Стабилизатор напряжения постоянного тока

Явление электрического пробоя, опасное для обычных диодов, находит полезное применение в кремниевых плоскостных диодах, т.н. кремниевых стабилитронах, или опорных диодах.

Необходимость в хорошем источнике опорного напряжения часто возникает во многих схемах. Простейшим видом источников опорного напряжения является стабилитрон.

Особенность кремниевого диода, стабилитрона, состоит в том, что в определенном режиме сопротивление этого диода сильно меняется при изменении пропускаемого им тока (такая характеристика у стабилитрона получается за счет определенных свойств самого полупроводникового материала), и в итоге напряжение на диоде остается неизменным. Если собрать делитель с кремниевым стабилитроном и менять подводимое к этому делителю напряжение, то сопротивление диода будет меняться, и напряжение, снимаемое с диода, окажется стабилизированным.

Сравнивающий и усилительный элементы

3.1 Выбор схемы

Для расчета принимается схема последовательного компенсационного стабилизатора для положительного выходного напряжения, представленная на рис. 2. стабилизатор напряжение постоянный ток

Определение максимального, среднего и минимального напряжение на входе

Находится наименьшее напряжение на входе стабилизатора:

В ,

где - минимальное напряжение на регулирующем транзисторе .

Исходя из того, что в качестве регулирующего транзистора , как правило, выбирается кремниевый, то выбирается в пределах 3..5 В.

Учитывая нестабильность входного напряжения на входе стабилизатора , находится среднее и максимальное напряжение на входе стабилизатора:

,

.

Выбор регулирующего транзистора

Определяется максимальное значение напряжения на регулирующем транзисторе:

.

Мощность, которая рассеивается на коллекторе транзистора , равняется:

.

По полученным значениям , , выбирается тип регулирующего транзистора, например, такой:

Марка транзистора КТ805А

Тип транзистора

Допустимый ток коллектора, 5,А

Допустимое напряжение коллектор-эмиттер, 60,В

Рассеиваемая мощность коллектора, 30,Вт

Минимальный коэффициент передачи тока базы, 15

По статическим ВАХ выбранного транзистора находят:

- коэффициент передачи напряжения:

при

? коэффициент передачи напряжения.

Далее находят ток базы транзистора :

.

Рисунок 2 - Принципиальная схема стабилизатора с ограничителем тока

Расчет схемы сравнения и источника опорного напряжения

Величина опорного напряжения:

.

В качестве источника опорного напряжения выбран стабилитрон 2С139А со следующими параметрами:

- ;

- ;

- ;

- ;

- ;

- .

сопротивление резистора :

.

Принимаем R_б=160, Ом

В качестве усилительного элемента выбирается ОУ. Выбор ОУ осуществляется из следующих условий:

,

где ? максимальное напряжение на выходе ОУ;

? максимально допустимый ток на выходе;

Выбран ОУ К140УД7 с параметрами:

;

.

3.2 Расчет делителя

Ток делителя принимается равным 5 мА (т.е. много меньше величины ), коэффициент деления 0,6. Тогда

;

Принимаем R2=0,75 и R1=0,47, кОм

Выходное сопротивление стабилизатора

Регулирующий транзистор включен по схеме с ОК и охвачен отрицательной обратной связью через ОУ, поэтому:

; ;

.

Коэффициент стабилизации стабилизатора напряжения:

.

Нестабильность выходного напряжения

Нестабильность выходного напряжения определяется увеличением напряжения стабилизации стабилитрона на 0,1 %/ ^°С. Нестабильностью резисторов и с температурой можно пренебречь, так как оба резистора меняются с одинаковым температурным коэффициентом, так что

.

3.3 Расчет схемы защиты от перегруза

Устройства защиты стабилизаторов напряжения от перегрузок можно разделить на встроенные, воздействующие на регулирующий элемент стабилизатора, и автономные, содержащие отдельный ключевой элемент.

Обычно к стабилизаторам с защитой от короткого замыкания выходной цепи предъявляется требование автоматического возврата в рабочий режим после устранения перегрузки. Схема защиты компенсационного стабилизатора от перегрузки реализована на элементах и . Для расчета принимаем ток срабатывания защиты равным 120 % от :

.

При напряжении на сопротивлении , равном , открывается транзистор и шунтирует регулирующий транзистор .

Резистор такого номинала должен быть проволочным.

Заключение

В результате проделанного курсового проекта был разработан компенсационный стабилизатор напряжения.

Были проведены расчет параметров стабилизатора, в результате которых были получены практические навыки работы со справочным материалом.

Ознакомление с принципами работы схемы защиты от короткого замыкания помогло в усвоении основ схемотехнического моделирования. Знание принципов работы компенсационного стабилизатора напряжения поможет искать неполадки в существующих устройствах и проектировать новые в процессе производственной деятельности.

Список литературы

Аксенов А.И., Нефедов А.В. Резисторы, конденсаторы, провода, припои, флюсы. Справочное пособие. - М.: СОЛОН-Р, 2000. - 240 с.

Аксенов А.И., Нефедов А.В., Юшин А.М. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Диоды. Транзисторы. Справочник. - М.: Радио и связь, 1993. - 224 с.

Артамонов Б.И., Бокуняев А.А. Источники электропитания радиоустройств. - М.: Энергоиздат, 1982. - 296 с.

Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем. - Киев: Вища школа, 1983. - 240с.

Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник /Под ред. Найвельта Г.С.- М.: Радио и связь, 1986. - 576 с.

Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы: Справочник., 1996. - 176 с.

Фрумкин Г.Д. Расчет и конструирование радиоэлектронной радиоаппаратуры. - М.: Высшая школа, 1989. - 463 с.

Размещено на Allbest.ru