При расчете однокаскадных (и многокаскадных) параметрических стабилиза-

торов обычно задаются следующие данные:

Исходные данные: (пример дан в скобках)

1. Номинальная величина выходного напряжения U_ВЫХ (U_ВЫХ=8В) и допуски на разброс выходного напряжения в сторону уменьшения и увеличения( U_ВЫХ.m, U_ВЫХ.м). Причем допуск может быть несимметричным и симметричным ( U_ВЫХm.м = 1В).

2. Максимальный и минимальный токи нагрузки (I_Нм=5мА, I­_Нm=3мА) стабилизатора.

3. Допустимое относительное изменение среднего значения входного напряжения Е_ВХ ненагруженного выпрямителя в сторону уменьшения (а_m) и увеличения (а_м)

(12)

4. Относительная амплитуда напряжения (коэффициент) пульсаций входного напряжения

(13)

где U_П – амплитуда напряжения пульсаций входного напряжения.

5. Максимально допустимая относительная нестабильность выходного напря-

жения при изменении тока от I_Нм до I_Нm

. Вместо может задаться R_ВЫХ

стабилизатора.

6. Максимально допустимая относительная нестабильность выходного напряжения при изменении входного ( = ±0.3%, “±” означает, что указано изменение в сторону увеличения или уменьшения входного напряжения от номинального значения). Вместо может задаваться коэффициент стабилизации К_СТ.

7. Максимально допустимая относительная амплитуда пульсаций входного напряжения (коэффициент пульсаций ( ≤0,3%)).

8. Номинальная (T_C= +20⁰C), минимальная (T_Cm= -10⁰C) и максимальная (T_Cм= +50⁰C) рабочая температура среды.

9. Максимально допустимая относительная температурная стабильность выходного напряжения ∆U_ВЫХ.T при изменении температуры на ∆T_Сm= T_C - T_Cm и ∆T_См= T_Cм - T_C (∆U_ВЫХ.T= ±2.5%). Вместо ∆U_ВЫХ.T может задаваться температурный коэффициент напряжения стабилизатора.

Необходимо: рассчитать величину номинального значения входного напряжения Е_ВХ, величину сопротивления R_г, определить необходимые для расчета выпрямителя максимальный ток I­_ВХм, максимальную мощность P_ВХм, к.п.д. (η) в номинальном и максимальном режимах, а также обеспечить такой ток выбранных стабилитронов, а соответственно и мощность рассеяния, чтобы их величины не превосходили допустимых по ТУ с соответствующим коэффициентом запаса.

 

3.1.1 Расчет однокаскадной схемы производим в следующей последовательности:

1. Выбираем тип и количество стабилитронов – один или несколько последовательно – и находим из справочных данных номинальное значение напряжения U_СТ.НОМ и допустимый разброс ∆U_СТ.НОМ.. В определенных случаях задаются U_{СТm ­} и U_СТм. Тогда

(14)

Для выбранного в качестве примера Д814А (U_СТ.НОМ= 7,75В, ∆U_СТ.НОМ= ±0,75В, U_СТm= 7,75 – 0,75= 7В, U_СТм= 7,75 + 0,75= 8,5В). При заданном U_ВЫХ= 8В получаем ∆U_ВЫХm=1В, ∆U_ВЫХм=0,5В, что удовлетворяет заданным требованиям.

2. Находим среднее значение требуемого выходного сопротивления стабилизатора

Ом (15)

∆U_ВЫХi относится к 0,5 диапазона по току ∆I_Н.

3. Выбираем I_СТm, при котором суммарное дифференциальное сопротивление было бы меньше R_ВЫХ. Из справочных и опытных данных находим:

а) R_∂~, указанное в технических условиях (при I_СТм= 5мА, R_∂~≤ 6 Ом);

б) по формуле (6) или из справочных данных определяем g_СТ

для U_СТм: g_СТ= 2+1,25(8,5-6)=5,1 мВ/⁰С;

в) по формуле (4) определяя из справочных или опытных данных значения теплового со-

противления, определяем R_∂t (в нашем примере R_t @ 0,15 ⁰С/мВт, т.е.

R_∂t = 8,5·0,15·5,1= 6,5 Ом);

г) определяем по (5) полное дифференциальное сопротивление R_∂

R_∂ = 6+6,5= 12,5 Ом, т.е. оно меньше R_ВЫХ (16 Ом). Если R_∂ > R_ВЫХ, то используется каскадное соединение ПС , а для двухкаскадного ПС. Для трехкаскадного и т.д. Проверка ΔU_ВЫХi производится, если эта величина задана как одна из характеристик ПС.

4. Находим среднее значение допустимого коэффициента стабилизации

(16)

где В – наибольшая из разностей (а_м – 1) или (а_m – 1). Для рассматриваемого

примера

5. Определяем максимальный коэффициент стабилизации:

, (17)

 

где А_m= а_m – а_ПВХ (А_m= 0,9 – 0,1= 0,8) и убеждаемся, что К_СТ < К_СТм Желательно для инженерных расчетов, чтобы К_СТ К_СТм ≈ (0,5¸0,7).

Если К_СТ > К_СТм, то однокаскадная схема не может обеспечить заданной стабильности при изменении U_ВХ и необходимо перейти к двухкаскадной или мостовой схеме.

6. Вычисляем необходимое входное напряжение Е_ВХ, обеспечивающее заданное К_СТ.

(18)

Выбираем Е_ВХ= 35В. Так как К_СТ= (0,5¸0,7)К_СТм, то

(19)

7. Задаемся или определяем внутреннее сопротивление выпрямителя по приближенной формуле:

Ом

8. Находим номинальную величину реального гасящего сопротивления R^/_­Г (без учета внутреннего сопротивления),

Ом (20)

Выбираем резистор с минимальным производственным допуском. Например, при

R_г^/= 1,6кОм ± 5% (R^/_m= 1520 Ом, R^/_м= 1680 Ом).

9. Уточняем значение коэффициента стабилизации по общей формуле:

(21)

с учетом, что R_r= R_r^/ + R_ВХ.

10. Определяем коэффициент сглаживания пульсаций стабилизатора и относительную (в процентах) амплитуду (коэффициент пульсаций) на выходе стабилизатора:

(22)

Т.е. а_П.ВХ < а_П.ВЫХ, заданного (0,17 < 0,3)

1. Уточняем мгновенное значение минимального тока стабилитрона:

(23)

12. Находим среднее значение максимального тока стабилитрона:

(24)

(I_{СТ.М ГУ}= 40мА).

13. Определяем максимальное и минимальное (или минимальное) значение входного тока и максимальное и номинальное значения входной мощности выпрямителя:

 

(25)

 

14. Вычисляем минимальный и номинальный к.п.д. стабилизатора (без выпрямителя):

15. Исходя из определения максимального температурного коэффициента (α _СТ= 0,07%/⁰С), определяем:

∆U_ВЫХ.Т= α _СТ · ∆T_C = 0,07 · 30= 2,1%,

что удовлетворяет поставленным требованиям (2,5%).

16. Если задана величина Е_ВХ, то расчет ведется аналогично. При этом проверяется зависимость (18). В этом случае К_СТ (при вычисленном по формуле (20) значении R_г^/ ) будет больше заданного значения. Суммарное отклонение напряжения ∆U_ВЫХ= ∆U_ВЫХi+ ∆U_ВЫХu+ U_ВЫХт.