3. Определение исходных данных

По соотношениям оценивается возможность использования параметрического стабилизатора. Если параметрический стабилизатор не может обеспечить требуемый ток нагрузки, то можно попытаться включить транзистор для увеличения выходного тока стабилизатора Введение транзистора VТ позволит увеличить ток нагрузки I_H в В раз по сравнению с допустимым током стабилитрона. В – статический коэффициент усиления транзистора. В схеме использован эмиттерный повторитель напряжения стабилитрона VD.

4. Выбор транзистора

Выберем напряжение стабилизации равным 7 В, номинальное значение тока нагрузки I_Н = 60 мА. Ток нагрузки может изменяться на ± 40. Тогда I_Hmax = 100 мА, I_Hmin = 20 мА.

Транзистор включен по схеме общий коллектор, поэтому можно принять, что ток коллектора равен току эмиттера. Транзистор выбирается по максимальному значению тока коллектора I_Kmax и допустимой мощности рассеяния. Максимальный ток коллектора, указанный на ВАХ, должен лежать в пределах (1,1÷1,5) ∙ I_Hmax, т.е. 110<I_Kmax<150. Для указанного условия подходит транзистор типа КТ503Б.

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 7 В.

Исходя из характеристик рис.3 транзистор типа ГТ612Б получаем В ≈ 100.

Рисунок 3. - Входная и выходная характеристики транзистора ГТ612Б

Определяется необходимый максимальный ток базы:

I_Бmax= I_Кmax /В = 200/100 = 2 мА

Для нормальной работы транзистора средней мощности и с учетом изменения напряжения питания, напряжение между коллектором и эмиттером должно быть не менее 9 вольт. Примем напряжение U_КЭ = 10В. При этом минимальное напряжение на коллекторе оказывается равным U_Kmin = U_Иmin = 17 В

По заданию напряжение источника питания может изменяться в диапазоне ±15%, что составит 19.55 ± 2,93 В, U_Иmах = 22,48 В.

Таким образом, к транзистору прикладывается максимальное напряжение U_КЭmax = U_Иmах – U_Н = 22,48 – 10,0 = 12,48 В. Для всех транзисторов средней мощности такое напряжение вполне допустимо.

На основании приведённых расчётов выбирается источник питания для стабилизатора. Среднее значение напряжения U_Иср= 20 В.

Теперь можно определить мощность рассеяния:

Р_К=U_КЭmax*I_Кmax=22,48 · 0,15= 3,37 Вт > Р_КДОП = 1,5 Вт.

Полученная мощность рассеяния превышает допустимую, то транзистор следует поместить на радиатор. Выбор необходимой площади радиатора проводится по графикам рисунка 4. Превышение мощности 45 %, проводится горизонтальная линия до пересечения с графиком, и получаем площадь радиатора равную 90.

5. Выбор стабилитрона

Учитывая падение напряжения U_БЭ ≈ 0,25 В выберем стабилитрон

КС168Б. Его напряжение U_СТ = 10 В, максимальный ток I_СТmax = 20 мА, ТКН менее 0,8 %, ξ = + 7,5 10^‑2 %/^ОС.

Оценим изменение напряжения стабилизации при изменении температуры на Δt= 40⁰С. ΔU_СТ=U_СТ∙ξ∙Δt = 7 ∙ 0,75 · 40 = 0,210 В. Напряжение U_СТ = 7 В изменяется на 0,210 В (0,210 мВ). Такой температурный дрейф недопустим по заданию.

Чтобы скомпенсировать положительный ТКН стабилитрона VD1,

включим последовательно стабилитрон с отрицательным ТКН. Напряжение компенсации U_К определим по графику рис.6. На оси ξ_СТ выберем значение включим последовательно стабилитрон с отрицательным ТКН. Напряжение компенсации U_К определим по графику рис.4. На оси ξ_СТ выберем значение ξ_СТ = – 0,075 (у стабилитрона ξ_СТ = +0,075). Проведём стрелку до пересечения с графиком ТКН. Через полученную точку проведём сечение (штрихпунктирная линия). Согласно построению необходим стабилитрон с напряжением стабилизации равным примерно 3,1 В. Такому напряжению соответствует стабилитрон КС131А, его напряжение стабилизации U_СТ = 3,1 В (таблица 2).

После этого необходимо выбрать основной стабилитрон VD1 с напряжением U_СТ ≈ (U_Н – U_К+ 0,8В)= (7 – 3,1 + 0,25) = 4,15 В (при условии, что транзистор на основе германия U_БЭ = 0,25 В). Для рассматриваемого примера подходит стабилитрон КС140А с напряжением U_CT = 4,15 ± 5% B.