимальный ток коллектора

Г п

в предельном

режиме, отвечающем / н = / н m a x ,

Uc = (Jcmin

( - £ , В 1 = £ в и ш п ) .

Зна­

чение

этого

тока принимается

равным / к т ш — / к ( о =

(0,05ч-

-f-0,1)

/ п т а х .

Меньшее значение

коэффициента

в

скобках

отно­

чению /K (i) находится

положение первой

рабочей

точки

Через точку / и £ B i m i n на оси Oi —

£/в 1 проводится линия

п-п', наклон которой

относительно оси токов

соответствует

Так, при £ n i min = const

п /ii = /nmin линия общего балластного

сопротивления сместится

в положение nx-n'v

a при .£B i тах =

к (3)

' к max ^ кэ (3)' к (З)-

Кроме того, в этом же режиме источник

сигнала

управления

должен обеспечивать наибольшее значение тока базы

Тп.

кол­

2. Из построения следует, что размах изменений тока

лектора зависит от пределов изменения тока нагрузки

(тре­

буется тем больший ток /К (3 ), чем меньше / и m m ) ,

диапазона

коле­

баний

напряжения

сети (чем

больше

E B

L т а х

по

сравнению

с ЕВ 1 тш, тем больше ток /К (3 ))

и от выбора

соотношения

E B { M I N

и UAN.

Поскольку

диапазон изменения

тока

нагрузки и напря­

может быть

достигнуто

за

счет

выбора

большего

напряжения-

выпрямителя ЕЫ mm и

соответственно — большего

балластного

сопротивления

/?бо-

Это следует из соотношений

р

_ F

I I

-4-11

-1

I

\ Р

^ D l

max

а л

в1 min

^ H;V >

\ J н min г

1 к (3) ) -^бО '

^ в 1 min=

^uN

(Ai max

"Г" ^ к

(i)) P~UQ

Исключив Roo, получим

ат р

II

I

=

_ .

Bl min

и liN

— I

\ — I

*

if

K ( 3 )

£ B l m i n - ^ „ : V

" M A X

K ( 1 ) /

" M L N

или, пренебрегая малым значением /К (и,

(ат j

/

\ с

//

/

\ ц

I а п

птах

и min

J

Blmin

v umax

umin /

HJV

Ac (3)

=

:

E

,

. — U,.N

:

Bl min

n/V

С увеличением

E B L

mm знаменатель

последнего

равенства растет

быстрее числителя;

следовательно,

требуемый ток / к ( 3 ) = / К П 1 а х ,

а также мощность рассеяния исполнительного

транзистора

уменьшаются.

E B I т 1

п и RQ0 снижается

Однако с ростом

к. п. д. устройства,

т. е. увеличиваются мощность

и

габариты

выпрямительного

щения

Е1<са. Выбор

напряжения

Еисэ и сопротивления

RK

огра­

ничен

требованием

исключения

возможности насыщения пспол-

нителы-1 ого тр а нз 11 стор а.

При включении

RK, характеристика которого на

рис.

I I 1.9

определяется

линией АВ'

(точки Г, 2', 3',

4/).

Очевидно,

что

для

точки 3' должно

соблюдаться

условие

^ к ( З ' ) >

^ н а с ,

а с учетом

пульсации

гь\к

^ с ( 3 > > Е В . Л * + ^ с +

Д ^ Р

где

— коэффициент пульсаций

выходного

напряжения

выпрямителя при номинальном токе нагрузки;

AUt =2ч - 3 В — запас по напряжению.

Так

как величина UmN

заранее неизвестна, можно

прибли­

женно

принять

е £/а 1 Л ,

(1,4 -ь-1,5) ел -^/„Л м

где

коэффициент

противлении (бареттер,

лампанакаливания) показано на

рис. I I I . 10. В этом случае

от значений £ B i m i n п -Ещ шах отклады­

которая

пересекается с

характеристиками

транзистора

в

точ­

ках 1 и

2 при / н = Липах,

а -каюке в точках

3 и 4

при / и

=

/ н т ш

(если в цепи коллектора

нет сопротивления

RK).

балластного

Пунктиром показана

характеристика линейного

этому

расчетная точка

3' выбирается

так, чтобы

UK3 (3)

> £/нас,

а точка V отвечала току

/ K i

> / К н а ч .

Порядок расчета режима исполнительного транзистора

1.

Исходные данные:

^иЛ"

AuV

At max'

Ai min1

^Ai#

Ai max

Ai min'

Ue. тлях

с min

11

i

«

-2.

Выбираются:

EA

/ к ( I ) «

(0,05-н-0,1)/H / v ; s

„

= 0,02-ч-0,05;

ш 1 п « (1,8 -ч- 2,5)

при линейном и £„,m i n «

(1,3 н- 1,6) £ / , ^ п

Р и

нелинейном балласт­

ном сопротивлении;

р

ат

р

£-в! max —

„

с в й min

3.

Величина

общего

линейного

балластного сопротивления

п

_

BI min

"uN

>

^60

I

_i_ /

i

;

уигоах

' ycx+

' к (1)

где / с х « 0 , 0 2 — 0 , 0 4 Л .

4.

Напряжение стабилитрона

/ Г к с э ^ (0,2-5-0,5) с7„лг

Выбирается

стабилитрон,

имеющий ^ к с э ^ ^ ' к с э

и

допустимую

мощность

рассеяния

Р К С э ~ (2,0-^-2,5) / н m a x - £ к с э -

Используют

стабилитроны серии

Д815А — Д815Д,

допускающие

мощность

рассеяния

при

наличии

радиатора

Рп,<ж=8 Вт,

либо

мощные

Максимальный ток коллектора

Г и

в схеме с линейным бал­

ластным сопротивлением

lam

г

_

т

•

'nmax

Aiminj^Blmin ^н#^нi u .

•'umin | *-в1 min

" H/? 'n/V

к max

1 к (3)

£

,

• —

£ / „

•

в1 mm

"-Mi/V

предварительно

Для схемы с нелинейным сопротивлением

можно принять

ток / к

max на 30—40% меньше, чем найденный

по данному соотношению.

6. Мощность рассеяния на исполнительном транзисторе:

а) в схеме без сопротивления

в коллекторной

цепи Г и

max=

(?) ~

max (^AuV

^ксэ)>

б) в схеме с соотношением

в цепи

коллектора

Л™« =

Р к (з, =

А< т „ (Ц, . с

+ в . л А . ».„ +

Д Ц = (3 - 5)5 ;

величина

сопротивления

Як

^ | | Л г ~ £ к с э

+

У

н а с + Е 1 Л ' £ в 1 rain +

A L \

7 к (3)

МОЩНОСТЬ СОПрОТПВЛеНПЯ ^

=

/ к ( П ) ,

ЯК^ЯЛ

х доп

7. По

значениям Я к т я х

, / к

т а х и с/| Л , — Ексэ

выбирается

тип

исполнительного

транзистора;

для

случая,

показанного

на

8. По

найденным

значениям

.Emmm,

£ n i m i ,

Енсо,

Reo

пли

h = i{Uo),

lex,

Ri< и известным

из задания UnN,

/„тах,

/иmin

вы­

полняется

построение, согласно рис. III.9 либо

I I I . 10.

Если

ста­

билизатор

имеет

сравнительно

небольшой

ток

нагрузки

( / н т а х ^ 0 , 5

а),

ТО при построении

ВмеСТО ТОКОВ / п т а х

И / л т й

(рис. III.9)

откладываются расчетные значения:

/р max = =

/ц max "Т" Л\х>

/р min =

= =

A i min

"Т" /сх

9. Уточняется положение рабочих точек /, 2, 3, 4 (либо V,

2'\

3', 4') на выходных

характеристиках.

Если расчет дал удовлетворительные результаты при вы­

бранных

/?бо и .Екса, то производится

расчет

выпрямительного

устройства

на выпрямленный

ток:

7 в 1 max = / „

mas- +

1

сх +

' к

(I) И Л Н

ГЛ

max

=

A,

min +

fcx

+

/

к

(3)

В

3 а В

И "

спмостп от того, какой из токов больше.

Расчетное

напряжение

холостого

хода

выпрямителя

EBHV

— — £„, п 1 п .

После

рас-

чета выпрямителя определяется его внутреннее сопротивление

RB\

и балластное

сопротивление

/?б = /?бо — Ru\.

В

качестве

Re

ис­

пользуются остеклованные резисторы.

Балластное

сопротивление

может

быть разбито на две части

и использовано в качестве элемента

фильтра

(рис. 11.15, а).

10. По уточненной мощности рассеяния на коллекторе

РК тах

•выполняется

расчет

теплоотводящего

радиатора

(см.

§

2,

гл. I I I ) .

11. По координатам точек /, 2, 3,

4

определяются

требуемые

значения

тока

базы

Тк

при 0о=25° С

/ 6 ( 1

) , / б

( 2 ) ,

/ б

<з) - Аз <4>.

12. Оценивается диапазон изменения токов базы при макси­

мальной и минимальной температурах.

а) Максимальное значение тока

базы

г

_

7 к

(3)

_

г

1 0(3) max

B

m \ n

' к О т Ш

В min — минимальный

статический

коэффициент

передачи

тока

для выбранного транзистора

с учетом границ

разброса;

/ко mm — обратный ток коллекторного

перехода

при On mm;

б)

минимальное значение тока

базы

и (1) nun

j f j m a x

кО I

п max'

где Вщах — максимальный

статический

коэффициент

передачи

тока с учетом границ

разброса;

/ко/Onmax — максимальный

обратный ток коллекторного

перехода

При Q « 0 n m a x

( С М . рис. III . 8) ;

в)

при / б ( 1 ) т а х <0траизистор

Тп должен работать с заходом

режим обеспечивается включением

эмиттерного сопротивления

на выходе согласующего каскада:

D

^ ч с э

с 2

I ,„

I .

' э

min т~ | 'о (I) min \

г) если А б ( 1 ) 1 П 1 . п > 0 ,

то

сопротивление

R32

выбирают из

условия

р —

£ * с э

^

и"К

„о и

— и

^

Ю 20

к и

м

э min 6(1) min

транзистора не менее 10—20 мА при закрытом

Г„; R32

соответ­

ствует сопротивлению Re на рис. П. 15, а.)

12. Выбор числа согласующих транзисторов и расчет их ре­

жима

выполняется так же, как и в стабилизаторе с последова­

тельным исполнительным транзистором. Коллектор Тс2

обычно

соединен с коллектором

Тн.

Поэтому в режимах

/, 2, 3, 4 (Г,

2',

3',

4')

напряжения на

коллекторе Тс

следует

принимать

та­

кими же, как на коллекторе Ги .

Тс2.

Максимальная мощность рассеяния на коллекторе

Рк max =

(3) max + "7^f~j О)

По этой, мощности рассчитывается

теплоотводящий

радиатор

для

Тс2.

i

Для транзистора 7"с1

радиатора не требуется,