Методика расчета последовательного компенсатора
Для увеличения быстродействия стабилизатора применяют ёмкостную связь между выходом стабилизатора и входом УПТ. С этой целью в схему стабилизатора подключают конденсатор С1 марки К5016 емкостью 10 мкр Фа. ДIk3/ДIбэ3 = S3 — крутизна характеристики VT3. Для маломощных низкочастотных транзисторов, используемых в схемах стабилитронов напряжения, значение лежит в пределах от 20 до 40 мА/В. Примем S3… Читать ещё >
Методика расчета последовательного компенсатора (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Методика расчета последовательного компенсационного стабилизатора
Вариант | ||
Номинальное выходное напряжение Uвых с плавной регулировкой в пределах ±2В | ||
Номинальный ток нагрузки Iвых, А | 0.6 | |
Допустимое отклонение на входе стабилизатора от номинального значения в сторону увеличения и уменьшения aвх=bвх% | ||
Ток нагрузки постоянен | ||
Коэффициент стабилизации Kст | >=80 | |
Допустимое отклонение на входе стабилизатора от номинального значения в сторону увеличения и уменьшения aвх=bвх% | 0.2 | |
Схема стабилизатора Порядок расчета
1.Требуемое значение коэффициента стабилизации
Kст треб = aвх +bвх /aвых + bвых = 10/0.2 = 50
2.Минимальное напряжение на входе стабилизатора
Uвх min = Uвых + Uкэi min + ДUвых = 14 + 3+ 2 = 19В
Uкэi min — минимальное допустимое напряжение эммитер-коллектор регулирующего транзистора, при котором работа еще происходит на линейном участке выходной характеристики Iк=f (Uкэ) при Iв= const
ДUвых — отклонение напряжения на выходе стабилизатора от номинального Напряжение Uкэi min для большинства транзисторов не превышает 3 В. Примем для расчета 3 В ДUвых определяется верхним пределом регулировки выходного напряжения, т. е. 2В
3. Номинальное напряжение на входе стабилизатора с учетом допустимых отклонений входного напряжения aвх=bвх
стабилизатор напряжение рассеивание резистор
Uвх = Uвх min/(1-bвх/100) = 1.9/(1−0.1) = 21В
4. Максимальное напряжение на входе стабилизатора
Uвх max = Uвх*(1+aвх/100) = 21*(1*0.1) = 23В
5. Максимальное падение напряжения на участке эмиттер-коллектор регулирующего транзистора
Uкэi max = Uвх max — Uвых = 23 -14 = 9В
6. Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе регулирующего транзистора
Pki max = Uкэi max*Iвых max = 9*0.60 012 = 5,4Вт Где Iвых max максимальное значение тока нагрузки Iвых max = Iвых +(авых/100) = 0,0012 + 0,6 = 0,60 012А
7. Выбираем тип регулирующего мощного, низкочастотного транзистора VT1
Iвых <= Iki max доп; Uкэi max <= Uкэi max доп; Pki max <= Pki max доп;
Взяв параметры из справочника мы выбираем транзистор VT1 — 2Т321А
60мА = 800мА; 9 В < 50В; 5,4Вт = 20Вт.
8. Выбираем тип согласующего транзистора VT2, аналогичный VT1(в нашем случае, это транзистор 2Т321А), который предназначен для согласования большого выходного сопротивления УПТ с малым входным сопротивлением регулирующего транзистора. Кроме того VT1 и VT2, образуя составной транзистор имеют общий коэффициент усиления по току в = в1=в2 = 120, что позволяет значительно повысить коэффициент стабилизации схемы. Принимая Ik2 ~ Iэ2 ~ Iб1 и учитывая, что
Iб1~ Ik1/ в1 ~ Iвых/ в1 = 0.6/120 = 0.005А, получим Ik2
Кроме того Uкэi max ~ Uкэi2 max и мощность, рассеиваемая на коллекторе VT2 Pk2 max ~ Ukэ2 max*Ik2
9. Выбираем тип стабилитрона, используемого в качестве источника эталонного напряжения. Номинальное напряжение стабилизации
Uст = (0.6 — 0.7) Uвых = (0.6 — 0.7)*14 = 8 В Исходя за данных напряжения стабилизации выбираем стабилитрон типа Д809 (Iст = 5мА; Uст ,min = 8B; Uст max = 9,5B)
10. Находим коэффициент деления напряжения делителем б = U2вых/Uвых = 8,4/14 = 0,6
11. Выбираем тип управляющего транзистора. На транзисторе VT3 собран усилитель, который должен реагировать на самые незначительные колебания выходного напряжения и усиливать их до величины, достаточной для управления регулирующим транзистором. Обычно величина тока Ik3 выбирается в пределах 0,5 — 2 мА. Возьмем Ik3 = 2 мА. Требуемое значение коэффициента усиления по напряжению для управляющего транзистора К3 треб = (ДUвх*100)/(Uвых (авых + ввых) *б) = 4*100/14*0,4*0,6 = 119,
где ДUвх = Uвх max — Uвх min = 23 — 19 = 4B
Из данного параметра выбираем транзистор марки 1Т101(Ik3 = 2мА, в3 = 30).
12. Определяем фактический коэффициент усиления управляющего каскада
K3 рас = (ДIk3/ДIбэ3)*R1 = 30*36* = 10 800
ДIk3/ДIбэ3 = S3 — крутизна характеристики VT3. Для маломощных низкочастотных транзисторов, используемых в схемах стабилитронов напряжения, значение лежит в пределах от 20 до 40 мА/В. Примем S3 = 30 мА/В
R1 = сопротивление нагрузки в цепи коллектора VT3
13. R1 = сопротивление нагрузки в цепи коллектора VT3 находиться из формулы
R1 = (0,5Uкэ1 min *в1*в2)/Iвых = 0,5*3*120*120/0,6 = 36 кОм Мощность рассеивания на резисторе
PRI = K3*R1 + (IK2/в2)R1 = * 36**(**36* = 9*Вт Выбираем R1
14. Сравниваем K3 расч > K3 треб
10 800 > 119 => ВЕРНО
15. Определяем мощность, рассеиваемую на коллекторе VT3
PK3 MAX = UKЭ3 MAX*IK3 = 7,6* 0,002 = 0.0152 Вт, где UKЭ3 MAX = UВЫХ + ДUВЫХ — UСТ = 14 + 2 — 8,4 = 7,6 В Сравнивает PКЭ MAX < PКЭ MAX ДОП
0,0152Вт < 50 Вт = > ВЕРНО
16. Найдем сопротивление выходного делителя. Ток делителя IД обычно выбирают на один-два порядка выше тока базы управляющего транзистора VT3. Номинальный ток базы VT3
IБЗ = IКЗ/в3 = 2*/30 = 6.7*А, Выбирая ток делителя Iд, найдем общее сопротивление делителя
IД = (10 — 100) IБЗ = 0.67*20 = 0.0134А
RД = 14/0.0134 = 1044 Ом
17.Выходное сопротивление стабилизатора должно регулироваться в пределах ±2 В. Определить сопротивление нижнего плеча делителя для крайних значений UВЫХ, UСТ
R4 = RД.Н. MIN = RД(UСТ. MIN/(UВЫХ + ДUВЫХ)) = 1044*(8/(14+4)) = 464 Ом
RД.Н. MAX = RД(UСТ. MAX/(UВЫХ — ДUВЫХ)) = 1044*(9.5/(14−4)) = 992 Ом
18. Величина сопротивлений R2 и R3, где R3 — регулировочный резистор.
R3 = RД.Н. MAX — RД.Н. MIN = 992 — 464 = 528 Ом
R2 = RД — R3 — R4 = 1044 — 528 — 464 = 52 Ом Рассчитав мощность рассеивания резисторов по формуле P = *R, выбираем резисторы
R1 = *R = *1044 = 4,1 Вт
R4 = *R = *464 = 8,33 Вт
R2 = *R = *580 = 94.8 Вт
R5 = *R = *13.16 = 0,32 Вт
R3 (переменный) = *R = *528 = 1 Вт Исходя из мощности, выбираем марки резисторов
R1 — C542 В (5Вт, 5.1Ом),
R2 — C5−40 (100Вт, 9.1Ом),
R3 — CП II (1Вт, 1Ом),
R4 — П3ВР (10Вт, 9.1Ом)
R5 — С213 (1Вт, 13.3Ом)
19.Сопротивление R5 берется такой величины, чтобы задаваемый им ток через стабилитрон составлял Iст. н
R5 = Uвых — Uст / Iст. н 14 — 13,93 /0.005 = 13.16 Ом
20. Для увеличения быстродействия стабилизатора применяют ёмкостную связь между выходом стабилизатора и входом УПТ. С этой целью в схему стабилизатора подключают конденсатор С1 марки К5016 емкостью 10 мкр Фа.
21.Конденсатор С2 марки К5018 емкостью 2000 мкр Фа, который служит для повышения устойчивости стабилизатора и одновременно позволяет уменьшить выходное сопротивление схемы.
22.Коэффициент стабилизации рассчитанного стабилизатора
KСТ. РАС = б*K3 РАС*(UВЫХ/UВХ) = 0.6*1.08* *(14/21) = 4323
KСТ. РАС > Kст треб
4323 > 50 => ВЕРНО
23.К.П.Д стабилизатора в номинальном режиме з = UВЫХ*IВЫХ/UВХ*IВХ = 14*0,6/21*0,6184 = 65%
IВХ=IВЫХ + IСТ + IД = 0,6 + 0,005 + 0,0134 = 0,6184 А.
Вывод Мы провели расчет и разобрали схему компенсационного стабилизатора. Напряжение стабилизации равно 8.4 В, КПД при номинальном режиме 65%. Коэффициент стабилизации данного стабилизатора по сравнению с требуемым больше почти в 86,5 раз, что обеспечивает высокое качество стабилизации напряжения у данного стабилизатора.
Проведя необходимые расчеты мы выбрали марки транзисторов, конденсаторов и резисторов из справочников, данные которых соответствуют ГОСТ 20 003–74.
Транзисторы
1. VT1 — 2Е321А
2. VT2 — 2Т321А
3. VT3 — Д809
Резисторы
1. R1 — C542В
2. R2 — C5−40
3. R3 — CП II
4. R4 — П3ВР
5. R5 — С213
Конденсаторы
1. C1 — К5016
2. C2 — К5018