Расчет стабилизатора напряжения на транзисторе

Выбрать и рассчитать схему последовательного стабилизатора напряжения параметрами. Исходные данные для расчета:. Решение 1. Выбираем тип регулирующего транзистора из условий Этны условиям удовлетворяет транзистор типа с параметрами 2. Рассмотрим возможность получения заданных параметров схемы при использовании в качестве усилительного элемента операционного усилителя см.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Параллельный параметрический и последовательный стабилизаторы напряжения
• Электронные стабилизаторы напряжения
• Стабилитрон. Параметрические стабилизаторы напряжения
• Расчёт стабилизатора напряжения
• Простые стабилизаторы напряжения и их расчёт
• Методика расчета стабилизатора напряжения
• Расчет стабилизатора напряжения
• Методика расчета стабилизатора напряжения

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как умощнить любой линейный стабилизатор. + параметрический стабилизатор на транзисторе (PCBWay)

Параллельный параметрический и последовательный стабилизаторы напряжения

Портал QRZ. RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям. Отключив Adblock, вы поможете не только нам, но и себе.

В таком устройстве работают стабилитрон V5 и регулирующий транзистор V6. Расчет позволит выбрать все элементы стабилизатора, исходя из заданного выходного напряжения U н и максимального тока нагрузки I н. Однако оба эти параметра не должны превышать параметры уже рассчитанного выпрямителя. А если это условие нарушается, тогда сначала рассчитывают стабилизатор, а затем — выпрямитель и трансформатор питания. Расчет стабилизатора ведут в следующем порядке.

Если стабилизатор будет подключаться к готовому или уже рассчитанному выпрямителю, в дальнейших расчетах необходимо использовать реальное значение выпрямленного напряжения U вып. Выбирают регулирующий транзистор. Его предельно допустимая рассеиваемая мощность должна быть больше значения Р max , предельно допустимое напряжение между эмиттером и коллектором — больше U вып , а максимально допустимый ток коллектора — больше I н.

Определяют максимальный ток базы регулирующего транзистора: I б. Подбирают подходящий стабилитрон. Его напряжение стабилизации должно быть равно выходному напряжению стабилизатора, а значение максимального тока стабилизации превышать максимальный ток базы I б max. В таком случае целесообразно ввести в стабилизатор дополнительный транзистор V7 малой мощности рис.

В приведенных здесь расчетах отсутствует поправка на изменение сетевого напряжения, а также опущены некоторые другие уточнения, усложняющие расчеты. Источник: shems. Что-то не так? Пожалуйста, отключите Adblock. Как добавить наш сайт в исключения AdBlock. Расчет стабилизатора.

Электронные стабилизаторы напряжения

Компьютерные сети Системное программное обеспечение Информационные технологии Программирование. Все о программировании Обучение Linux Unix Алгоритмические языки Аналоговые и гибридные вычислительные устройства Архитектура микроконтроллеров Введение в разработку распределенных информационных систем Введение в численные методы Дискретная математика Информационное обслуживание пользователей Информация и моделирование в управлении производством Компьютерная графика Математическое и компьютерное моделирование Моделирование Нейрокомпьютеры Проектирование программ диагностики компьютерных систем и сетей Проектирование системных программ Системы счисления Теория статистики Теория оптимизации Уроки AutoCAD 3D Уроки базы данных Access Уроки Orcad Цифровые автоматы Шпаргалки по компьютеру Шпаргалки по программированию Экспертные системы Элементы теории информации Главная Тексты статей Добавить статьи Контакты Расчет компенсационного стабилизатора Дата добавления: ; просмотров: ; Нарушение авторских прав. Компенсационные стабилизаторы напряжения обеспечивают стабильность напряжения на нагрузке при помощи отрицательной обратной связи, воздействующей на регулирующий элемент РЭ. Для регулировки выходного напряжения в состав делителя включен резистор R2. Стабилизатор работает следующим образом. При увеличении входного напряжения U BX увеличивается выходное напряжение U B Ы X , что вызывает увеличение напряжения на базе транзистора VT0 и, соответственно его коллекторного тока, в результате чего напряжение на его коллекторе уменьшается, что вызывает уменьшение тока через транзисторы РЭ и, следовательно, приводит к пропорциональному уменьшению U B Ы X. Аналогичные процессы происходят при уменьшении тока нагрузки.

Расчет транзисторных стабилизаторов напряжения может быть выполнен в В транзисторных стабилизаторах регулирующий транзистор выбирают.

Стабилитрон. Параметрические стабилизаторы напряжения

By Большов Арсений , October 2, in Дайте схему! Для запитывания качера делаю блок питания. Чтобы не превысить напряжение решил добавить в схему стабилизатор на напряжение В и ток до 2-ух А. В интернете полно схем стабилизаторов, но нет ничего с имеющимися у меня деталями. В моем распоряжении сейчас транзисторы:. Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6.

Расчёт стабилизатора напряжения

Для работы электронной аппаратуры необходимо напряжение, обладающие точно заданными характеристиками. Но в промышленной сети напряжение постоянно меняется. Его уровень зависит от подключенных в систему предприятий, зданий и оборудования. Функционирование любого прибора напрямую зависит от напряжения, колебания данного параметра влияют на качество работы, например, при перепадах приемник может начать хрипеть или гудеть.

Чаще всего радиотехнические устройства для своего функционирования нуждаются в стабильном напряжении, не зависящем от изменений сетевого питания и от тока нагрузки.

Простые стабилизаторы напряжения и их расчёт

Итак, справа изображена схема простейшего транзисторного стабилизатора напряжения. Как такой стабилизатор работает и чем его работа отличается от работы параметрического стабилизатора на стабилитроне? Да почти ничем их работа не отличается, — напряжение на выходе схемы остаётся стабильным в результате наличия на вольт-амперных характеристиках стабилитрона и p-n перехода база-эмиттер транзистора участков, на которых падение напряжения слабо зависит от тока. То есть как и у всех параметрических стабилизаторов стабильность достигается внутренними свойствами компонентов. Действительно, как видно из рисунка, падение напряжения на нагрузке равно разности падений напряжений на стабилитроне и на p-n переходе БЭ транзистора. Поскольку падение напряжения на стабилитроне слабо зависит от тока на рабочем участке оно равно напряжению стабилизации , падение напряжения на прямосмещённом p-n переходе тоже слабо зависит от тока для кремниевого транзистора его можно взять примерно таким же, как для обычного кремниевого диода — примерно 0,6 Вольт , то получается, что и выходное напряжение тоже постоянно.

Методика расчета стабилизатора напряжения

Техническое задание: рассчитать транзисторный стабилизатор постоянного напряжения. Диапазон изменения тока нагрузки 10… мА. Допустимый уровень пульсаций выходного напряжения 70 мВ. Выбор принципиальной схемы стабилизатора Обеспечение заданной температурной стабильности требует применения качественного стабилитрона например, ДД и дифференциальной схемы сравнения. Схема рассчитываемого стабилизатора приведена на рисунке 4. Компенсационный стабилизатор напряжения. Транзистор VT2 берём такой же.

Хотя надо сказать, что эти расчеты могут пригодиться и в более сложных 1 — сам стабилизатор на стабилитроне D с балластным резистором Rб Это падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT.

Расчет стабилизатора напряжения

Указания содержат краткие сведения о полупроводниковых приборах — диодах, стабилитронах и биполярных транзисторах, рекомендации по выбору приборов и методики расчетов основных устройств — выпрямителей, стабилизаторов, усилителей. Типовые расчеты проводятся на основе экспериментальных характеристик полупроводниковых приборов, снятых студентами во время лабораторных занятий. Предназначены для студентов специальностей , и дневной и вечерней форм обучения. Печатается по решению редакционно-издательского совета Муромского института Владимирского государственного университета.

Методика расчета стабилизатора напряжения

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Схема простого параметрического стабилизатора постоянного напряжения на стабилитроне

Портал QRZ. RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям. Отключив Adblock, вы поможете не только нам, но и себе. В таком устройстве работают стабилитрон V5 и регулирующий транзистор V6.

Расчет позволит выбрать все элементы стабилизатора, исходя из заданного выходного напряжения U н и максимального тока нагрузки I н.

Для нормальной работы такого стабилизатора необходимо, чтобы ток I ст , протекающий через стабилитрон, не был меньше, чем I ст.

В этой статье пойдёт речь о стабилизаторах постоянного напряжения на полупроводниковых приборах. Рассмотрены наиболее простые схемы стабилизаторов напряжения, принципы их работы и правила расчёта. Изложенный в статье материал полезен для конструирования источников вторичного стабилизированного питания. Начнём с того, что для стабилизации любого электрического параметра должна быть схема слежения за этим параметром и схема управления этим параметром. На этом принципе работают все схемы автоматического управления всех устройств и систем, которые нас окружают, от утюга, до космического аппарата, разница лишь в способе контроля и управления параметром.

Параллельный параметрический стабилизатор, последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе. Практические расчеты. Доброго дня уважаемые Радиолюбители! Напомню, что в прошлый раз, изучая схему источника питания радиолюбительских устройств, мы остановились на назначении и расчете сглаживающего фильтра:.

Стабилизатор напряжения на полевом транзисторе

Содержание

• Функциональные схемы по типу цепи управления
• Базовая конфигурация
• Стабилизаторы на микросхемах
• Основные схемы силовой части
• Выбор схемы включения
• Проектирование инвертирующего преобразователя
• Разновидности импульсных стабилизаторов
• Усовершенствованный вариант импульсного преобразователя
• Схема двуполярного импульсного преобразователя

Функциональные схемы по типу цепи управления

Импульсный стабилизатор напряжения представляет собой систему автоматического регулирования. Задающим параметром для контура регулирования служит опорное напряжение, которое сравнивается с выходным напряжением стабилизатора. В зависимости от сигнала рассогласования устройство управления изменяет соотношение длительностей открытого и закрытого состояния ключа.

В представленных ниже структурных схемах можно выделить три функциональных узла: ключ (1), накопитель энергии (2) (который иногда называют фильтром) и цепь управления. При этом ключ (1) и накопитель энергии (2) вместе образуют силовую часть стабилизатора напряжения, которая вместе с цепью управления образуют контур регулирования. По типу цепи управления различают три схемы.

С триггером Шмитта

Структурная схема стабилизатора напряжения с триггером Шмитта

Дополнительные сведения: Триггер Шмитта

Стабилизатор напряжения с триггером Шмитта называется также релейным или стабилизатором с двухпозиционным регулированием. В нём выходное напряжение сравнивается с нижним и верхним порогами срабатывания триггера Шмитта (4 и 3) посредством компаратора (4), который обычно является входной частью триггера Шмитта. При замкнутом ключе (1) входное напряжение поступает на накопитель энергии (2), выходное напряжение нарастает, и после достижения верхнего порога срабатывания

U_max триггер Шмитта переключается в состояние, размыкающее ключ (1). Накопленная энергия расходуется в нагрузке, при этом напряжение на выходе стабилизатора спадает, и после достижения нижнего порога срабатывания U_min триггер Шмитта переключается в состояние, замыкающее ключ. Далее описанный процесс периодически повторяется. В результате на выходе образуется пульсирующее напряжение, размах пульсаций которого зависит от разности порогов срабатывания триггера Шмитта.

Такой стабилизатор характеризуются сравнительно большой, принципиально неустранимой пульсацией напряжения на нагрузке и переменной частотой преобразования, зависящей как от входного напряжения, так и от тока нагрузки.

С широтно-импульсной модуляцией

Структурная схема стабилизатора напряжения с ШИМ

Дополнительные сведения: Широтно-импульсная модуляция

Как и в предыдущей схеме, в процессе работы накопитель энергии (2) или подключён к входному напряжению, или передаёт накопленную энергию в нагрузку

В результате на выходе имеется некоторое среднее значение напряжения, которое зависит от входного напряжения и скважности импульсов управления ключом (1).

на операционном усилителе (4) сравнивает выходное напряжение с опорным напряжением (6) и усиливает разность, которая поступает на модулятор (3)

Если выходное напряжение меньше опорного, то модулятор увеличивает отношение времени открытого состояния ключа к периоду тактового генератора (5). При изменении входного напряжения или тока нагрузки скважность импульсов управления ключом изменяется таким образом, чтобы обеспечить минимальную разность между выходным и опорным напряжением.

В таком стабилизаторе частота преобразования не зависит от входного напряжения и тока нагрузки и определяется частотой тактового генератора.

С частотно-импульсной модуляцией

Дополнительные сведения: Частотно-импульсная модуляция

При этом способе управления импульс, открывающий ключ, имеет постоянную длительность, а частота следования импульсов зависит от сигнала рассогласования между опорным и выходным напряжениями. При увеличении тока нагрузки или снижении входного напряжения частота увеличивается. Управление ключом может осуществляться, например, с помощью моностабильного мультивибратора (одновибратора) с управляемой частотой запуска.

Базовая конфигурация

Главная задача стабилизатора — обеспечить постоянство выходного напряжения и подавление пульсаций.
Конструкция стабилизатора основана на простейшей схеме, но каждый её элемент я выбирал так, чтобы он идеально выполнял свою функцию:Для максимального подавления входных шумов сопротивление резистора R должно быть максимально, а в внутреннее сопротивление источника опорного напряжения Vref как можно ниже. Да и работать формирователь опорного напряжения будет лучше, если его питать от высокоомного источника. Таким требованиям отвечает источник стабильного тока (ГСТ).

Для высоковольтного стабилизатора я использовал ГСТ на двух транзисторах, что обеспечивает большую стабильность тока при колебаниях питающего напряжения.

Для низковольтных стабилизаторов можно использовать аналогичную схему или просто одиночный диод.

Для высоковольтных стабилизаторов я выбрал значение тока ГСТ около 5мА. Для низковольтных стабилизаторов можно выбрать значение поменьше.

Микросхеме TL431 для нормальной работы требуется минимум 2 мА.

Важное замечание: ГСТ на двух транзисторах может иногда возбуждаться, если использовать высокочастотные транзисторы. Поэтому я выбрал транзисторы  MJ340/350 которые, как показывает мой опыт, работают стабильно

Стабилитроны довольно шумные и кроме того имеют плохой температурный коэффициент. Выходное напряжение при их использовании будет меняться в зависимости от температуры окружающей среды, а если в вашем усилителе активная вентиляция, то тем более. Кроме того, стабильность их внутреннего сопротивления тоже оставляет желать лучшего.

Вместо них я использовал TL431 в качестве источника опорного напряжения, так как их шумовые характеристики весьма достойны, они имеют низкое выходное сопротивление и довольно широкий диапазон выходных напряжений, которое устанавливается с помощью простого делителя.

Стабилизаторы на микросхемах

Такие устройства в интегральном варианте имею повышенные характеристики параметров и свойств, которые отличаются от подобных приборов на полупроводниках. Также они обладают повышенной надежностью, небольшими габаритами и весом, а также небольшой стоимостью.

Последовательный стабилизатор

• 1 – источник напряжения;
• 2 – Элемент регулировки;
• 3 – усилитель;
• 4 – источник основного напряжения;
• 5 – определитель напряжения выхода;
• 6 – сопротивление нагрузки.

Элемент регулировки выступает в качестве изменяемого сопротивления, подключенного по последовательной схеме с нагрузкой. При колебании напряжения меняется сопротивление элемента регулировки так, что происходит компенсация таких колебаний. Воздействие на элемент регулировки производится по обратной связи, которая содержит элемент управления, источник основного напряжения и измеритель напряжения. Этот измеритель является потенциометром, с которого приходит часть напряжения выхода.

Обратная связь регулирует напряжение выхода, использующееся для нагрузки, напряжение выхода потенциометра становится равным основному напряжению. Колебания напряжения от основного создает некоторое падение напряжения на регулировке. Вследствие этого, измеряющим элементом в определенных границах можно осуществлять регулировку напряжения выхода. Если стабилизатор планируется изготовить на определенную величину напряжения, то измеряющий элемент создается внутри микросхемы с компенсацией температуры. При наличии большого интервала напряжения выхода, измеряющий элемент выполняется за микросхемой.

Параллельный стабилизатор

• 1 – источник напряжения;
• 2 –элемент регулирующий;
• 3 – усилитель;
• 4 – источник основного напряжения;
• 5 – измерительный элемент;
• 6 – сопротивление нагрузки.

Если сравнить схемы стабилизаторов, то прибор последовательного вида имеет повышенный КПД при неполной загрузке. Прибор параллельного вида расходует неизменную мощность от источника и выдает ее на элемент регулировки и нагрузку. Стабилизаторы параллельные рекомендуется использовать при неизменных нагрузках при полной загруженности. Стабилизатор параллельный не создает опасности при КЗ, последовательный вид при холостом ходе. При неизменной нагрузке оба прибора создают высокий КПД.

Основные схемы силовой части

По схеме силовой части импульсные стабилизаторы делят обычно на три основных типа: понижающие, повышающие и инвертирующие. Такое разделение сложилось, в частности, в отечественной технической литературе.

Некоторые авторы, рассматривая схемы импульсных преобразователей постоянного напряжения во всём их многообразии, показывают, что число элементарных базовых схем преобразователя можно свести к двум — понижающего типа и повышающего типа. Также отмечается, что другие схемы импульсного преобразователя напряжения (в том числе инвертирующего преобразователя) могут быть получены каскадным соединением этих двух базовых схем[неавторитетный источник?].

В нижеприведённых схемах в качестве ключа S могут использоваться полевой транзистор, биполярный транзистор или тиристор, цепь управления ключом для простоты не показана. Отношение времени замкнутого состояния ключа к сумме длительностей замкнутого и разомкнутого состояний называют коэффициентом заполнения (или рабочим циклом — англ. duty cycle).

Преобразователь с понижением напряжения

Преобразователь с понижением напряжения

Названия в англоязычной литературе — buck converter (step-down converter). Если ключ S замкнут, то диод D закрыт, и через дроссель L течёт нарастающий ток от источника. Когда ключ размыкается, ток дросселя, который не может измениться мгновенно, начинает протекать через диод D, при этом величина тока уменьшается. При достаточной индуктивности ток дросселя не успевает уменьшиться до нуля к началу следующего цикла (режим неразрывных токов) и имеет пульсирующий характер. Поэтому даже при отсутствии конденсатора C напряжение на нагрузке R будет иметь такой же характер с пульсациями, размах которых тем меньше, чем больше индуктивность дросселя. Однако, на практике увеличение индуктивности связано с увеличением габаритов, массы и стоимости дросселя и потерь мощности в нём, поэтому использование конденсатора для уменьшения пульсаций более эффективно. Сочетание элементов L и C в этой схеме часто называют фильтром.

Преобразователь с повышением напряжения

Преобразователь с повышением напряжения

Названия в англоязычной литературе — boost converter (step-up converter). Если ключ S замкнут, то диод D закрыт, и через дроссель L течёт линейно нарастающий ток от источника. Когда ключ размыкается, ток дросселя, который не может измениться мгновенно, начинает протекать через диод D и конденсатор C (заряжая его). К началу следующего цикла практически линейно спадающий ток через конденсатор может уменьшиться до нуля, однако приложенное к нагрузке R напряжение конденсатора почти постоянно — амплитуда пульсаций тем меньше, чем больше ёмкость конденсатора. В отличие от предыдущей схемы, здесь дроссель не является элементом фильтра. Напряжение на нагрузке всегда больше напряжения источника.

Инвертирующий преобразователь

Инвертирующий преобразователь

Название в англоязычной литературе — buck-boost converter (то есть «понижающе-повышающий преобразователь»). Основное отличие от предыдущей схемы состоит в том, что цепь D, R, C подключена параллельно дросселю, а не параллельно ключу. Принцип работы схемы похожий. Если ключ S замкнут, то диод D закрыт, и через дроссель L течёт линейно нарастающий ток от источника. Когда ключ размыкается, ток дросселя, который не может измениться мгновенно, начинает протекать через конденсатор C (заряжая его) и диод D. К началу следующего цикла практически линейно спадающий ток через конденсатор может уменьшиться до нуля, однако приложенное к нагрузке R напряжение конденсатора почти постоянно — амплитуда пульсаций тем меньше, чем больше ёмкость конденсатора (дроссель не является элементом фильтра). Напряжение на нагрузке может быть как больше, так и меньше напряжения источника.

Влияние диода на КПД

Прямое падение напряжения для обычных кремниевых диодов составляет около 0,7 В, для диодов Шоттки — около 0,4 В. Мощность, рассеиваемая в диоде при больших токах, существенно снижает КПД, особенно в стабилизаторах с низким выходным напряжением. Поэтому в таких стабилизаторах диод часто заменяют дополнительным полупроводниковым ключом с низким падением напряжения в открытом состоянии, например, силовым полевым транзистором.

Во всех трёх описанных схемах диод D может быть заменён на дополнительный ключ, замыкаемый и размыкаемый в противофазе к основному ключу.

Выбор схемы включения

Стабилизатор тока на транзисторе

На практике применяют разные инженерные решения. В частности, для подключения светодиодных светильников производители предлагают импульсные источники питания. Эти устройства выполняют свои функции с помощью частотного преобразования и модуляции сигнала. Для управления ключом устанавливают микросхемы. Для дозированного накопления энергии используют дроссель.

Импульсный стабилизатор тока

Для упрощения в данной статье рассмотрена линейная стабилизация. Устройства, созданные по этой схеме, не создают сильные электромагнитные помехи. В этом – главное отличие от импульсных аналогов.

Проектирование инвертирующего преобразователя

Рассмотрим типичные схемы повышающего преобразователя и подробно разберем процесс проектирования и расчета. В конце статьи будет форма, в которую можно забить необходимые параметры источника, провести расчет онлайн и получить номиналы всех элементов. Эта форма считает номиналы сразу для всех трех схем. Если в выбранной Вами схеме этих элементов нет, то их номиналы нужно игнорировать.

Схема 1

Схема 2

Схема 3

Повышающая топология — самая простая в реализации, так как эмиттер (исток) силового транзистора в не соединен с общим проводом. Нет необходимости в специальных ухищрениях при подаче управляющего напряжения на базу (затвор). Достаточно подать это напряжение напрямую. С формированием сигнала обратной связи тоже нет никаких проблем. Если ток нагрузки относительно небольшой, то и сигнал ограничения тока снять совсем просто. В эмиттерной (истоковой) цепи устанавливается резистор. Если ток через этот резистор превышает максимально допустимый, то напряжение на этом резисторе превышает напряжение срабатывания защиты контроллера, и ключ принудительно закрывается.

Если ток нагрузки большой, то потери энергии на резисторе R7 становятся недопустимой роскошью. Тогда применяется трансформатор тока.

Если применяется маломощный контроллер, не способный раскачать мощный биполярный транзистор, то нужно поставить дополнительный транзистор, как это показано на схеме. Применение составного транзистора нежелательно, так как потери энергии на транзисторе тем больше, чем больше напряжение насыщения коллектор — эмиттер, а у составного транзистора напряжение насыщения больше в разы, чем у обычного.

На схеме 3 показано применение трансформатора тока и дополнительного маломощного транзистора. Но это не означает, что их можно применять только вместе. Трансформатор тока можно применять в схемах с полевым транзистором и в схемах с мощным контроллером. А маломощный транзистор можно применять в схемах с резистором R7. Эти два решения показаны на одной схеме просто для примера

Обратите внимание! Если в схеме 3 для управления транзисторами используется ШИМ — контроллер с открытым эмиттером на выходе, то между базой и эмиттером транзистра VT7 нужно включить резистор сопротивлением 300 — 400 Ом для надежного запирания транзистора VT7. Если же на выходе контроллера стоит двухтактный каскад, как в той микросхеме, которую применяем мы, то в таком резисторе потребности нет

Как быть в случае, если входное напряжение больше, чем допустимое напряжение на затворе полевого транзистора или допустимое напряжение питания контроллера, описано в статье про понижающий преобразователь. Для повышающего решение совершенно аналогично.

Для примера в качестве ШИМ — контроллера мы используем микросхему 1156EU3.

В схемах в качестве силового ключа используются мощный биполярный транзистор или мощный полевой транзистор. Подробнее о работе биполярного транзистора и полевого транзистора в качестве силового ключа.

(читать дальше…) :: (в начало статьи)

1

2

3

4

5

:: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Еще статьи

Инвертирующий импульсный преобразователь напряжения, источник питания….
Как работает инвертирующий стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание…

Зарядное устройство. Импульсный автомобильный зарядник. Зарядка аккуму…
Схема импульсного зарядного устройства. Расчет на разные напряжения и токи….

Импульсный источник питания. Своими руками. Самодельный. Сделать. Лабо…
Схема импульсного блока питания. Расчет на разные напряжения и токи….

Мостовой импульсный стабилизированный преобразователь напряжения, исто…
Как работает мостовой стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание прин…

Силовой мощный импульсный трансформатор, дроссель. Намотка. Изготовить…
Приемы намотки импульсного дросселя / трансформатора….

Понижающий импульсный преобразователь напряжения, источник питания. Ко…
Как сконструировать понижающий импульсный преобразователь. Шаг 1. Как выбрать ча…

Питание светодиода. Драйвер. Светодиодный фонарь, фонарик. Своими рука…
Включение светодиодов в светодиодном фонаре….

Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида…
Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, при…

Разновидности импульсных стабилизаторов

Все стабилизирующие устройства импульсного типа по типу управления можно поделить на такие группы:

• Ключевой с триггером Шмитта;
• Ключевой с широтно-импульсной модуляцией;
• С частотно-импульсной модуляцией.

С триггером Шмитта

Импульсный стабилизатор напряжения, схема которого приведена ниже, содержит в себе инвертирующий триггер Шмитта, и еще известен как релейный, или стабилизатор с двухпозиционным регулированием.

Триггер содержит в себе компаратор, который сравнивает значение напряжения в емкости с  максимально и минимально допустимыми значениями. Если показатель находится в допустимых пределах – положение ключа неизменно, как только достигается критическое значение – ключ изменяет положение. Этот процесс протекает циклично.

С ШИМ-модуляцией

Все работает так же, как и в предыдущей схеме, однако есть еще усилитель, генератор и модулятор. Модулятор сравнивает данные накопителя с опорным вольтажом, и при необходимости усиливает разность, поступающую на модулятор. Таким образом, регулируется время открытия или закрытия ключа (продолжительность импульса).

В подобной схеме частота преобразования не зависит от тока и напряжения на входе, а определяется лишь частотами на тактовом генераторе.

С частотно-импульсной модуляцией

В таком варианте исполнения прибора, импульс открытия ключа имеет постоянную длительность, а вот частота следования самих импульсов уже зависит от разности между опорным  выходным напряжением. Допустим, вырос ток на потребителе, или наоборот – упало входное напряжение – в таком случае вырастет и частота импульсов стабилизации.

В таких приборах ключ зачастую управляется мультивибратором с управляемой частотой.

По разновидностям силовой части стабилизатора выделяют такие схемы импульсных стабилизаторов:

• Понижающий;
• Повышающий;
• Инвертирующий.

Понижающий

Это довольно надежные устройства, постоянно имеющие на выходе вольтаж меньше, чем на входе. Простейшая схема импульсного стабилизатора напряжения на на 12 В показана ниже:

При подаче управляющего напряжения, транзистор переходит в режим насыщения, ток движется по цепи от плюса по дросселю к нагрузке. При отключении управляющего  сигнала – транзистор закрывается, и переходит в режим отсечки. И снова при подаче отпирающего напряжения открывается ключ – весь цикл повторяется.

Повышающий

Данная схема используется там, где разность потенциалов нагрузки значительно выше, чем вольтаж на входе. Когда транзистор включен в режим насыщения, так идет от плюса по дросселю к транзистору. При отключении управляющего напряжения на транзисторе, и на дросселе возникает ЭДС самоиндукции.

Получится, что она подключена последовательно с входящим током, и через диод коммутирована с нагрузкой.  Таким образом, получается, что магнитное поле дросселя продуцирует энергию, а емкость накапливает заряд для выдачи тока на потребителя, когда транзистор перейдет в режим насыщения. Выходит, что в данной схеме дроссель служит резервной емкостью для сглаживания скачков и просадок.

Инвертирующий

Как понятно из названия, этот тип стабилизатора может, как понижать, так и повышать показатели сети относительно входящих значений. Схема, по сути, повторяет предыдущую, за тем отличием, что диод с сопротивлением и емкостью подключаются параллельно дросселю, а не ключу. Амплитуда пульсаций в таком варианте устройства зависит от емкости конденсатора, а дроссель в данной схеме уже не является частью фильтра.

Есть еще один вид устройств – регулируемый импульсный стабилизатор напряжения. В таком приборе выходящий ток обычно регулируется при помощи изменяемого сопротивления, или реостата. Благодаря возможности настройки, такой тип стабилизаторов можно использовать для питания потребителей с разным напряжением – достаточно лишь правильно подобрать номинал резистора.

Важно знать, что все перечисленные выше устройства призваны стабилизировать показатели сети только при работе с постоянным током, к примеру, такой импульсный стабилизатор напряжения на 12 Вольт отлично подойдет для бортовой сети автомобиля. Но если прибор планируется применять в бытовой сети с переменным током, то в схему обязательно нужно вносить изменения – ставить выпрямитель, а также фильтр сглаживания

Еще один нюанс – возникновение высокочастотных помех при стабилизации. Чтобы минимизировать этот эффект, необходимо использовать фильтры, причем как на входе, так и на выходе стабилизирующего прибора.

Усовершенствованный вариант импульсного преобразователя

Усовершенствованный вариант схемы предыдущего стабилизатора (рис. имеет повышенный КПД за счет использования нового схемотехнического решения, которое позволяет значительно уменьшить падение напряжения на коммутирующем диоде.

Рис. 8. Схема усовершенствованного варианта импульсного стабилизатора.

Суть этого решения состоит в том, что коммутирующий диод заменяется на биполярный или полевой транзистор. Его включают, когда диод должен быть открыт, а выключают — когда закрыт. Падение напряжения на открытом транзисторе может быть в 5… 10 раз меньше, чем даже на диоде Шотки.

Так, за счет использования в качестве коммутирующего диода п-канального полевого транзистора IRF3205 (ѴТЗ) с сопротивлением открытого канала 8 мОм, падение напряжения на нем не превышает 100 мВ при максимальном токе нагрузки. Для сравнения — соответствующее падение напряжения в тех же условиях для диодов Шотки достигает 500 мВ.

При примерно тех же основных параметрах потери в новом варианте стабилизатора снижены до минимума, его КПД приближается к 95%.

Схема двуполярного импульсного преобразователя

Для питания многих электронных устройств требуется источник двухполярного напряжения, обеспечивающий положительное и отрицательное напряжения питания. Схема, приведенная на рис. 11, содержит гораздо меньшее число компонентов, чем аналогичные устройства, благодаря тому, что она одновременно выполняет функции повышающего и инвертирующего индуктивного преобразователя.

Рис. 11. Схема преобразователя с одним индуктивным элементом.

Схема преобразователя (рис. 11) использует новое сочетание основных компонентов и включает в себя генератор четырехфазных импульсов, катушку индуктивности и два транзисторных ключа.

Управляющие импульсы формирует D-триггер (DD1.1). В течение первой фазы импульсов катушка индуктивности L1 запасается энергией через транзисторные ключи VT1 и VT2. В течение второй фазы ключ VT2 размыкается, и энергия передается на шину положительного выходного напряжения.

Во время третьей фазы замыкаются оба ключа, в результате чего катушка индуктивности вновь накапливает энергию. При размыкании ключа VT1 во время заключительной фазы импульсов эта энергия передается на отрицательную шину питания. При поступлении на вход импульсов с частотой 8 кГц схема обеспечивает выходные напряжения ±12 В. На временной диаграмме (рис. 11, справа) показано формирование управляющих импульсов.

В схеме можно использовать транзисторы КТ315, КТ361.

Tags: автомат, амплитуда, биполярный, бить, бра, вид, генератор, дом, е, емкость, импульсный, как, конденсатор, контур, кт, магнит, мощность, нагрузка, напряжение, номинал, потенциал, принцип, провод, проект, пуск, р, работа, расчет, резистор, реле, реостат, ряд, сад, свет, светильник, светодиод, соединение, сопротивление, средство, стабилизатор, схема, тен, тип, ток, транзистор, трансформатор, триггер, ук, фильтр, щит, эффект

5.6. Методика расчета стабилизаторов напряжения

Стабилизатор напряжения рассчитывают с учетом исходных данных, основными из которых являются (см. рисунок 5.12,6): макси­мальное U_{и mах}, номинальное U_Н, минимальное U_{н min1} напряжения на выходе стабилизатора; максимальный I_{н mах}, минимальный I_{н min},токи нагрузки; коэффициент стабилизации К_ст; выходное сопро­тивление R_щых; температурная нестабильность выходного напряже­ния; минимально допустимая амплитуда пульсации выходного напряжения U_П; технические данные на полупроводниковые при­боры.

Входное напряжение U_вхстабилизатора может быть определено с учетом максимального выходного напряжения U_{н mах} и падения напряжения U_кэ на участке коллектор-эмиттер регулирующего транзистора. При этом необходимо учитывать колебания входного напряжения U_вх, напряжение пульсации U_П (амплитудное зна­чение), падение напряжения U_в на внутреннем сопротивлении источ­ника питания (выпрямитель):

. (5.6)

Уменьшение входного напряжения U_вх выразим через относи­тельный коэффициент отклонения , т.е. .Амплитуду напряжения пульсации U_п выразим через относительный коэффициент пульсации , откуда . Подставляя эти выражения в формулу (5.6), получим

отсюда .

При питании от выпрямителя коэффициент пульсации выбирают зависимости от выходного напряжения стабилизатора: при ,а при U_H< 5 В .

Минимально допустимое напряжение на участке коллектор -эмиттер регулирующего транзистора в активном режиме выбирают из технических данных. Для трехкаскадного регулирующего эле­мента, состоящего из германиевых транзисторов, , а для трехкаскадного регулирующего элемента, состоящего из кремниевых транзисторов, В. При параллельном включение транзисторов в регулирующем элементе U_кэmin должно быть увеличено на значение падения напряжения на симметрирую­щих резисторах U_c≈ 0,5 В. Необходимо учитывать и падение на­пряжения в выпрямителе U_B, которое зависит от входного тока I_вх и внутреннего сопротивления выпрямителя R_B, тогда U_B=I_BXR_B. Входной ток равен сумме тока нагрузки и дополнительного тока управления схемой стабилизатора, т.е. I_BX=I_H+I_Д. В свою оче­редь, дополнительный ток включает в себя токи стабилитрона и делителя . Дополнительный ток можно определить из соотношения . Внутреннее сопротивление выпря­мителя рассчитывается в зависимости от входного напряжения и тока нагрузки стабилизатора. При напряжении на выходе U_я < 5 В ; при В .

На основании выбранных значений можно определить искомые напряжения, в том числе номинальное входное ; максимальное входное ; мгновенное максимальное входное ненагруженного источника ; номинальное входное нагру­женного источника ; максимальное входное нагруженного выпрямителя .

Выбор регулирующего транзистора осуществляется по макси­мальной мощности, выделяемой в нем,

Максимальное мгновенное падение напряжения на участке кол­лектор-эмиттер регулирующего транзистора

.

Сопротивление R_с учитывают только при параллельном включе­нии регулирующих транзисторов. На основании полученных значе­ний Р_кmах и U_кэmах определяют максимальный ток коллектора регулирующего транзистора, а для повышения надежности необ­ходимо выбрать транзистор с допустимым током, в раз превышающим ток нагрузки стабилизатора ( ).

При Вт в регулирующем элементе применяют параллельное соединение транзисторов. Тогда сопротивление сим­метрирующих резисторов , где N -число параллельно соединяемых транзисторов.

При меньшей мощности выясняется необходимость применения составного транзистора и числа его каскадов. Определяется максимально возможное изменение тока базы регулирующего транзисто­ра где I_н — максимально возможное изменение тока нагрузки.

Если мА, то следует применять составной транзистор, общий коэффициент которого определяется из условия

Ток I_б max выбирают равным (0,05 — 0,1) мА.

Число транзисторов составного регулирующего элемента определяют по общему коэффициенту .

Используя минимальное значение коэффициента передачи тока

мощного транзистора VТ1, найдем режимы транзистора VТЗ. Его максимальный коллекторный ток , где I_R5-ток, протекающий через резистор R5, который выбирают с учетом максимального обратного тока коллектора VT1\ в зави­симости от температуры окружающей среды:

где I_коб — обратный ток коллектора при температуре окружающей среды

T_max — максимально допустимая температура окружающей среды.

Падение напряжения на участке коллектор –эмиттер

Сопротивление резистора .

Расчет цепи обратной связи сводится в основном к расчету источника опорного напряжения, сопротивления делителя RЗR4, резистора R1 и к выбору транзистора усилителя постоянного тока. Расчет источника опорного напряжения сводится к выбору со­противления резистора R2, с помощью которого задается ток

стабилитрона VD1. Как видно из схемы (см. рисунок 5.12,6) .В процессе стабилизации будет изменяться ток стаби­литрона I_ст, и сопротивление гасящего резистора R2 необходимо

выбрать таким, чтобы выполнялось условие , тогда (ток I_к2 выбирается равным от 2 до 3 мА). Сопротивление .Максимальный ток стаби­литрона .

Сопротивление резисторов выходного делителя напряжения: .

Сопротивление делителя R_Д=R3+R4, тогда: ; .

Сопротивление резистора .

Максимальный коллекторный ток , а

мощность, рассеиваемая на транзисторе, .

Полученные значения сравнивают с предельно допустимыми для выбранного транзистора. Если они превышают их, то выбранное значение тока I_к2 снижают и расчет выполняют повторно. Остальные параметры стабилизатора определяются по выражениям (5.1)-(5.4).

Стабилизаторы напряжения с непрерывным регулированием, обладая довольно высокими качественными показателями, вместе с тем имеют сравнительно низкий к. п. д., повышение которого прак­тически невозможно без увеличения массы и габаритных размеров радиаторов регулирующих элементов. Значительное увеличение к. п. д. при снижении габаритных размеров возможно в стабилиза­торах с импульсным регулированием.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какими параметрами характеризуются стабилизаторы напряжения и тока?

2. Почему аккумуляторы в буферном режиме подразделяют на основную и дополнительную группы?

3. Что такое угол запаздывания? Как регулируется напряжение в тиристорных выпрямителях?

4. Как регулируется напряжение дросселями насыщения?

5. Как с помощью вольтодобавочного трансформатора осуществляется стаби­лизация напряжения?

6. За счет чего стабилизируется напряжение в феррорезонансных стабилизаторах напряжения?

7. В чем состоит преимущество компенсационных стабилизаторов напряжения перед параметрическими?

8. Для чего в регулирующем элементе компенсационного стабилизатора на­пряжения применяют составной транзистор?

9. Для чего в компенсационном стабилизаторе напряжения применяют диффе­ренциальный усилитель постоянного тока?

10. Как регулируется напряжение в понижающем, повышающем и полярно-инвертирующем импульсном стабилизаторе напряжения?

4. Рекомендации по расчету стабилизатора напряжения

1. Выбор схемы

Расчет СН начинается с выбора его электрической схемы. Три примера схем показаны на рис. 2.

Простейшая схема, показанная на рис. 2,а, может применяться при относительно небольших токах через нагрузку (в данном случае это ток I_У). При больших токах (50 мА и более) трудно получить коэффициенты стабилизации порядка 10 и более.

Кроме того, схему рис. 2,а можно использовать лишь при очень низких требованиях к точности установки требуемого на выходе напряжения. Дело в том, что напряжение стабилизации каждого типа стабилитрона может иметь разброс порядка 10%. Поэтому для обеспечения указанных в заданиях точностей установки и поддержания заданного значения Е_ПК с погрешностью не более (1…2)% необходимо ввести элемент регулировки выходного значения Е_ПК. Введение такого элемента в простой диодной схеме приводит к большим потерям мощности.

В схеме рис.2,б используется усилитель тока на биполярном транзисторе и введена цепь регулировки выходного напряжения, состоящая из потенциометра R_б1 и сопротивления R_б2. При использовании этой схемы достигаются более высокие значения коэффициента стабилизации и более высокие значения КПД при заданном коэффициенте стабилизации.

Рис.2. Варианты схем стабилизаторов напряжения

Однако в некоторых случаях схема рис.2,б не обеспечивает выполнения требований к допустимому уровню пульсаций выходного напряжения СН. В этом случае сопротивление стабилизации R_С в схеме рис.2,б заменяется фильтром нижних частот, состоящим из двух сопротивлений R_С1, R_С2 и емкости C_Ф2. Получается схема рис. 2,в.

На первом этапе расчета стабилизатора рекомендуется использовать схему рис. 2,б.

2. Основные этапы расчета схемы с усилителем тока

Расчет начинают с выбора транзистора, обеспечивающего усиление тока, потребляемого от диодного стабилизатора, включённого в цепи базы транзистора в схеме рис.2,б. Рекомендуется выбирать низкочастотный транзистор, допустимый ток коллектора которого превышает I_У не менее чем на 20 %. Транзистор должен иметь достаточно большой коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером  (желательно порядка 50 или больше). В справочниках он обозначается В_СТ или h_21Э. Эквивалентная схема стабилизатора показана на рис.3.

Рис.3. Эквивалентная схема стабилизатора напряжения с усилителем тока на биполярном транзисторе.

Эквивалентное сопротивление нагрузки R_ЭН, показанное на рис.3, рассчитывается по формуле

. (1)

Напряжение U_Б, которое должно быть подано на базу транзистора, должно превышать напряжение на эмиттере E_ПК на величину напряжения база – эмиттер U_БЭ, необходимого для обеспечения заданного тока эмиттера, т.е.

U_Б = E_ПК + U_БЭ. (2)

В кремниевых транзисторах с достаточной точностью можно принять

U_БЭ = 0,6 В. (3)

При работе биполярного транзистора в активной области его ток базы находится по формуле:

, (4)

где  — минимальное значение коэффициента усиления выбранного транзистора по току в схеме с общим эмиттером. Чтобы транзистор находился в активной области при всех условиях, указанных в задании на расчет, напряжение коллектор – эмиттер не должно быть меньше некоторой граничной величины U_КЭ.мин, т.е. должно выполняться условие

U_КЭ  U_КЭ.мин . (5)

Для большинства транзисторов можно принять U_КЭ.мин = 2 В. Такое допущение рекомендуется сделать в данном расчете.

Наибольший вклад в полный ток нагрузки диодного стабилизатора ток базы вносит, когда движок потенциометра в схеме рис. 3 находится в крайнем верхнем положении. При этом полное сопротивление нагрузки стабилитрона R_НС находится по формуле:

, (6)

где

R_Б = R_б1 + R_б2. (7)

Это сопротивление рекомендуется выбирать примерно равным входному сопротивлению транзисторного усилителя тока, в данной схеме, т.е. выбрать

R_Б = (U_Б  I_Б ). (8)

При таком выборе из (6) получим

R_НС = 0.5 (U_Б  I_Б ). (9)

Эквивалентная схема диодного стабилизатора, входящего в состав схемы рис. 3, показана на рис.4.

Рис. 4. Эквивалентная схема диодного стабилизатора напряжения, входящего в состав схемы рис. 3

Следующий этап расчета – выбор стабилитрона.

В справочных данных на стабилитрон указываются либо U_{СТ. мин} и U_{СТ.макс}, либо разброс рабочего напряжения от U_СТ.мин до U_{СТ.макс} (обычно порядка  10%). Чтобы обеспечить установку выходного напряжения стабилизатора с заданной точностью, нужно выбрать стабилитрон, удовлетворяющий условию:

U_СТ.мин = E_ПК + U_БЭ . (10)

Если затем выбрать сопротивление потенциометра R_Б1 так, что

, (11)

то регулировкой потенциометра можно установить требуемую величину выходного напряжения E_ПК при любом допустимом значении рабочего напряжения стабилитрона выбранного типа. Если при расчете U_Б получается меньше, чем U_СТ.мин, то в (11) необходимо вместо U_СТ.мин подставить U_Б. С учетом (7) находим требуемую величину R_б2 по формуле:

.

При прочих равных условиях из всех подходящих стабилитронов следует выбрать тот, который имеет наименьшее дифференциальное сопротивление r_{ст. диф} и минимальный ток стабилизации I_{ст. мин}, превышающий ток 2 I_Б .

Определение сопротивления стабилизации R_С и среднего значения требуемого напряжения на входе стабилизатора – следующая задача расчета. Её решение рекомендуется начать с выбора области, в которой рабочая точка стабилитрона должна находиться при всех допустимых значениях напряжения на входе стабилизатора. Фактически эта задача сводится к определению диапазона рабочих токов через стабилитрон. Снизу этот диапазон ограничен величиной I_{ст. мин}. Сверху – максимально допустимым током стабилитрона I_{ст. макс}.

Примем во внимание, что относительная нестабильность выходного напряжения выпрямителя равна относительной нестабильности амплитуды напряжения сети, т.е.

U_В = (U_В  U_В) = (U_С  U_С). (12)

Относительная нестабильность напряжения сети определена в задании на расчет. Поэтому известна и величина U_В.

Для определения R_С и среднего значения входного напряжения стабилизатора U_В необходимо рассчитать I_{Rc мин} и I_{Rc макс}. Из схемы рис.4 можно записать выражение:

,

где U_Rc = I_RcR_С. Если R_С и U_В величины постоянные, то ток через сопротивление R_С будет минимальным при максимальном напряжении на стабилитроне и минимальном его токе, и наоборот, максимальное значение тока через R_С будет при минимальном напряжении на стабилитроне и максимальном токе. Поэтому можно записать выражения для наименьшего и наибольшего значений тока через сопротивление R_С:

I_{Rc мин} = I_{ст. мин} + (U_{ст. макс}  R_НС), (13)

I_{Rc макс} = I_{ст. макс} + (U_{ст. мин}  R_НС). (14)

Принимая во внимание, что максимальный ток через R_С протекает при наибольшем значении входного напряжения и наименьшем допустимом значении напряжения на стабилитроне, а минимальный – при наименьшем значении входного напряжения и наибольшем допустимом напряжении стабилитрона, запишем следующую систему уравнений:

U_В (1  U_В) = R_С I_{Rc мин} + U_{ст. макс} , (15)

U_В (1 + U_В) = R_С I_{Rc макс} + U_{ст. мин} . (16)

Решая эту систему уравнений относительно R_С, получим:

R_С = (U_{ст. макс}   U_{ст. мин})  (  I_{Rc макс}  I_{Rc мин}) , (17)

где

 = (1  U_В)  (1 + U_В) . (18)

Из (15),(17) находим

U_В = (R_С I_{Rc мин} + U_{ст. макс}) (1  U_В)^1. (19)

Далее необходимо проверить, работает ли выбранный транзистор в активной области. Для этого необходимо рассчитать U_{КЭ мин}.

. (20)

и проверить выполнение условия (5). Обычно это условие выполняется.

Мощность, рассеиваемая транзистором, не должна превышать максимально допустимую, которая также указывается в справочных данных на транзистор. В данной схеме ее можно рассчитать по формуле

(21)

и убедиться, что выполняется условие

Р_рас < Р_{рас доп.} (22)

Таким образом, задача нахождения параметров схемы стабилизатора и требуемого входного напряжения решена.

Следующий шаг – оценка коэффициента стабилизации рассчитанной схемы и коэффициента передачи пульсаций выпрямленного напряжения.

В учебном пособии [1] получено следующее выражение для коэффициента стабилизации диодного стабилизатора:

. (23)

В формуле (23)

r_{ст. ср} = U_ст  I_ст. (24)

это среднее сопротивление стабилитрона в рабочей точке, соответствующей току I_ст через него. Коэффициент стабилизации рекомендуется оценивать при максимальном значении тока через стабилитрон, где r_{ст. ср} и K_СТ имеют наименьшие значения.

Полученный результат нужно сравнить со средним значением коэффициента стабилизации K_{СТ 0} , вычисленным по данным задания на расчет:

. (25)

Если K_СТ  K_{СТ 0}, то требования задания выполнены и расчет можно продолжать. Если это условие не выполнено, то нужно возвращаться к выбору схемы и расчету её параметров. При разумных требованиях к K_{СТ 0} это условие обычно выполняется.

Предполагая, что оно выполнено, перейдём к расчету коэффициента передачи пульсаций K_П. В учебном пособии [1] для расчета K_П получена формула

. (26)

Наибольшее значение K_П получается при минимальном токе через стабилитрон. Именно при этом токе его и следует рассчитывать.

В задании на расчет указана допустимая амплитуда пульсаций питающего напряжения на выходе стабилизатора U_пульс. Зная её и K_П, допустимую амплитуду пульсаций на входе рассчитывают по формуле:

U_{пульс В} = U_пульс  K_П . (27)

Завершающим шагом в расчёте стабилизатора является нахождение полного тока, потребляемого входом стабилизатора I_{ВХ СТ}, эквивалентного входного сопротивления R_{ВХ СТ}, мощности P_{ВХ СТ}, потребляемой стабилизатором, и КПД стабилизатора _СТ. Непосредственно из схемы рис.2,б получим:

I_{ВХ СТ} = [  ( + 1)] I_У + I_Rc. (28)

Отсюда находим

R_{ВХ СТ} = U_В  I_{ВХ СТ}, (29)

P_{ВХ СТ} = U_В I_{ВХ СТ}, (30)

_СТ = E_П I_У  P_{ВХ СТ} . (31)

Из (13), (14), (28) видно, что входной ток стабилизатора, а, следовательно, и его входное сопротивление изменяются в зависимости от величины входного напряжения и параметров стабилитрона.

В рамках данного типового расчета достаточно найти эти величины для среднего значения тока через R_С:

I_Rc = 0. 5 (I_{Rc макс} + I_{Rc мин}). (32)

После завершения расчёта стабилизатора получены все исходные данные, необходимые для расчета выпрямителя.

Построение и расчет стабилизаторов на интегральных микросхемах — КиберПедия

Навигация: Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные Топ: Установка замедленного коксования: Чем выше температура и ниже давление, тем место разрыва углеродной цепи всё больше смещается к её концу и значительно возрастает… Выпускная квалификационная работа: Основная часть ВКР, как правило, состоит из двух-трех глав, каждая из которых, в свою очередь… Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного хозяйства… Интересное: Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным. .. Финансовый рынок и его значение в управлении денежными потоками на современном этапе: любому предприятию для расширения производства и увеличения прибыли нужны… Принципы управления денежными потоками: одним из методов контроля за состоянием денежной наличности является… Дисциплины: Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒ Рис. 6.1 Типовая схема включения интегральных микросхем стабилизаторов на фиксированное напряжение приведена на рис. 6.1. Выходной конденсатор С2 (не менее 1 мкФ для танталовых и не менее 10 мкФ для алюминиевых оксидных конденсаторов) обеспечивает устойчивость при импульсном изменении тока нагрузки, снижает уровень пульсации. Входной конденсатор С1 (не менее 2,2 мкФ для танталовых и не менее 10 мкФ для алюминиевых оксидных конденсаторов) необходимо включить для устранения генерации при скачкообразном включении входного напряжения. Эта генерация возникает в стабилизаторе из-за влияния паразитных индуктивности и емкости соединительных проводов, образующих контур ударного возбуждения. В отсутствии С1 амплитуда паразитных колебаний может превысить максимально допустимое входное напряжение, что приведет к пробою перехода коллектор-эмиттер регулирующего транзистора. В тех случаях, когда емкость С2>20мкФ, случайные замыкания входной цепи могут представлять опасность для микросхемы, поскольку импульсы разрядного тока выходных конденсаторов будут создавать на ней импульсы обратного напряжения значительной амплитуды. Для защиты микросхемы от подобных перегрузок необходимо включить диод VD1 (КД510А), шунтирующий ее при замыкании входной цепи. Регулируемые стабилизаторы напряженияимеют дополнительный вывод, предназначенный для подключения делителя выходного напряжения (четырехвыводные стабилизаторы). С его помощью можно изменять или подстраивать выходное напряжение (рис. 6.2).   Рис. 6.2 Структурная схема DA такая же, как у трехвыводного стабилизатора. На практике регулируемые стабилизаторы могут иметь дополнительные выводы: для подключения умощняющих транзисторов к силовой цепи; для подачи внешнего сигнала, отключающего ИМС; для подключения конденсаторов корректирующих переходные процессы. Регулируемое выходное напряжение можно получить и с помощью трехвыводного стабилизатора (рис. 6.3). Рис. 6.3 Выходное напряжение: Uвых=Uвыхном+(Iп+Iд)R2 , (6. 1) где Uвыхном – выходное напряжение микросхемы; IП – ток, потребляемый стабилизатором, Iд – ток делителя R1,R2. На рис. 6.4 приведена принципиальная схема стабилизатора с регулированием выходного напряжения на ИМС К142ЕН1, К142ЕН2.   Рис. 6.4 Микросхема выполнена на кристалле 1,7Х1,7 мм. Регулируемый элемент – составной транзистор VT6, VT7. Применение составного транзистора позволяет существенно увеличить коэффициент передачи тока и уменьшить влияние неуправляемого коллекторного тока. Источник опорного напряжения служит для формирования опорного (эталонного) напряжения, с которым сравнивается часть выходного напряжения. Выделенный в результате сравнения сигнал рассогласования обеспечивает процесс автоматического регулирования выходного напряжения стабилизатора. Источник опорного напряжения в интегральном стабилизаторе представляет собой параметрический стабилизатор. В качестве стабилитрона VD1 используется эмиттер-базовый переход транзистора, смещенный в обратном направлении и имеющий характеристику лавинного пробоя. Для улучшения качества эталонного напряжения ток стабилитрона стабилизируется. В качестве стабилизатора тока используется МОП транзистор VT1, у которого закорочены выводы истока и затвора. Для уменьшения выходного сопротивления параметрического стабилизатора на его выход включают эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе VT3, резисторах R1, R2 и диоде VD2. Основным фактором, влияющим на качество опорного напряжения, является нестабильность, вызванная изменением температурных условий интегральной схемы. Для температурной компенсации опорного напряжения в схему параметрического стабилизатора вводят диод VD2.Делитель напряжения (резисторы R1, R2 ) позволяет получать опорное напряжение меньшее, чем напряжение стабилизатора VD1. Усилитель постоянного тока выполнен по дифференциальной схеме и состоит из транзисторов VT4, VT5. МОП транзистор VT2 включен как стабилизатор тока и является коллекторной нагрузкой транзистора VT5. Применение стабилизатора тока в качестве коллекторной нагрузки позволяет увеличить коэффициент усиления каскада. Для нормальной работы интегрального стабилизатора напряжения, а также для получения заданного значения выходного напряжения к микросхеме подключают дополнительные дискретные элементы: резисторы и конденсаторы. Делитель напряжения, выполненный на резисторах R8, R9, является делителем обратной связи. Необходимую величину выходного напряжения устанавливают при помощи переменного резистора R8. При помощи резисторов R5, R6, R7 обеспечивается работа схемы защиты при заданных перегрузках по току. В данной схеме источник опорного напряжения и усилитель постоянного тока питаются от входного напряжения. При изменении входного напряжения Uвх ( например, увеличении ) в первый момент возрастает выходное напряжение Uвых. Это вызывает повышение напряжений на резисторах делителя R8, R9. Напряжение на нижнем плече делителя UR8,9 сравнивается с напряжением на резисторе R3, которое равно опорному напряжению Uon. Увеличение напряжения UR8,9 приводит к возрастанию токов базы и коллектора транзистора VT5. Ток стока МОП транзистора VT2 IC2 величина постоянная, равная сумме токов IK5+Iб7. При повышении тока IK5 ток базы транзистора Iб7 уменьшается, так как IC2=const. Уменьшение тока Iб7 приводит к уменьшению тока базы транзистора VT6 Iб6 и к увеличению напряжения коллектор – эмиттер. В результате напряжение Uвых уменьшается до своего первоначального значения с определенной степенью точности. При изменении тока нагрузки Iн ( например, понижении ) в первый момент уменьшаются падение напряжения на регулирующем транзисторе VT6 и падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника, питающего стабилизатор. Увеличивается выходное напряжение Uвых , что приводит к возрастанию напряжения на нижнем плече делителя UR8,9. В дальнейшем схема работает так, как было показано выше. В стабилизаторе предусмотрена защита от перегрузок по току и от короткого замыкания. Эту функцию в интегральном стабилизаторе выполняет транзистор VT9, который работает совместно с дополнительными внешними резисторами R5, R6, R7. Напряжение база-эмиттер транзистора VT9: Uбэ9=UR6—Uбэ6—UR5. При нормальной работе транзистора, когда ток нагрузки не превышает заданное максимальное значение, напряжение UR5 мало и напряжение UR6>(UR5+Uбэ6). В этом случае на базу транзистора VT9 относительно его эмиттера подается отрицательное смещение и он заперт. При перегрузке по току или коротком замыкании на выходе схемы напряжение UR5 возрастает и становится больше напряжения (Uбэ6—UR6). Транзистор VT9 открывается, и на базу составного регулирующего транзистора (VT6, VT7 ) подается отрицательный потенциал с резистора R5. Регулирующий транзистор запирается и ограничивает величину тока нагрузки. При устранении перегрузки схема возвращается в исходное состояние. Изменяя величину сопротивления резистора R5, можно регулировать величину тока, при котором срабатывает защита. В интегральном стабилизаторе предусмотрена возможность запирать составной регулирующий транзистор внешним сигналом. Если на базу транзистора VT8 интегральной схемы ( вывод 9) от внешнего источника подать положительный сигнал, то транзистор открывается. При этом на базу составного регулирующего транзистора VT6, VT7 подается отрицательный потенциал через открытый транзистор VT8. Составной транзистор запирается. Выходное напряжение стабилизатора падает до нуля. Качество работы ИСН оценивается следующими параметрами. Нестабильность выходного напряжения при заданном изменении входного напряжения: , [%/B]. (6.2) Коэффициент стабилизации – отношение относительных нестабильностей входного и выходного напряжений: . (6.3) Нестабильность по току при заданном сбросе тока нагрузки: , [%/A], (6.4) где Iвыхном – номинальный ток нагрузки. Внутреннее сопротивление: , [Ом]. (6.5) Коэффициент сглаживания пульсации – отношение переменой составляющей входного напряжения к переменной составляющей выходного напряжения. , [дБ]. (6.6) Если Ксг не приведено, можно считать Ксг= 20lg Кст. Относительный температурный коэффициент нестабильности напряжения: [%/oC] , (6.7) где Uвых0 – значение Uвых при нормальной температуре, а Uвых1 и Uвых2 – при температурах t1 и t2 соответственно; t1 и t2 – крайние значения температурного интервала (для большинства ИСН t2=125оС, t1=-60оС ). Падение напряжения на ИСН – Uпд, В. Ток, потребляемый ИСН – IП, мА. Температурный коэффициент напряжения: ,[B/oC]. (6.8 ) Допустимая мощность, рассеиваемая в ИСН, определяется в основном потерями на регулирующем элементе Ррасс.. Для увеличения рассеиваемой мощности микросхему устанавливают на теплоотвод. В таблице П2.3 Приложения 2 приведены параметры интегральных микросхем стабилизаторов напряжения. Построение и расчет стабилизатора напряжения следует начать с выбора микросхемы. Исходные данные, необходимые для расчета: номинальное значение выходного напряжения Uвых; пределы регулирования выходного напряжения Uвыхmin, Uвыхmax; максимальный и минимальный токи нагрузки Iнmax, Iнmin; нестабильность входного напряжения α; нестабильность выходного напряжения Ku=∆Uвых/Uвых или коэффициент пульсаций выходного напряжения Кп; коэффициент стабилизации напряжения KCT= α /Ku; внутреннее сопротивление стабилизатора Rвн; температурный коэффициент γ. Выбор ИМС производится по заданным Uвых, Iвыхmax, Кст (6.3), γ (6.8), Rвн (6.5). При этом следует отдавать предпочтение тем ИМС, которые работают с меньшим количеством внешних элементов. При этом должны быть выполнены условия : Uвых имс≥Uвых; Iвых max имс≥ Iн max; Кст имс>Кст. Независимо от типа выбранной микросхемы определяют минимальное, номинальное и максимальное напряжения на входе стабилизатора: Uвх min=Uвых max+Uпд; ; Uвх max=Uвх (1+ α (+)), где α (+) , α (-) – наибольшие положительные и отрицательные относительные изменения входного напряжения соответственно. Возможные пределы изменения КПД: (предполагается, что ток, потребляемый стабилизатором, мал, т. е. Iвых≈ Iвх) Элементы принципиальной схемы стабилизатора на ИМС К142ЕН1, К142ЕН2 (рис. 6.5) рассчитываются следующим образом: делитель выходного напряжения R4,R5 выбирается из условия, чтобы через него протекал ток Iдне менее 1,5 мА. Сопротивление резистора R5 определяется уровнем опорного напряжения и составляет обычно 1,2 кОм. . Емкость выходного конденсатора С2, повышающего устойчивость стабилизатора и снижающего уровень пульсации выходного напряжения, выбирается из условия С2≥2,2 мкФ. Для повышения устойчивости включается также конденсатор С1≈0,1 мкФ. Ток через делитель R2,R3 выбирается равным Iд =0,3 мА, а R2=2 кОм. Напряжение Uбэ9 транзистора защиты составляет 0,7 В, поэтому сопротивление, кОм, .   Рис. 6.5 Зависимость выходного напряжения стабилизатора от тока нагрузки при действии схемы защиты показана на рис. 6.6. Рис. 6.6. Напряжение на резисторе защиты R1 открывает транзистор защиты VT9 только при токе Iпор, при этом Iпор≤Iнmax, а сопротивление резистора R1=0,7/Iпор. Включение последовательно в выходную цепь ИСН резистора R1 увеличивает его внутреннее сопротивление, поэтому R1 выбирают минимально возможным. Схема стабилизатора (рис. 6.7) может работать на повышенном токе нагрузки благодаря включению составного транзистора VT1,VT2.   Рис. 6.7 Расчет стабилизатора производится в следующем порядке. Ток через транзистор VT1   Ik1max=Iн max+Iп , где Iп — ток, потребляемый стабилизатором. Максимальное напряжение на входе стабилизатора с учетом падения напряжения на внутреннем сопротивлении выпрямителя r0   Uвхmm=Uвхmax+(Iнmax—Iнmin)r0. Величину r0 можно принять равной (0,05-0,1)Uвх/Iн. Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT1 Uкэ1max=Uвхmm—Uн. Максимальная мощность, рассеиваемая на регулируемом транзисторе VT1   Pк1=(Uвхmax—Uн)Iк1max. По данным Uкэ1max, Ik1max, Pk1 выбирают тип регулируемого транзистора. При этом необходимо учесть, что расчетные величины должны быть меньше предельных величин, указанных в справочнике. Максимальный ток базы транзистора VT1   Iб1max=Ik1max/h21max. Если Iб1max меньше номинального тока нагрузки Iном ИМС, то транзистор VT2 вводить в схему не нужно. Вывод I3 ИМС следует соединить с базой VT1, а резистор R1 убрать. Транзистор VT1 является третьим в составном регулируемом транзисторе стабилизатора. Если Iб1max>Iном, включают еще один транзистор VT2, предварительно определив следующие параметры. Ток через резисторы R2, R3   IR2,3=(1..1,5)Iko2max, где Iko2max — наибольший обратный ток коллектора транзистора VT2. Если VT2 отсутствует, IR2,3=1мА. Сопротивление резисторов R2, R3   (R2+R3)=Uн/IR2,3. Максимальное значение тока эмиттера транзистора VT2 Iэ2 max=(Iб1 max + IR2,3)≈ Ik2 max. Максимальное напряжение Uкэ2max транзистора VT2 Uкэ2max≈Uкэ1max. Максимальная мощность, рассеиваемая транзистором VT2, Рк2=Ik2max∙Uкэ2max. По величинам Ik2max,Uкэmax, Рк2 выбирают транзистор VT2. Сопротивление R1=Uн/1mA. Наибольший ток базы транзистора VT2   Iб2=Ik2max/h21э2max. Необходимо проверить соблюдение условия Iб2max≤Iвыхmaxимс. Защита от перегрузки и короткого замыкания осуществляется напряжением, подаваемым с резистора R4 на базу транзистора защиты по току в ИМС. Сопротивление резистора защиты:   R4=UR4/Iпор, Отношение R2/R3 следует выбирать таким, чтобы при нормальном токе нагрузки напряжение между выводами 10 и11 ИМС, между базой и эмиттером транзистора защиты по току, было близким к нулю: U10-11=UR4+Uбэ1—UR2≈0. Из этого условия определяют сопротивление: . Мощность, рассеиваемая на резисторах: PR=IR2R. Интегральные стабилизаторы типов К142ЕН3, К142ЕН4 выполнены на кристалле размером 2,2Х2,2 мм. Принципиальная электрическая схема значительно усложнена по сравнению со схемой стабилизаторов К142ЕН1, К142ЕН2 за счет введения двухкаскадного дифференциального УПТ с токостабилизирующими двухполюсниками, что существенно повысило стабильность по напряжению, а наличие мощного регулирующего транзистора обеспечило ток нагрузки ИМС до 1А. Рис. 6.8 Типовая схема включения стабилизаторов К142ЕН3, К142ЕН4 приведена на рис. 6.8. Назначение элементов: R1 — ограничительный резистор выключения микросхем внешним сигналом; R2 — ограничительный резистор для регулирования порога срабатывания тепловой защиты в диапазоне температур корпуса микросхемы Тк от +650 до +1450С; R3 — резистор защиты от перегрузки по току или короткого замыкания; Ск — корректирующий конденсатор; совместно с выходным конденсатором Сн он обеспечивает устойчивую работу стабилизатора (обычно Ск=0,01 мкФ, Сн≈2,2 мкФ). Резистор R2, кОм, выбирают из условия: . Сопротивление ограничительного резистора, кОм, , где Uy — амплитуда управляющего импульса включения. При управлении от микросхемы с ТТЛ- выходом Uy составляет около 5 В. Сопротивление резистора защиты: . Ток, протекающий через выходной делитель R4, R5 Iд>1,5 мА. Общее сопротивление делителя . Напряжение на резисторе R5 должно быть равно образцовому: Uобр=2,5 В+10%. Тогда ; R4=R4,5—R5. Фиксированное выходное напряжение можно получить в стабилизаторах на ИМС К142ЕН5, К142ЕН8, КР142ЕН8, К142ЕН9, КР142ЕН17, КР1157, КР1162 (рис. 6.1). Номер входного, выходного и общего выводов указан в таблице П2.3. В зависимости от того, включен ли регулирующий транзистор в плюсовой или минусовой провод, в таблице приводится соответствующее обозначение (+вход) или (- вход). Эти же ИМС, а также КР142ЕН12, КР142ЕН18 могут использоваться в схемах стабилизаторов с регулированием выходного напряжения (рис. 6.3). Ток делителя R1, R2 Iд>3Iп.   R1=Uвых ном/Iд (6.9) Используя формулу (6.1) и заменяя Iд из (6.9), получаем: , (6.10) Если в таблице П2.3 не указан Iп, Iд принимают равным 5 мА. Рассчитывая делитель в стабилизаторе на ИМС КР142ЕН12, КР142ЕН18, Uвыхном нужно заменить на Uвыхmin. Кроме того, для снижения уровня фона при выходном напряжении, близком к минимальному, рекомендуется в измерительный элемент стабилизатора на ИМС КР142ЕН12, КР142ЕН18 включать сглаживающий конденсатор С3=(2…10) мкФ. При Uвых >25 В, если возможно замыкание входной цепи стабилизатора, следует при наличии конденсатора С3 включить диод VD2 (КД521А), защищающий вход управления микросхемы. Микросхемы 142ЕН10 и 142ЕН11 – четырехвыводные регулируемые стабилизаторы. ИМС 142ЕН10 включается по схеме рис. 6.2 , а для ИМС 142ЕН11 выводы 3 и 4 соединяются и схема включения преобразуется в рис. 6.3. Ток делителя R1, R2 Iд>3Iп. , (6.11) где Uос – напряжение обратной связи; в К142ЕН10 Uос≈2,3 В, а в К142ЕН11 Uос≈1,25 В. Сопротивления R1 и R2 находят из (6.11). Микросхемы КР142ЕН14 – улучшенный аналог стабилизаторов К142ЕН1 и К142ЕН2. Типовая схема включения ИМС для выходного напряжения 2…7В показана на рис. 6.9, а для выходного напряжения 7…37 В – на рис. 6.10. Поскольку выводы 11 и 12 соединены, все узлы микросхемы питаются от общего источника нестабилизированного напряжения (совместное питание). Рис. 6.9 Рис. 6.10 Выходное напряжение в схеме рис 6.9: , (6.12) а в схеме 6.10: , (6.13) В таблице 6. 1 приведены расчетные значения сопротивления резисторов R1 и R2 для некоторых типовых значений выходного напряжения. Если необходимо плавно регулировать выходное напряжение, резистор R1 выбирают переменным. Таблица 6.1. Uвых 2,4 R1,кОм 4,75 4,12 3,12 2,15 1,15 1,87 4,87 7,87 16,19 19,8 22,9 R2,кОм 2,4 3,01 4,02 4,99 6,04 7,15 7,15 7,15 7,15 7,15 7,15   Если замыкание выходной цепи маловероятно, резистор системы защиты определяют по пороговому току нагрузки: R3=0,65/Iпор. Резистор R4 служит для уменьшения температурного коэффициента выходного напряжения и подавления паразитной генерации. . Этот резистор может быть исключен из схемы (R4=0). Если замыкания цепи нагрузки вероятны и их длительность может быть значительной, используют другую схему включения (рис.6.11). Рис. 6.11 Резистор схемы защиты: , где Iз – остаточный выходной ток замыкания, Iпор – порог срабатывания системы защиты. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения измерительного элемента стабилизатора, а резисторы R4 и R 5 –базовый делитель напряжения транзистора системы защиты: R4=(I3R3/0,65-1)R5 ; R5=(Uвых+0,65)/Iд , где Iд – ток делителя R4, R5 (рекомендуется выбрать Iд ≈ 0,001А). Стабилизатор может быть умощнен дополнительным транзистором (рис. 6.12). Сопротивление базового резистора:   R5=Uвых/0,001 (Ом). Рис. 6.12 Если необходимо обеспечить минимальные потери напряжения на регулирующем транзисторе, можно применить схему, показанную на рис. 6.13.   Рис. 6.13 Сопротивление базового резистора R5 выбирают в пределах 100…200 Ом. При работе стабилизаторов с умощняющими транзисторами (рис. 6.12, 6.13) необходимо выполнение условий:   IпорUвх≤Pрасс.max; (Iпор/h21э+Iп)Uвх≤ Pрасс.max , где h21Э – минимальное значение коэффициента передачи транзистора VT1. Для стабилизаторов по рис. 6.12, 6.13 подойдут мощные транзисторы, рассчитанные на ток коллектора 5 А и более. При выборе транзисторов необходимо учитывать, что подойдут лишь те экземпляры, у которых h21>50…70. Во всех схемах стабилизаторов на КР142ЕН14 С1>1 мкФ, С2≥100 пФ, С3>0,01 мкФ (конденсаторы С1и С3 устанавливают при необходимости). Домашнее задание к лабораторной работе №6 «Линейные стабилизаторы напряжения»   1. Приведите схемы силовых цепей компенсационных стабилизаторов. Объясните особенности их применения. Как построена силовая цепь интегрального стабилизатора KI42Eh2? 2. Приведите 2-3 схемы цепей сравнения стабилизаторов, укажите преимущества и недостатки каждой схемы. Как построена цепь сравнения в микросхеме KI42Eh2? 3. В чем отличие режимов работы стабилитрона в параметрическом и компенсационном стабилизаторах? Приведите схему источника опорного напряжения, используемую в микросхеме KI42EHI. 4. Приведите схему транзисторного стабилизатора с параллельным включением транзистора. Укажите недостатки и преимущества такого стабилизатора. 5. Рассчитайте стабилизатор постоянного напряжения. Данные для расчета приведены в табл. 6.2.   Таблица 6.2 Номер варианта Uн Iнmin Iнmax Ku Kп В А А % % % 9 – 12 0,1 0,6 0,04 +25 -20 15 – 20 0,1 0,04 +25 -20 6-9 0,1 0,6 0,1 0,04 -10 5-6 0,1 0,1 0,03 -10 6-9 0,1 0,1 0,5 0,02 -10 15-18 0,1 0,1 0,02 25 20-24 0,2 1,5 0,1 0,02 -15 24-27 0,2 1,5 0,1 0,03 -20 5-6 0,3 1,5 0,5 0,03 +20 6-9 0,3 1,5 0,02 -10 9-12 0,1 0,5 0,02 10 5-6 0,5 0,5 0,02 10 6-9 0,1 1,5 0,03 10 9-12 0,1 1,5 0,04 10 12-15 0,1 0,5 0,05 10 24-27 0,5 0,5 0,04 10 12-15 0,1 1,5 0,5 0,05 10 21-24 0,1 0,04 10 21-24 0,1 1,5 0,03 10 21-24 0,1 0,5 0,02 10   Здесь Uн –выходное напряжение; – пределы изменения тока нагрузки; – нестабильность выходного напряжения; Kп–коэффициент пульсаций выходного напряжения; a – нестабильность входного напряжения. Номер варианта узнайте у преподавателя. По исходным данным выберите микросхему ИСН в по табл. П2.3. Приведите схему включения ИСН, его параметры и рассчитайте навесные элементы. Определите КПД стабилизатора. При расчете элементов учитывайте верхний предел.   Импульсные (ключевые) стабилизаторы напряжения. Силовые цепи стабилизаторов, способы и схемы управления, работу стабилизаторов в режимах с широтно-импульсной, частотно-импульсной модуляцией, релейные следует изучать по /1,3,4/. В /4/ приведены принципиальные схемы, объяснен принцип действия. Там же рассмотрена защита стабилизаторов от превышения напряжения и тока. Построение и расчет силовой цепи импульсных стабилизаторов изложен ниже. Проверкой готовности к выполнению лабораторной работы №7 «Импульсные стабилизаторы напряжения» являются выполненное домашнее задание и (или) результаты тестирования по этой теме.   ⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒ Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой. .. Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций… Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)… Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции… 

Расчет стабилизатора напряжения и тока

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Российский Государственный Университет

Инновационных Технологий и Предпринимательства

(Пензенский филиал)

Кафедра «Технический сервис»

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине:

«Источники питания электронных систем безопасности»

на тему:

«Расчет стабилизатора напряжения и тока».

 

 

 

 

 

 

 

 

  Работу выполнила:

ст. гр. 10К2 Иванова Я.В.

                  Проверил: Косач А.А.

 

 

 

г. Пенза, 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………….………………………………………………………………………………..3

1 Общие сведения о  стабилизаторах напряжения…..……………………………………4

1.1 Стабилизатор постоянного тока. Линейный стабилизатор……………………..4

1.1.1 Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне…………6

1.1.2 Последовательный стабилизатор  на биполярном транзисторе…..………..6

1.3 Простейший и транзисторный  стабилизаторы напряжения……………………9

2 Расчетная часть……………………………………………………………………………………..13

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………. ….………………………………………………………………………15

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………..…………………..16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В промышленной сети напряжение не постоянно в течение суток: в зависимости от потребления энергии промышленными предприятиями, электрическим транспортом и расхода в наших квартирах напряжение в сети то возрастает, то убывает. Следовательно, при питании аппаратуры от этой сети будет изменяться напряжение и на обмотках трансформатора, а значит, и на выходах выпрямителя и фильтра. Если колебания напряжения сети составляют ±10%, то в таких же пределах изменяется и величина выпрямленного напряжения. При изменении питающего напряжения нарушается режим работы электронных приборов (транзисторов, электронных ламп), что приводит к ухудшению параметров всего устройства. Например, в радиоприемнике при изменении режима работы транзисторов могут возникнуть сильные искажения звука, хрипы, гудение. Такие же явления наблюдаются в нем при питании от химических источников тока, напряжение которых по мере разрядки уменьшается. Чтобы этого не происходило, напряжение питания электронных устройств часто стабилизируют.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Общие сведения о стабилизаторах  напряжения

Говоря о понятии стабилизаторы напряжения, многие сразу представляют «замысловатое» электротехническое приспособление, главной функцией которых является выравнивание напряжения при сбоях стабильности в сети и максимальное его приближение к оптимальному показателю, то есть 220 В.

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило, тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.

1. Стабилизатор постоянного тока. Линейный стабилизатор

Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности Pрасс = (Uin — Uout) * It рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, т. е. должен быть установлен на радиатор нужной площади. Преимущество линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.

Рисунок 1 — Низкошумящий линейный стабилизатор

Линейные стабилизаторы состоят из интегральной микросхемы, двух конденсаторов и двух резисторов обратной связи, имеют следующие преимущества:

• Простота применения: устройство содержит минимальное количество внешних компонентов, не требует особых условий при проектировании печатной платы, не нуждается во внешней катушке индуктивности.
• Небольшие габариты.
• Допустимый уровень шума.
• Не создает электромагнитных помех: не мешает работе иных электронных устройств.
• Невысокая стоимость.

В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением линейные стабилизаторы делятся на два типа:

• Последовательный: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.
• Параллельный: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.

В зависимости от способа стабилизации:

• Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.
• Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.

1.1.1 Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне

Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке RL. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов. Для снижения нестабильности выходного напряжения, вызванной изменениями входного напряжения, вместо резистора RV применяется источник тока.

Однако эта мера не уменьшает нестабильность выходного напряжения, вызванную изменением сопротивления нагрузки.

Рисунок 2-Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне

 

2. Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе

По сути, это рассмотренный выше параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключённый ко входу эмиттерного повторителя. В нём нет цепей обратной связи, обеспечивающих компенсацию изменений выходного напряжения.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона на величину Ube, которая практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n переход, и для приборов на основе кремния приблизительно составляет 0,6В. Зависимость Ube от величины тока и температуры ухудшает стабильность выходного напряжения, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне.

Эмиттерный повторитель (усилитель тока) позволяет увеличить максимальный выходной ток стабилизатора, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне, в β раз (где β — коэффициент усиления по току данного экземпляра транзистора). Если этого недостаточно, применяется составной транзистор.

При отсутствии сопротивления нагрузки (или при токах нагрузки микроамперного диапазона), выходное напряжение такого стабилизатора (напряжение холостого хода) возрастает на 0,6В за счёт того, что Ube в области микротоков становится близким к нулю. Для преодоления этой особенности, к выходу стабилизатора подключают балластный нагрузочный резистор, обеспечивающий ток нагрузки в несколько мА.

Рисунок 3 — Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе

1.2 Импульсный стабилизатор напряжения

Импульсный стабилизатор напряжения — это стабилизатор напряжения, в котором регулирующий элемент работает в ключевом режиме, то есть бо́льшую часть времени он находится либо в режиме отсечки, когда его сопротивление максимально, либо в режиме насыщения — с минимальным сопротивлением, а значит может рассматриваться как ключ. Плавное изменение напряжения происходит благодаря наличию интегрирующего элемента: напряжение повышается по мере накопления им энергии и снижается по мере отдачи её в нагрузку. Такой режим работы позволяет значительно снизить потери энергии, а также улучшить массогабаритные показатели, однако имеет свои особенности.

Рисунок 4 — Простой импульсный стабилизатор

В импульсном стабилизаторе ток от нестабилизированного внешнего источника подаётся на накопитель (обычно конденсатор или дроссель) короткими импульсами; при этом запасается энергия, которая затем высвобождается в нагрузку в виде электрической энергии, но, в случае дросселя, уже с другим напряжением. Стабилизация осуществляется за счёт управления длительностью импульсов и пауз между ними — широтно-импульсной модуляции. Импульсный стабилизатор, по сравнению с линейным, обладает значительно более высоким КПД. Недостатком импульсного стабилизатора является наличие импульсных помех в выходном напряжении.

В отличие от линейного стабилизатора, импульсный стабилизатор может преобразовывать входное напряжение произвольным образом (зависит от схемы стабилизатора):

• Понижающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда ниже входного и имеет ту же полярность.
• Повышающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда выше входного и имеет ту же полярность.
• Повышающе-понижающий стабилизатор: выходное напряжение стабилизировано, может быть как выше, так и ниже входного и имеет ту же полярность. Такой стабилизатор применяется в случаях, когда входное напряжение незначительно отличается от требуемого и может изменяться, принимая значение как выше, так и ниже необходимого.
• Инвертирующий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение имеет обратную полярность относительно входного, абсолютное значение выходного напряжения может быть любым.

1.3 Простейший и транзисторный  стабилизаторы напряжения

Простейшим стабилизатором напряжения является стабилизатор на кремниевом стабилитроне. Для нормальной работы такого стабилизатора необходимо, чтобы ток IСТ, протекающий через стабилитрон, не был меньше, чем IСТ.мин., и больше, чем IСТ. макс. При изменении тока, протекающего через стабилитрон в этих пределах, на нем и на подключенной параллельно ему нагрузке RH напряжение, называемое напряжением стабилизации UСТ стабилитрона, будет оставаться постоянным. Однако для стабилитронов одного и того же типа это напряжение будет неодинаковым. Поэтому в справочниках приводятся обычно минимальная и максимальная границы значений напряжения или указывается номинальное напряжение стабилизации UCT и его допустимый разброс ΔUCT.

Рисунок 5 – Схема простейшего стабилизатора напряжения

Отношение относительного изменения напряжения на входе стабилизатора (ΔUBX/UBX) к относительному изменению напряжения на его выходе (ΔUвых/Uвых) называют коэффициентом стабилизации (Кст). 
Следовательно,

Формула 1 – Нахождение коэффициента стабилизации

Стабилизатор на кремниевом стабилитроне имеет еще одно свойство. Дело в том, что стабилитрон обладает очень малым сопротивлением переменному (пульсирующему) току, называемым дифференциальным сопротивление. Чем круче характеристика в области пробоя, тем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона. Для большинства маломощных стабилитронов rд.ст = 5…15 Ом. Вместе с резистором R1 дифференциальное сопротивление стабилитрона образует делитель, между плечами которого распределяются как постоянная составляющая выпрямленного напряжения, так и его пульсации. Если амплитуду пульсаций на входе стабилизатора обозначить через UП.ВХ, а на выходе — через UП.ВХ, то получим:

Формула 2 – Нахождение амплитуды пульсаций

Недостатком простейшего стабилизатора на кремниевом стабилитроне является потеря части напряжения на ограничительном резисторе R1, что приводит к снижению КПД стабилизатора. Кроме того, у этого стабилизатора сравнительно небольшой коэффициент стабилизации и значительное выходное сопротивление. Поэтому во всех случаях, когда требуется получить стабилизированное напряжение на нагрузке при большом токе, протекающем через нее, применяют транзисторные стабилизаторы напряжения.

Рисунок 6 – Схема транзисторного стабилизатора напряжения

Силовая электроника

— расчет регулятора серии транзисторов

Я предполагаю, что «номинальный» вместо этого должен быть «приблизительно», чтобы выходной ток эмиттера TR1 мог быть на несколько миллиампер выше 10 мА при нагрузке 500 Ом.

В качестве отправной точки предлагаю выбрать желаемые значения падения напряжения на резисторе R3. Например, \$V_{R3} = 1,25\,\text{V}\$. Как я выбрал VR3 = 1,25 В? Я хочу убедиться, что транзистор TR2 работает в прямом активном режиме. Если напряжение коллектора VC2 TR2 равно

$$ \начать{выравнивать*} ВК2 &= ВБ1\\ &= VE1 + VBE1\\ &= VВЫХ + VBE1\\ &= (5.6\,\текст{V}) + (1.2\,\текст{V})\\ &= 6,8\,\текст{V} \конец{выравнивание*} $$

Я хочу убедиться, что диод коллектор-база TR2 смещен в обратном направлении примерно на 2,5 В (значение < выбрано из опыта). Это означает, что я хочу, чтобы базовое напряжение VB2 TR1 было около

$$ \начать{выравнивать*} VB2 &= VC2 — VCB2\\ &= (6. 8\,\текст{V}) — (2.5\,\текст{V})\\ &= 4.3\,\текст{V} \конец{выравнивание*} $$

и, следовательно, напряжение на резисторе R3 равно

$$ \начать{выравнивать*} V_{R3} &= VOUT — VB2\\ &= (5.6\,\текст{V}) — (4.3\,\текст{V})\\ &= 1,3\,\текст{V} \конец{выравнивание*} $$

Регулировка падения напряжения R3 с 1,3 В до 1,25 В не является строго обязательной; но я вижу путем проверки (по опыту), что изменение этого значения поможет мне выбрать стабилитрон на следующих шагах, потому что VBE2 = 0,75 В.

Зная VOUT = 5,6 В, VR3 = 1,25 В и напряжение база-эмиттер TR2 падение VBE2 = 0,75 В, можно определить необходимое напряжение на стабилитроне D1, т. е.

$$ \начать{выравнивать*} V_{D1} &= V_{OUT} — V_{R3} — V_{BE2} \\ &= (5,6\,\текст{V}) — (1,25\,\текст{V}) — (0,75\,\текст{V}) \\ &= 3.6\,\текст{V} \конец{выравнивание*} $$

Используйте веб-сайт, например Digi-Key, Mouser и т. д., чтобы найти номер детали стабилитрона с падением напряжения 3,6 В (т. е. VZ = 3,6 В), например, 1N5227.

[ Совет: выберите в Modelsim номер детали с моделью PSpice, чтобы можно было смоделировать схему с этим конкретным диодом. ]

[ Подсказка: названия моделей диодов PSpice часто имеют букву «D» перед номером детали OEM, например, D1N5227. ]

Напряжение стабилитрона VZ стабилитрона указано при определенном токе стабилитрона IZ, т. е. VZ @ IZ. Предположим, вы используете диод 1N5227. В паспорте этого диода указано, что VZ = 3,6 В при IZ = 20 мА; следовательно, вы хотите убедиться, что ток эмиттера TR2 IE2 составляет приблизительно 20 мА, т. е. IE2 = IZ = 20 мА.

В Modelsim, если вы посмотрите на исходный код модели PSpice для транзистора TR2, вы, вероятно, обнаружите, что коэффициент усиления по прямому току (бета) указан как BF = 400. Используйте 400 в качестве значения бета в ваших расчетах с участием транзистора TR2. (Смотри ниже).

Напомним, что

$$ IC = IB * бета\qquad\qquad(1)\\ IE = IB + IC\qquad\qquad(2) $$

Предположим, что транзистор TR2 работает в прямом активном режиме. Используйте приведенные выше уравнения (1) и (2) для определения тока базы транзистора TR2 IB2 и тока коллектора IC2.

[ Подсказка: вы знаете, что IE2 = 20 мА, а бета = 400. У вас есть два уравнения и два неизвестных, и вы можете найти ток базы транзистора TR2 IB2 и ток коллектора IC2. ]

В этот момент выберите желаемый ток через резистор R3. Я рекомендую, чтобы IR3 был как минимум в десять раз больше IB2. Также обратите внимание, что IR3 должен быть намного меньше вашего «номинального выходного тока» IOUT = 10 мА. Я рекомендую, чтобы IR3 не превышал IOUT/10.

$$ 10 \cdot IB2 \le IR3 \le IOUT/10 $$

Определите выходной ток транзистора TR1 (т. е. эмиттерный ток транзистора TR1):

$$ IE1 = I_{ЗАГРУЗКА} + I_{R3} $$

[ Подсказка: Вспомните, что вы выбрали IR3, например, \$I_{R3}=1\,\text{мА}\$. Используйте закон Ома, чтобы найти \$I_{LOAD}\$. ]

Транзистор TR1 представляет собой пару Дарлингтона. Предположим, что TR1 работает в прямом активном режиме. В техническом описании этого транзистора указано, что минимальный коэффициент усиления по прямому току (бета) этого транзистора равен 1000. Используйте уравнения (1) и (2) для определения тока базы IB1 транзистора TR1 и тока коллектора IC1.

На данный момент, я думаю, у вас есть все кусочки головоломки, необходимые для решения этой схемы. Используйте закон Ома, закон Кирхгофа для тока и закон напряжения Кирхгофа для определения сопротивлений R2, R3 и R4.

[ Примечание. Для вашего окончательного ответа я предлагаю вам выбрать «стандартные» номиналы резисторов для резисторов R2, R3 и R4. Не используйте расчетные значения для этих резисторов. Такие веб-сайты, как RF Cafe, предоставляют таблицы стандартных номиналов резисторов. Например, если расчетное значение сопротивления для резистора R2 составляет 1234,56 Ом, вы можете выбрать резистор с допуском 1 %, значение которого равно 1,24 кОм. ]

Один последний комментарий. Это решение обратной стороны конверта; это не жесткое решение. При моделировании этого решения вы можете обнаружить, что значения напряжения и тока немного отличаются; этого и следовало ожидать. Если вас не устраивают напряжения и токи, я рекомендую вам начать отладку схемы, слегка изменив номинал резистора R3 и повторив моделирование, чтобы увидеть, как это изменение повлияет на работу схемы. Я также рекомендую при изменении номинала резистора выбирать новое значение, которое является стандартным значением резистора, а не каким-то произвольно выбранным значением.

Правильный расчет падения напряжения транзистора

Задавать вопрос

Спросил 5 лет, 2 месяца назад

Изменено 5 лет, 2 месяца назад

Просмотрено 3к раз

\$\начало группы\$

Я новичок в электрике, но знаю, что транзистор имеет падение напряжения около 0,7 В. Итак, у меня есть следующая схема:

(Надеюсь, правильно): Я хочу запустить транзистор, если на базу подается питание от 3,3 В. Мой вопрос: как рассчитать падение напряжения?

$$\frac{5~V — 0,7~V}{50~\Omega} = 0,086~A$$ $$\frac{3.3~V — 0.7~V}{500~\Omega} = 0.0052~A$$

Итого у отправителя:

$$0.086~A + 0.0052~A = 0.0912~A = 91.2~ мА$$

Верно ли это? Или всего

$$\frac{5~V — 0,7~V}{50~\Omega} = 0,086~A$$ $$\frac{3.3~V}{500~\Omega} = 0,0066~A$$

или

$$\frac{5~V}{50~\Omega} = 0,1~A$$ $$\frac{3.3~V — 0.7~V}{500~\Omega} = 0.0052~A$$

Я не знаю, где именно должно быть падение напряжения в моем расчете.

• напряжение
• транзисторы

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Для схемы, которую вы показываете, 0,7 относится только к переходу база-эмиттер. Переход эмиттер-коллектор будет пытаться влиять на ток, а не на напряжение.

Итак, базовый ток будет (3,3 — 0,7)/500, или 5,2 мА.

Расчет тока коллектора сложнее. Вы должны принять значение для текущего усиления, hfe или beta. Начнем с того, что примем значение hfe равным 100, что является приличным начальным значением для транзисторов со слабым сигналом.

5,2 мА умножить на 100 — это 0,52 ампера. Если бы это было правдой, напряжение на резисторе R1 было бы 0,52 умножить на 50, или 26 вольт. А этого явно не будет.

Так что скорее всего транзистор не работает в линейной области, а близок к насыщению. (Разница между линейной работой и режимом насыщения определяется тем, больше или меньше напряжение коллектор-эмиттер напряжения база-эмиттер.) Хорошее эмпирическое правило состоит в том, что при насыщении коэффициент усиления транзистора меньше 10 20, а напряжение коллектор-эмиттер будет в пределах от 0,2 до 0,3 вольта

Попробуем 20. Тогда ток будет 0,104 мА, а напряжение на R1 будет 5 вольт. Это согласуется со схемой и является разумным решением. Точное напряжение коллектор-эмиттер определить нелегко, но в целом детали не имеют значения. Ток через R1 будет чуть меньше 100 мА, а напряжение на транзисторе будет примерно от 0,2 до 0,3 вольта.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Это усилитель с заземленным эмиттером. То есть усилитель с общим эмиттером с RE=0. Коэффициент усиления такой схемы будет равен -RC/re, где re — собственное сопротивление эмиттера, равное 25 мВ/Ic. Например, для тока покоя 1 мА коэффициент усиления равен -Rc/re=-RC.Ic/25 мВ=-50*1/25=-2. Но это сильно зависит от тока коллектора. Для вашего примера усиление будет варьироваться от -200 до нуля. Таким образом, на практике лучше избегать усилителя с заземлением эмиттера, за исключением случаев, когда речь идет о очень малых колебаниях входного сигнала. Люди используют эмиттерный повторитель с вырождением, где коэффициент усиления по напряжению не зависит от тока коллектора.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Ток коллектор-эмиттер (предел) равен бета умноженному на ток база-эмиттер. Бета — коэффициент усиления транзистора. Напряжение коллектор-эмиттер (5В — 0,7В) / 50 Ом = 86мА. Ток база-эмиттер составляет (3,3 В — 0,7 В) / 500 Ом = 5,2 мА. Если бы бета была равна 200, то этот ток база-эмиттер мог бы поддерживать до 1 А тока коллектор-эмиттер.

Обычно можно предположить падение напряжения 0,2 В на переходе коллектор-эмиттер. Что вам нужно сделать, так это выбрать размер вашего базового резистора таким образом, чтобы для бета-версии вашего транзистора через переход база-эмиттер протекал, по крайней мере, достаточный ток, чтобы удовлетворить требуемый / желаемый / расчетный ток коллектор-эмиттер.

Это может быть хорошим ориентиром для вас.

\$\конечная группа\$

3

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

стабилитрон — регулятор серии транзисторов

Во-первых, в ваших исходных уравнениях есть ошибка. Ic = Beta * Ib и, следовательно, Ib + Ic = (1 + Beta)I b , НЕ (1 + Beta)I c — что даст огромную количественную разницу!

Кроме того, я хотел бы ответить на это некоторыми дополнительными комментариями, которые относятся к дизайну реального мира. Во-первых, напряжение на базе должно быть номинальным напряжением стабилитрона (12В) до тех пор, пока через стабилитрон проходит достаточный балластный ток. Это назначение резистора на 220 Ом между Vi и узлом стабилитрона/базы. Без него в стабилитроне не было бы тока, потому что для того, чтобы транзистор находился в прямом активном режиме (в котором он должен находиться для работы этой схемы), ток должен течь В базу, а НЕ из нее. И поэтому резистор на 220 Ом ТАКЖЕ действует на смещение транзистора (т.е. обеспечивает ток В базу). Основная часть тока в резисторе 220 Ом — но не совсем весь — смещает стабилитрон. Остальное — это базовый ток. Используя KVL и KCL, ток в резисторе 220 Ом (назовем его Rb; «b» для «смещения» или «балласта»):

I[Rb] = (Vi — Vz)/Rb = 8 В/0,22 кОм = 36,36 мА

Ток в Rb, который отводится на базу: б)/50; следовательно,

Ib = Ie/51.

Теперь, т.е. просто V0 / RLoad = 11,3 В / 1,0 кОм = 11,3 мА. . . . потому что . . . . .

Когда транзистор находится в прямом активном режиме, при условии, что номинальная мощность компонентов не превышается , происходит падение напряжения на диоде ВПЕРЕД с Vb на Ve, т. е.

Ve = Vb — 0,7 В. . . . . следовательно . . . .

Vo = Ve = Vb — 0,7 В = Vz — 0,7 В = 12 В — 0,7 В = 11,3 В и, следовательно:

Ie = ILoad = IRLoad = 11,3 В / 1 кОм = 11,3 мА.

. . . . . а теперь, кстати, мы можем рассчитать Ib:

Ib = Ie/51 = 11,3 мА/51 = 222 мкА, что, как и ожидалось, составляет ничтожную долю балластного тока или тока стабилитрона. Окончательно . . . . .

Iz = I[Rb] — Ib = 36,363 мА — 0,222 мА = 36,142 мА

Пара интересных моментов, опять же практическая конструкция имеет значение. Во-первых, обратите внимание, что мощность, которую мы просим рассеять Rb, равна: 92 = 220 Ом * 64 В * В = 0,29 Вт. . . .

, что составляет более четверти ватта. Так что, если вы собираетесь собирать это, вам лучше
выбрать хотя бы резистор на полватта для Rb. Мощность, рассеиваемая транзистором, составляет примерно

Px = (Vc-Ve) * Ie = (20-11,3) В * 0,012 A = 0,1 Вт = десятая доля ватта.

Здесь что-то кажется странным? В балластном резисторе ток больше, чем в нагрузке! И в балластном резисторе рассеивается больше мощности, чем в транзисторе. Я не говорю, что это неправильно, это сработает, но с практической точки зрения это расточительно; было бы лучше использовать стабилитрон, который хорошо работает только с одной десятой тока в этой цепи, или около 3,6 мА. Такие вещи существуют. Таким образом, вы можете использовать гораздо более низкое значение И мощность Rb, чем 1/2 Вт («упражнение для студента» — каким будет новое значение Rb?), и это будет работать нормально, потому что Ib по-прежнему составляет небольшую часть Iz ( около 0,064 или одна шестнадцатая — пожалуйста, подтвердите), поэтому транзистор все равно будет нормально регулировать выходное напряжение. Rload = 1K не является большой нагрузкой в ​​этой схеме для дискретных компонентов. На самом деле вы можете сохранить это новое более низкое значение Rb и существенно снизить RLoad, тем самым увеличив ILoad, и пока вы не превысите номинальную мощность транзистора, это будет нормально. ТАКЖЕ, ILoad ограничен бета-версией, потому что при чрезмерном ILoad требование Ib станет слишком большим, отбирая слишком много тока у стабилитрона, и стабилитрон больше не будет регулировать. Эти два отличия приближают нас к реальному практическому примеру. Для схемы, представленной в учебнике для иллюстрации принципов анализа, это нормально, но с практической точки зрения она должна иметь указанную мной настройку.

Еще один важный момент. Обратите внимание, что Vi = 20 В «нерегулируемый» означает, что Vi несколько варьируется. На самом деле в реальном мире это может быть совсем немного. Поскольку Vi меняется, меняется и множество других вещей, таких как многие токи, которые мы рассчитали ранее. Хитрость заключается в том, что стабилитрон должен иметь очень плоскую полку на кривой передачи V/I, что означает, что Vz = 12 В, как скала, независимо от того, каким может быть Iz. Он никогда не будет идеально плоским, поэтому Vz и, следовательно, Vo будут несколько меняться при изменении Vi. Но дисперсия будет намного меньше. Если вы посмотрите на характеристики блоков питания, вы увидите этот коэффициент затухания. Чем больше затухание, тем лучше.

Еще один вопрос. Почему бы просто не использовать стабилитрон без транзистора (при условии, что вам нужно Vo = 11,3 В, и вы можете найти стабилитрон с таким номиналом)? На самом деле, есть некоторые реальные приложения, которые делают именно это, когда требования к нагрузке невелики. Вы, вероятно, уже видели это в предыдущей главе лекции/книги.

Ответ: Для требований к току нагрузки, близкому к току балласта стабилитрона или выше, ответ заключается в том, что транзистор с его замечательным свойством усиления тока — все дело в бета-версии — изолирует нагрузку от стабилитрона. Вы это видите?

Принцип действия и области применения

Регулятор — это устройство, которое поддерживает постоянную и регулируемую мощность на выходных клеммах через нагрузку. Из-за колебаний напряжения и небаланса нагрузки очень важно поддерживать постоянное напряжение на стороне нагрузки. Колебания напряжения влияют на работу устройства и, следовательно, на схему. Если система состоит из чувствительных нагрузок, таких как электронные устройства, очень важно поддерживать постоянное напряжение нагрузки. Качество электроэнергии также является проблемой при работе с чувствительными нагрузками, поскольку нежелательные гармоники повреждают нагрузку и вызывают нежелательные потери. Регулятор поддерживает напряжение нагрузки постоянным и свободным от гармоник. Далее они классифицируются в зависимости от конфигурации и области применения. В усовершенствованных регуляторах вместо транзистора можно использовать другие компоненты, управляемые током, такие как MOSFET, IGBT. В этой статье обсуждается обзор последовательного стабилизатора напряжения на транзисторах и его работа.

Последовательный регулятор напряжения на транзисторах можно определить как устройство, поддерживающее выходное напряжение на постоянном уровне. Как показано на рисунке, в качестве регулирующего элемента выступает последовательный стабилизатор напряжения на транзисторах. Он принимает нерегулируемый вход и обеспечивает регулируемый выход.

Блок-схема

Встроенный в интегральную схему (ИС) чип поддерживает постоянное напряжение нагрузки при любых изменениях входного напряжения. Он работает по принципу транзистора, который изменяет свое сопротивление при изменении напряжения смещения. Он использует стабилитрон для поддержания постоянного напряжения базы транзистора. Он часто используется в электронных схемах, таких как регуляторы напряжения, адаптеры, схемы выпрямителей и т. д., для обеспечения регулируемого выходного напряжения. Регулятор подключается последовательно и шунтирует нагрузку в зависимости от применения.

Последовательный транзисторный регулятор напряжения в рабочем состоянии

Как показано на рисунке, транзисторный последовательный регулятор напряжения состоит из следующих компонентов.

Схема цепи

 

Транзистор (Q1) — помогает изменять сопротивление цепи для поддержания постоянного напряжения. Его клеммами являются база, эмиттер и коллектор. Зенеровский диод подключен к базе транзистора, а вход подается со стороны коллектора. Нагрузка подключена к эмиттеру. Пусть VBE будет напряжением база-эмиттер.

Стабилитрон — Зенеровский диод, как показано на принципиальной схеме, подключен к базе транзистора. Диод Зенера используется для установки фиксированного опорного напряжения на базе транзистора. Напряжение на стабилитроне Vz всегда остается постоянным независимо от изменения входного напряжения.

Последовательное сопротивление Rs — Последовательное сопротивление RS используется для ограничения тока через стабилитрон.

Сопротивление нагрузки RL – это сопротивление нагрузки, подключенной к выходным клеммам.

Рабочий

• Предположим, что входное напряжение, подаваемое на клеммы, равно 12 В. Это нерегулируемое напряжение питания постоянного тока, подаваемое на входные клеммы. Предположим, что напряжение пробоя стабилитрона равно 9 В. Это означает, что стабилитрон начинает проводить ток при напряжении 9 В. Поскольку стабилитрон подключен к базе транзистора, 9 В становится опорным напряжением для базы транзистора, что является фиксированным значением.
• Напряжение на нагрузке, т. е. выходное напряжение, представляет собой разность напряжений между напряжением на стабилитроне и напряжением на базе-эмиттере. То есть это может быть дано как
  В0 = ВЗ – ВБЕ
• Напряжение между базой-эмиттером представляет собой проводящее напряжение транзистора, значение которого равно 0,7 В. Поскольку входное напряжение составляет 12 В, выходное напряжение становится равным 9 – 0,7 = 8,3 В в соответствии с приведенным выше уравнением.
• Теперь, если происходит увеличение входного напряжения, скажем, на 12,5 В, то первоначально увеличивается и напряжение на нагрузке. Оно увеличивается до 8,7 В. Но стабилитрон поддерживает напряжение постоянным на уровне 9 В.
• Поэтому напряжение на транзисторе становится меньше 0,7 В. Для этого увеличивается сопротивление коллектор-эмиттер. (Это свойство транзистора, переходное сопротивление). Следовательно, теперь выходное напряжение остается постоянным на уровне 8,3 В.
• Теперь рассмотрим случай снижения входного напряжения. Уменьшение входного напряжения сначала уменьшит напряжение нагрузки. Но опять же, напряжение нагрузки должно поддерживаться постоянным. На этот раз сопротивление между коллектором и эмиттером уменьшается, что увеличивает напряжение база-эмиттер. Можно отметить, что транзистор коллектор-эмиттер
• Сопротивление изменяется в соответствии с изменением входного напряжения. Это происходит благодаря принципу работы транзистора и фиксированному напряжению, обеспечиваемому стабилитроном.
• В обоих случаях при изменении входного напряжения напряжение нагрузки остается постоянным. Отсюда видно, что при изменении входного напряжения выходное напряжение остается постоянным. Так работает транзисторный последовательный регулятор напряжения в качестве регулирующего элемента

Эксперимент с регулятором напряжения серии транзисторов

В этом эксперименте проверяются свойства элемента регулятора. В этом эксперименте в цепь подается нерегулируемый источник постоянного тока. И на основе напряжения стабилитрона проверяется выходное напряжение на нагрузке. Выполняются увеличение и уменьшение входного напряжения и проверяется постоянное выходное напряжение. Далее проверяют регулирующий элемент, объединяя его с выпрямителем. Это означает, что вход переменного тока подается на выпрямитель, который преобразует переменный ток в импульсный постоянный ток на основе принципа выпрямителя. Импульсный постоянный ток снова подается на транзисторный последовательный регулятор напряжения, и наблюдается постоянное выходное напряжение постоянного тока.

Классификация регуляторов напряжения

В зависимости от способа подключения транзистора к нагрузке регуляторы напряжения классифицируются как

• Последовательный регулятор напряжения — в этой схеме транзистор соединен последовательно с нагрузкой
• Шунтовой регулятор напряжения — в этой схеме транзистор подключен параллельно нагрузке

Аналогичным образом, в зависимости от вариаций схемы, они далее классифицируются как

• Регулятор линии — в этой цепи изменения в линии регулируются цепями. Изменения в линии указывают на изменения в напряжении питания. Колебания напряжения питания могут быть вызваны незначительными неисправностями или гармоническими интерпретациями.
• Регулятор нагрузки — в этой схеме изменения нагрузки регулируются схемой. Изменение нагрузки может быть вызвано изменением констант цепи или внезапным добавлением или удалением запроса нагрузки

Преимущества и недостатки регулятора напряжения

Преимущества:

• Регулируемое выходное напряжение получается из этой схемы.
• Низкий уровень шума, меньшая пульсация и стабильная работа.
• Компоненты, необходимые для сборки схемы, легко доступны.
• Не имеет электромагнитных помех.
• Быстрое время отклика при любых изменениях линии или нагрузки

Недостатки

• КПД схемы меньше
• Так как много рассеивается, требуются радиаторы.
• В стабилизаторах напряжения выходное напряжение всегда меньше входного.

Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о MCQ на полевых транзисторах и MCQ на транзисторах

Часто задаваемые вопросы

1). Можно ли использовать транзистор в качестве регулятора напряжения?

Да, транзистор вместе с стабилитроном, подключенным к его базе, действует как регулятор напряжения.

2). Как работает шунтирующий регулятор напряжения?

В шунтирующем регуляторе напряжения транзистор подключен параллельно нагрузке. Вместе со стабилитроном он обеспечивает регулируемое выходное напряжение по транзисторному принципу.

3). Какой тип регулятора более эффективен?

По сравнению с последовательными и параллельными регуляторами напряжения, последовательные регуляторы напряжения более эффективны. В целом импульсные регуляторы напряжения считаются наиболее эффективными регуляторами напряжения

4). Где находится регулятор напряжения?

Регулятор напряжения расположен между линией и нагрузкой.

5). Каково назначение регулятора напряжения?

Регулятор напряжения используется для обеспечения регулируемого напряжения на стороне нагрузки. Независимо от изменений нагрузки или изменений в линии выходное напряжение остается постоянным.

Таким образом, мы увидели принцип работы последовательного транзисторного регулятора напряжения, его применение, а также преимущества и недостатки. Эта схема является одной из наиболее широко используемых интегральных схем в области электротехники и электроники. С появлением устройств силовой электроники транзистор был заменен силовыми электронными устройствами, а также передовыми методами модуляции для поддержания постоянного выходного напряжения. Вот вам вопрос, а почему транзисторы называют токоуправляемыми приборами?

Напряжение базы транзистора | Форум Электроники

Добро пожаловать на EDAboard.com

Добро пожаловать на наш сайт! EDAboard.com — это международный дискуссионный форум по электронике, посвященный программному обеспечению EDA, схемам, схемам, книгам, теории, документам, asic, pld, 8051, DSP, сети, радиочастотам, аналоговому дизайну, печатным платам, руководствам по обслуживанию.

.. и многому другому. более! Для участия необходимо зарегистрироваться. Регистрация бесплатна. Нажмите здесь для регистрации.

Регистрация Авторизоваться

JavaScript отключен. Для лучшего опыта, пожалуйста, включите JavaScript в вашем браузере, прежде чем продолжить.

• Автор темы Алистер Баллантайн
• Дата начала 10 января 2021 г.

Статус

Закрыто для дальнейших ответов.

Алистер Баллантайн

Младший член уровня 2

Привет,

Я пытаюсь рассчитать напряжение, необходимое на базе транзистора, чтобы «открыть» транзистор. Я знаю, что оно должно быть ≥ 0,7 В.

Видел схему выше. Я рассчитываю сопротивление параллельно как R = 470×1000/470+1000 = 320 Ом. Следовательно, ток I = 7 В (9 В – падение тока светодиода) 7/320 Ом = 0,02 мА. Следовательно, напряжение, проходящее через базу транзистора, составляет V = 0,02×320 = 6,4 В.

Верен ли этот расчет и не является ли напряжение 6,4 В слишком высоким для транзистора?

Спасибо!

 

KlausST

Супер модератор

Привет,

Ваше описание сбивает с толку, я не могу его понять.
R1 и R2 уже даны… так что же «R» вы пытаетесь вычислить?

Алистер Баллантайн сказал:

R = 470×1000 / 470+1000 =

Нажмите, чтобы развернуть…

= 2000
Как вы пришли к 320 Ом?

Алистер Баллантайн сказал:

I = 7 В (9 В – падение тока светодиода) 7/320 Ом = 0,02 мА.

Нажмите, чтобы развернуть…

Что это? Кажется, вы что-то смешиваете. Пожалуйста, идите шаг за шагом, чтобы мы могли следовать вашим идеям.

Клаус

 

Барри

Расширенный член уровня 5

ваши расчеты не имеют смысла. Во-первых, нет «параллельного сопротивления». И я не думаю, что вы хотите «открыть» транзистор, вы хотите его включить, т. е. довести до насыщения. При использовании транзистора в качестве переключателя эмпирическое правило заключается в том, что ваш базовый ток должен быть один- десятая часть тока коллектора.

Предположим, что в вашем случае падение напряжения на светодиоде составляет 2 вольта. Итак, Ic=(9-2)/470= 14 мА. Тогда Ib должно быть 1,4 мА.
(9-0,6)/1,4 мА=Rb=8,4 К.

 

00кам

Участник уровня 2

Здравствуйте,
у вас есть два пути тока с замкнутым контуром, когда вы замыкаете переключатель: один от B -> E и от C -> E, поэтому у вас есть два замкнутых контура, первый путь (+ 9 батарея -> R1 -> LED—>Транзисторный переход C-E—>-9батарея, которая является конечным контуром) второй путь (батарея +9 —> R2 —> транзисторный переход BE —> -9 аккумулятор, который является конечным контуром) компоненты двух цепей соединены последовательно, если вы хотите сделать ток, вольт, расчет сопротивления

камал

 

Аудиогуру

Расширенный член уровня 5

Почему сопротивление базового резистора составляет всего 1 кОм? Тогда базовый ток равен (9V — 0,7 В) / 1k = 8,3 мА, что почти совпадает с током коллектора (9 В — 2 В) / 470 Ом = 14,9 мА.

РЕДАКТИРОВАТЬ: почему вы хотите рассчитать базовое напряжение? Посмотрите в даташите.
База-эмиттер представляет собой диод с напряжением 0,6 В при низком токе базы и 0,8 В при очень большом токе базы.

 

данадакк

Расширенный член уровня 5

Общее эмпирическое правило заключается в том, чтобы использовать транзистор в качестве переключателя, включить его и поставить на
в насыщение, необходимо установить Ib = Ic / 10. В большинстве спецификаций указывается Vcesat транзистора
при этом уровне тока базы.

Итак, номинально вы должны вычислить R1 для схемы Ic, а затем вычислить R2.

R 1 = (Vbatt — Vled — Vcesat ) / Ic и R2 = (Vbatt — Vbe ) / (Ic / 10 )

Vcesat — это характеристика транзистора, насыщение V коллектор-эмиттер, и графики
его зависимости от Ic в техническая спецификация. Также базовые текущие уровни. Вот кривая для 2N3904
, где Ib = Ic / 10 (термин «принудительная бета») —

С уважением, Дана.

 

Последнее редактирование: 11 января 2021 г.

Алистер Баллантайн

Младший член уровня 2

Большое спасибо за ваши ответы.

Я вижу, что перепутал ряд вопросов и использовал плохой схематический пример.

Я сделал несколько простых схем, в которых я перегрел транзистор, что, как я думал, произошло из-за избыточного напряжения, проходящего через базу. Теперь я вижу, что смотрел на это неправильно.

Очень полезная информация – спасибо!

 

Аудиогуру

Расширенный член уровня 5

Базой транзистора обычно является вход, использующий малый ток. Тогда база-эмиттер хрупкая и легко повреждается слишком большим током.
Маленький транзистор 2N3904 имеет максимально допустимый ток коллектора 200мА. Тогда, как переключатель, его базовый ток никогда не превышает 20 мА.

Если ток базы слишком мал, то транзистор не будет хорошим переключателем и будет иметь напряжение на нем и ток через него, что приведет к его слишком большому нагреву.

 

Барри

Расширенный член уровня 5

Рискуя показаться педантичным, напряжение не «проходит» через базу или через что-либо, если уж на то пошло. ТОК проходит, напряжение проходит.

Кроме того, транзисторы являются устройствами тока, а не напряжения. Не напряжение ВОКРУГ базы управляет током коллектора; важен ток в базе.

 

костыль

Расширенный член уровня 5

Барри сказал:

Кроме того, транзисторы являются устройствами тока, а не напряжения

Нажмите, чтобы развернуть. ..

Вы понимаете, что это может вызвать реакцию других педантичных типов, которые скажут, что уравнения физики твердого тела биполярного транзистора показывают, что это устройство, управляемое напряжением, а не током.

Конечно, для больших сигналов и коммутационных приложений гораздо проще использовать модель черного ящика с управлением по току.
Модель, управляемая напряжением, на самом деле полезна только для разработки малосигнальных схем BJT.

 

данадакк

Расширенный член уровня 5

V vesus I control, как и корпускулярно-волновой дуализм в физике, у медали две стороны. V — это
, но не выбрасывайте свои нынешние контролируемые инструменты и понимание,
оба очень полезны.

.

С уважением, Дана.

 

МихалП

Младший член уровня 1

Думаю, такого рода задания вам помогут. Эти задачи такие же, как у меня в университете, чтобы узнать о биполярном расчете
https://911electronic.com/bipolar-junction-transistor-tasks/

 

Храп

Расширенный член уровня 1

barry

» Кроме того, транзисторы являются устройствами тока, а не напряжения. Не напряжение на базе управляет током коллектора, важен ток в базе.

Позвольте мне объяснить, почему вы ошибаетесь в этом Утверждение. Все дело в физике. Транзистор BJT NPN работает за счет диффузии, которая заставляет заряды течь путем диффузии от эмиттера к базе и далее к коллектору и цепи под действием положительного напряжения коллектора. Но электроны оставляют после себя заряженные ионы, которые противодействуют поток электронов. Применение положительного базового напряжения противодействует этому эффекту и ускоряет электроны на их пути. Однако некоторые электроны, которые должны пройти к коллектору, притягиваются в базовую цепь положительным напряжением. Это потерянный ток. По счастливой случайности, коллекторный ток представляет собой довольно постоянное отношение к базовому отработанному току, называемому «бета». Теперь вы можете подключить генератор тока к транзистору и получить пло t некоторые полезные кривые и думайте, что у вас есть устройство, управляемое током. Но ты обманываешь себя. У вас есть токоуправляемая ЦЕПЬ. Виртуальный резистор генератора тока является частью схемы. Сам транзистор все еще танцует под напряжение, которое он получает от генератора тока. Транзистор управляется напряжением.

Другой пример. Никто не отрицает, что обычный операционный усилитель является усилителем напряжения. Тем не менее, в надлежащей электрической цепи он может быть частью чего угодно еще. Устройство, которое действительно управляется током, — это магнитный усилитель. Они большие, уродливые и прочные по сравнению с твердотельными.

Храповик

 

Статус

Закрыто для дальнейших ответов.

• [РЕШЕНО] Регулятор напряжения LDO нагревается — почему?

  • Автор: GH Crash
  • 25 августа 2022 г.
  • Ответов: 39

  Схемы хобби и проблемы с небольшими проектами

• А

  Схема проверки транзисторов 211123

  • Автор AllenPitts
  • 23 ноября 2021 г.
  • Ответов: 3

  Схемы хобби и проблемы с небольшими проектами

• Е

  [РЕШЕНО] Учебный комплект по силовой электронике имеет напряжение переменного тока на земле постоянного тока

  • Инициировано eagle1109
  • 12 июня 2022 г.
  • Ответов: 6

  Схемы хобби и проблемы с небольшими проектами

• Ф

  Транзистор выключен, но напряжение на эмиттере такое же, как напряжение на коллекторе

  • Автор FreshmanNewbie
  • 8 декабря 2020 г.
  • Ответов: 4

  Схемы хобби и проблемы с небольшими проектами

• грамм

  Повторитель напряжения/буфер с операционным усилителем

  • Инициировано grieih
  • 11 декабря 2021 г.
  • Ответов: 16

  Схемы хобби и проблемы с небольшими проектами

Делиться:

Фейсбук Твиттер Реддит Пинтерест Тамблер WhatsApp Эл. адрес Делиться 907:20 Ссылка на сайт

Верх

Конструкция источника питания постоянного тока

Простейшая схема: RS1

RS1 — простейшая схема последовательного регулятора, использующая всего три дополнительных компонента;

• стабилитрон для опорного напряжения;
• резистор для подачи тока на стабилитрон и смещения транзистора;
• и силовой транзистор.

Обеспечивает фиксированное выходное напряжение Vz1 — 0,7В

Как это работает

При включении R1 подает ток на TR1 и Vout возрастает. Когда Vout приближается к Vz1 — Vbe, базовый ток падает, поэтому выходной ток уменьшается, чтобы поддерживать выходное напряжение при Vout = Vz1 — Vbe

Недостатки этой простой схемы

1. Ток на стабилитроне не регулируется, поэтому изменить
2. Напряжение база-эмиттер транзистора изменяется в зависимости от температуры.
3. Выходное сопротивление равно (RZ1//R1)/коэффициент усиления. Поскольку HFE обычно составляет 30 для силовых транзисторов, а RZ1 около 10 Ом,
   Rout около 0,3 Ом . Регуляция плохая.
4. Цепь опорного напряжения использует до 10 % доступной мощности.

Лучшая схема: RS2

В этой схеме используется второй транзистор для контроля выходного напряжения. Всего три дополнительных компонента обеспечивают следующие преимущества:

1. лучшее регулирование напряжения благодаря отрицательной обратной связи
2. меньший дрейф благодаря постоянному току через стабилитрон
3. программируемый (или переменный) выход напряжения

(выход можно сделать переменным, добавив потенциометр в цепочку делителя R2+R3, как показано в примере конструкции ниже)

Мы используем силовой транзистор пары Дарлингтона для TR1.

Почему Дарлингтон?

Обычные силовые транзисторы имеют очень низкий HFE (коэффициент усиления) — обычно около 30. Для выходного тока 3 А требуется базовый ток 100 мА, что вызывает нагрев наших регулирующих компонентов и дрейф напряжения. Пара Дарлингтона объединяет два транзистора в одном корпусе, что дает коэффициент усиления около 1000. Теперь мы можем создать источник питания 10 А, а в цепи управления нам потребуется всего 10 мА.

Кроме того, использование датчика Дарлингтона улучшает регулирование за счет снижения выходного сопротивления.
Как и прежде, Rout = Rint/Hfe.

Rint = параллельная комбинация RZ1 и R1. Мы будем обозначать это знаком параллельности //

Просто замена силового транзистора в приведенной выше схеме транзистором Дарлингтона меняет Rout с
Rout = (RZ1//R1)/усиление = 10/30 = 0,3 Ом до
Rout = (RZ1//R1)/усиление Дарлингтона = 10/1000 = 0,01 Ом

Кроме того, они недороги и позволяют сократить количество компонентов.

Пример конструкции

Разработайте регулируемый источник переменного напряжения, обеспечивающий 2 А при напряжении от 20 до 30 В. У нас есть нерегулируемый источник питания, который обеспечивает (пример конструкции 1) 38 В при 2 А с пульсациями 2 В от пика до пика.

Компоненты:

TR1: Power darlington должен принимать 40 В и 2 А с номинальной мощностью (40 В -20 В) * 2 А = 40 Вт
это популярный TIP120 , Дарлингтон питания NPN с
ВФЭ=>1000; Vсео=60В; Iс=5А; Pd=65W

Hfe 1000 дает Ib как 2 мА, когда Ie = 2A. Мы выберем R1, чтобы подать минимум 12 мА на TR2 и стабилитрон.

VZ1: Мы выбираем стабилитрон 7,5 В (7,5 * 10 = 75 мВт) типа BZX85C7V5 , так как его темп (+0,2%/K) уравновешивает темп перехода база-эмиттер.

TR2: должен принимать 30-7,5 В и 12 мА = 250 мВт BC546B имеет:
Напряжение коллектора-эмиттера Vceo: 65 В; Ток коллектора постоянного тока: 100 мА; Pt=0,6 Вт
Коэффициент усиления по постоянному току hfe:150

Тогда базовый ток TR2 составляет 10 мА / 150 = 66 мкА. Мы можем игнорировать это влияние при расчете цепи резисторов.

R1 : чтобы определить это, нам нужно знать напряжения на Vint и базе TR1.

Винт (макс.) = 38 В + 2 В = 40 В; Vint(мин) = 38 — 2 = 36В

Vb1 (макс) = 30 + 0,7 = 31В; Vb1 (мин) = 20 + 0,7 = 21В

VR1(max) = (Vint (max) — Vb1 (min)) = 19V ; VR1(мин) = (Vint(мин) — Vb1 (макс)) = 36 — 31 = 5В .

Ток IR1(макс.) = VR1(макс.) / R1 и IR1(мин.) = VR1(мин.)/R1 — поэтому

IR1(макс.) / IR1(мин.) = VR1(макс.) / VR1(мин.) . Это вариант 4:1.

IR1(мин) должен быть > Ib для TR1, который был 2 мА, а также учитывать правильный ток смещения для стабилитрона .
Стабилитрону на 7,5 В требуется около 10 мА для достижения низкого Rz.

Пусть IR1(мин) будет 8 мА + 2 мА = 10 мА.

R1 = 5/10 = 0,50 кОм — ближайший = 0,470, тогда Imax = 10/0,470 = 21 мА. R1 = 470 Ом .

21 мА * 19 В = 0,40 мВт. Нам нужен резистор мощностью 1 Вт или лучше .

Расчет делительной цепи

R2, R3, VR1. Чтобы рассчитать их, мы начнем с предположения, что R3 = 1 кОм.

На этой диаграмме ползунок VR1 находится внизу его дорожки.

Rобщ = R2 +VR1 +R3; ИР2 = ИВР1 = ИР3;

IR3 = 8,2 В /( R3 = 1 кОм) = 8,2 мА;

30 В = Rобщ * 8,2 мА, поэтому Rобщ = 30/8,2 = 3,66 кОм

В этой конфигурации ползунок находится в верхней части VR1.

I= 20 В / Rобщ. = 20 / 3,66 = 5,46 мА

(R3 = 1 кОм) +VR1 = 8,2 В / 5,46 мА = 1,5 кОм. поэтому VR1 = 0,5 кОм.

R2 = 20 В — 8,2 В / 5,46 мА = 11,8/5,46 = 2,16 кОм

Проверить; 2,16k + 0,5k + 1k = 3,66k

Нам нужно сделать VR1 предпочтительным значением для потенциометра. Мы могли бы выбрать 1k; это даст максимальный ток цепи делителя 8,2 / 2 = 4,1 мА, что нормально.