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

   1. Выбор функциональной схемы исн

В данном случае используется функциональная схема ИСН с последовательным соединением регулирующего элемента с нагрузкой. Коэффициент стабилизации такого ИСН слабо зависит от свойств ИОН, кроме того, схема позволяет получать малые значения выходного напряжения.

Функциональный состав данной схемы аналогичен составу схемы компенсационного стабилизатора постоянного напряжения, представленной в разделе 2, только имеет дополнительные узлы.

Дополнительные узлы:

УЗСР – узел задания статического режима;

ИТ – источник тока для питания входа регулирующего элемента.

Сн – емкость на выходе для фиксации выходного напряжения

Расчет резисторов схемы:

Расчет делителя R1, R2 проводим при следующих исходных данных:

ДУ – полагаем идеальный

;

- напряжения смещения дифференциального усилителя.

Зададимся током делителя напряжения:

2. Выбор основных функциональных узлов исн

   1. Регулирующий элемент

В качестве регулирующего элемента выбираем составной транзистор, реализованный на 2х биполярных транзисторах n-p-n с общим коллектором.

Составной транзистор имеет большой коэффициент передачи по току:

, где ,

Это позволяет делать выход ДУ миллиамперным при высоком максимальном токе нагрузки. Если бы транзистор был один, то нужно было бы проектировать выход усилителя на сотни миллиампер, что энергетически нецелесообразно. Таким образом, использование в РЭ составного транзистора позволяет сделать в стабилизаторе только одну сильноточную цепь, а все остальные – слаботочными.

РЭ со входа на выход не инвертирует фазу входного сигнала. R1 нужен для поддержания тока эм. VT2 на уровне не меньшем, например, 1мА. При этом VT2 имеет хорошие частотные и усилительные свойства.

2. Источник опорного напряжения

Источник опорного напряжения реализует на своём выходе постоянное, стабилизированное, температурно-скомпенсированное низковольтное напряжение .

Источник опорного напряжения

Расчет статического режима ИОН:

Зададимся токами:

Для всех транзисторов в первом приближении полагаем, что для всех транзисторов.

Необходимо определить сопротивления всех резисторов.

При расчёте допущение оказывается слишком грубым, поскольку в этом случае получается , что абсурдно. В этом случае для расчёта сопротивления используется уравнение для идеального p-n перехода.

- температурный потенциал при температуре ;

- начальный ток эмиттерного перехода.

Сопротивление находим из левого нижнего контура с учетом приведённого выше соотношения:

.

Вся схема реализована в одном кристалле, поэтому все транзисторы идентичны, а следовательно . Отсюда, .

3. Дифференциальный усилитель сигнала рассогласования

Известно, что чем больше , тем больше петлевое усиление системы и тем больше коэффициент стабилизации стабилизатора; чем меньше , тем меньше выходное сопротивление всего стабилизатора, что хорошо. Исходя из этого, ДУ выбирается из банка схемных решений с учетом следующих условий:

1. ;

2. .

Где , - коэффициент стабилизации и выходное сопротивление стабилизатора соответственно, определяются техническим заданием.

;

По результатам этих расчётов, ни один из предложенных в банке схемных решений не подходит для реализации ИСН по данному техническому заданию. Возьмем схему:

Она имеет следующие параметры:

.

Так как , то и выходное сопротивление всего стабилизатора будет больше требуемого техническим заданием. Снижение выходного сопротивления ИСН до уровня, удовлетворяющего техническому заданию, производится включением в цепи РЭ ИСН дополнительного элемента

Параметры статического режима ДУ: