3.Проектирование интегрального стабилизатора напряжения(исн) на уровне инженерного синтеза схемы

3.1.Выбор функциональной схемы исн Компенсационные стабилизаторы

Действие компенсационных непрерывных стабилизаторов напряжения основано на общей отрицательной обратной связи стабилизирующей выходное напряжение. Типовая структура приведена на рис. 3.1.1:

U_РЭ

+

–

I_Н

+

+

VT1

РЭ

R1

VT2

R_Н

U_ВХ

U_ВЫХ

ДУ

ИОН

R2

+

U_ОП

–

–

–

рис. 3.1.1

Функциональный состав

РЭ – регулирующий элемент, реализованный на составном транзисторе VT1VT2

ДУ – дифференциальный усилитель сигнала рассогласования

ИОН – источник опорного напряжения (реализует на своём выходе низковольтное стабилизированное термокомпенсированное напряжение U_ОП≈ 1.2В)

U_ВХ– источник постоянного напряжения для стабилизатора

R1,R2 – делитель выходного напряжения

R_Н– сопротивление нагрузки

Во многих случаях U_ВЫХделается регулируемым с использованием потенциометра цепи делителя напряженияR1R2

Данная схема – это стабилизатор постоянного напряжения положительной полярности, так как самый большой потенциал в схеме это +U_ВХ, а самый маленький – общая шина.

Непрерывные компенсационные стабилизаторы имеют КПД ή = 0.6 – 0.8 и предназначены на токи сотни миллиампер, ампер.

Основное уравнение стабилизатора:

∆U_ВХ= ∆U_РЭ, так какUВХ =U_РЭ+U_ВЫХ

Из этого соотношения очевидно, что всё приращение U_ВХ(нестабильного) стабилизатора выделяется на регулирующем элементе, а выходное напряжение стабилизировано.

В данном стабилизаторе только одна сильноточная цепь:

источник постоянного напряжения – коллектор – эмитор транзистора VT1 - сопротивление нагрузкиR_Н– общая шина

Стабилизация выходного напряжения осуществляется следующим образом:

Под воздействием дестабилизирующих факторов на выходе появляется положительное приращение напряжения, которое через делитель выходного напряжения передаётся на инвертирующий выход дифференциального усилителя; следовательно, на выходе дифференциального усилителя появится отрицательное напряжения, которое поступает на вход регулирующего элемента. В петле обратной связи транзисторы VT1 иVT2 регулирующего элемента включены по схеме с общим коллектором и не инвертируют фазу входного сигнала, следовательно, на выход возвращается отрицательное значение напряжения, компенсируя первоначальное положительное возмущение. В этом и заключается принцип стабилизации входного напряжения с использованием общей обратной связи.

Определим R_{н мин} =U_вых/I_{н макс}

Определим сопротивление делителя выходного напряжения R₁иR₂пологая, что:

U_оп = 1.2B,

U_вых=12B,

I_дел≈I_R1≈I_R2≈ 2мA,

допущение Iвх ≈ 0,U_см= 0.

R₂≈ (U_оп+U_см) /I_R2≈U_оп/I_дел= 1.2B/ 2мA= 0.6 кОМ = 600 Ом

R₁= (U_вых-U_оп) /I_дел= (12В – 1.2В) / 2мА = 10.8В/2мА = 5.4 кОМ = 5 400 Ом

Окончательно выбираем функциональную схему приведённую на рис.3.1.2. Схема рис.3.1.2 во многом аналогична схеме приведённой на рис. 3.1.1, только в схеме на рис.3.1.2 приведены дополнительные функциональные узлы:

УЗСР – узел задания статического режима,

ИТ – источник тока( для питания входа регулирующего элемента), а также конденсатор с_ндля дополнительной фильтрации выходного напряжения.

РЭ

U_ВЫХ

U_ВХ

ДН

R1

I_ВХ

R_Н

C_Н

ДУ

I_ИТ

I_ДУ

ИТ

ИОН

R2

УЗСР

I_ДН

U_ОП

рис. 3.1.2

3.2.Выбор основных функциональных узлов ИСН