Расчет параметрических стабилизаторов напряжения. Основным параметром стабилизатора напряжения, по которому оценивают его качество работы, является коэффициент стабилизации

Основным параметром стабилизатора напряжения, по которому оценивают его качество работы, является коэффициент стабилизации

 

К_стU = (ΔU_вх / U_вх) / (ΔU_вых / U_вых).

 

Простейшим стабилизатором напряжения является параметрический, схема которого представлена на рис. 1.6.

 

 

Рис. 1.6. Параметрический стабилизатор напряжения без термокомпенсации

 

Расчет параметрического стабилизатора обычно сводится к расчету сопротивления балластного резистора R_о и выбору типа стабилитрона.

 

Основными электрическими параметрами стабилитрона являются:

 

U_ст – напряжение стабилизации;

I_{ст.макс} – максимальный ток стабилитрона на рабочем участке вольт-амперной

характеристики;

I_ст.мин – минимальный ток стабилитрона на рабочем участке вольт-амперной

характеристики;

R_д – дифференциальное сопротивление на рабочем участке вольт-амперной

характеристики.

 

Методику расчета рассмотрим на примере.

 

Дано: U_вых = 9 В; I_н = 10 мА; Δ I_н = ± 2 мА; ΔU_вх = ± 10% U_вх..

 

Порядок расчета.

 

1. По справочнику выбираем стабилитрон типа Д814Б с параметрами

 

U_ст = 9 В; I_{ст.макс} = 36 мА; I_ст.мин = 3 мА; R_д = 10 Ом.

 

2. Рассчитаем необходимое входное напряжение по формуле

 

U_вх = n_ст U_вых,

 

где n_ст – коэффициент передачи стабилизатора.

 

Для оптимальных условий работы стабилизатора рекомендуется выбирать n_ст в пределах от 1,4 до 2.

 

Примем n_ст = 1,6, тогда U_вх = 1,6 · 9 = 14,4 В.

 

 

3. Рассчитаем сопротивление балластного резистора R_о

 

 

R_о = (U_вх – U_вых) / (I_ст + I_н).

 

Ток I_ст выбирают из следующих соображений: I_ст ≥ I_н.

 

При одновременном изменении U_вх на величину ΔU_вх и I_н на величину ΔI_н ток стабилитрона не должен выходить за пределы I_{ст.макс} и I_ст.мин.

 

По этой причине обычно выбирают I_ст из середины диапазона допустимых значений.

 

Принимаем I_ст = 0,015 А.

 

Тогда R_о = (14,4 – 9) / (0,015 + 0,01) = 216 Ом.

 

Выберем стандартное значение сопротивления резистора R_о по параметрическому ряду Е24 (см. приложение 4).

 

Принимаем R_о = 220 Ом.

 

Для выбора типа резистора необходимо рассчитать рассеиваемую на корпусе резистора мощность

 

Р = I² R_о; Р = (25· 10^-3)² · 220 = 0,138 Вт.

 

Принимаем стандартное значение мощности рассеяния на резисторе 0,25 Вт.

 

Выбираем тип резистора МЛТ-0,25-220 Ом ± 10 %.

 

4. Произведем проверку правильности выбора режима работы стабилитрона в схеме стабилизатора напряжения:

 

I_ст.мин = (U_вх – ΔU_вх – U_вых) / Rо – (I_н + ΔI_н);

 

I_ст.мин = (14,4 – 1,44 – 9) · 10³ / 220 – (10 + 2) = 6 мА;

 

I_{ст.макс} = (U_вх + ΔU_вх – U_вых) / Rо – (I_н – ΔI_н);

 

I_{ст.макс} = (14,4 + 1,44 – 9) · 10³ / 220 – (10 – 2) = 23 мА.

 

Если рассчитанные значения токов I_ст.мин и I_{ст.макс} выходят за пределы допустимых значений, то необходимо или выбрать другое значение I_ст, или изменить сопротивление резистора R_о, или заменить стабилитрон.

 

5. Коэффициент стабилизации по напряжению для параметрического стабилизатора определяется по формуле:

 

К_ст = (R_о / R_д + 1) / n_ст,

 

К_ст = (220 / 10 + 1) / 1,6 = 14,3.

 

6. Выходное сопротивление параметрического стабилизатора напряжения

 

R_вых = R_о = 10 Ом.

 

 

На рис. 1.7 представлена схема параметрического стабилизатора напряжения с температурной стабилизацией режима работы его основного элемента – стабилитрона.

Для повышения температурной стабильности выходного напряжения в этой схеме последовательно со стабилитроном включены несколько кремниевых диодов.

Температурный коэффициент напряжения (ТКН) диода по знаку противоположен ТКН стабилитрона, однако меньше по модулю. Поэтому для температурной компенсации U_ст требуется несколько диодов. Кремниевые стабилитроны, включенные в прямом направлении также могут быть использованы для термостабилизации. Количество термостабилизирующих элементов определяют по отношению модуля ТКН стабилитрона к модулю ТКН элемента (диода). Результат деления округляется до целого числа.

Численные значения ТКН стабилитронов и диодов приведены в справочниках и выражены в %/^о С. Для кремниевых диодов, включенных в прямом направлении ТКН незначительно отличаются друг от друга для разных типов и находятся в пределах

1,4…1,7 мВ/ ^оС. Для германиевых диодов, например у Д7А – Д7Ж, величина ТКН составляет –1,9 мВ/ ^оС. Для выполнения расчетов термостабилизации в РГР-1 использовать диод Д7Ж, у которого ТКН составляет –1,9 мВ/ ^оС.

При этом следует иметь в виду, что при большом количестве термостабилизирующих диодов (три и более) необходимо учитывать прямое падение напряжение на них и динамическое сопротивление. Для диода Д7Ж прямое напряжение составляет 0,5 В, а динамическое сопротивление 2 Ом. Общее напряжение стабилизации определяется при этом как сумма напряжений стабилитрона и диодов, а общее динамическое сопротивление определяется как сумма динамических сопротивлений стабилитрона и диодов.

Расчет такого стабилизатора производится по методике, приведенной выше.

 

 

 

 

Рис. 1.7. Параметрический стабилизатор напряжения с термокомпенсацией

 

Расчетно-графическая работа №2 (РГР-2)

 

Расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе

по схеме с общим эмиттером

 

 

2.1. Задание на выполнение РГР-2

1. Провести графоаналитический расчет усилительного каскада на биполярном

транзисторе по схеме ОЭ в соответствии с номером варианта задания.

 

2. Выбрать по справочнику типы элементов схемы со стандартными

параметрами и свести в таблицу.

 

3. Оформить отчет по выполнению РГР в соответствии с существующими

требованиями на стандартных листах формата А4.

 

2.2. Исходные данные

Таблица 2.1

№ вари- анта	Uвых, В	fн, кГц	Rн, Ом	Rг, Ом	Мн
	2,5	0,2			1,1
		0,3			1,2
	5,5	0,5			1,3
	6,3	0,6			1,1
	8,2	0,7			1,2
		0,8			1,2
	2,5	0,9			1,3
		1,0			1,4
	3,5	1,1			1,2
		1,2			1,3
					1,3
	0,2				1,2
	0,2				1,4
	0,4				1,1
	0,5				1,2
	0,6				1,3
	0,7				1,1
	0,8				1,2
	0,9				1,4
	1,0				1,1
	1,1				1,2
	1,2	0,2			1,3
	1,3	0,3			1,4
	1,4	0,5			1,1
	1,7	0,6			1,2
	1,2	0,7			1,3
	3,5	0,8			1,4
	2,5	0,9			1,1
	1,5	1,0			1,2
	0,2	1,1			1,3
	0,2	1,2			1,4
	0,4	0,2			1,1
	0,5	0,3			1,2
	0,6	0,5			1,3
	0,7	0,6			1,4
	0,8	0,7			1,3
	0,9	0,8			1,4
	1,0	0,9			1,3
	1,1	1,0			1,2
	1,2	1,1			1,1
		1,2			1,2
		0,2			1,3

 

Продолжение табл. 2.1

					1,4
					1,1
	2,5				1,2
	0,2				1,3
	0,2				1,4
	0,4				1,1
	0,5				1,2
	0,6				1,3
	0,7				1,2
	0,8	0,2			1,1
	0,9	0,3			1,2
	1,0	0,5			1,3
	2,5	0,6			1,4
	2,6	0,7			1,1
	2,7	0,8			1,2
	2,8	0,9			1,3
	2,9	1,0			1,4
		1,1			1,1
	3,1	1,2			1,2
	3,2				1,3
	3,3				1,4
					1,1
	5,1				1,2
	5,2				1,3
	5,3				1,4
	5,4				1,1
	6,1				1,2
	6,2				1,3
	6,4				1,4
	6,5	0,2			1,1
	6,6	0,3			1,2
	6,7	0,5			1,3
	6,8	0,6			1,4
	0,2	0,7			1,1
	0,2	0,8			1,2
	0,4	0,9			1,3
	0,5	1,0			1,1
	0,6	1,1			1,2
	0,7	1,2			1,2
	0,8				1,3
	0,9				1,4
	1,0				1,2
	1,1				1,3
	1,2				1,3
	1,3				1,2
	1,4				1,4
	1,7				1,1

 

 

Окончание табл. 2.1

	1,2				1,2
	3,5				1,1
	2,5				1,2
	1,5	0,2			1,3
	0,2	0,3			1,1
	0,2	0,5			1,2
	0,4	0,6			1,2
	0,5	0,7			1,3
	0,6	0,8			1,4
	0,7	0,9			1,2
	0,8	1,0			1,3

 

 

2.3. Методические указания

В соответствии с номером варианта задания из таблицы 2.1 выписать исходные

данные:

U_вых – действующее значение синусоидального выходного сигнала усилителя,

В;

f_н – нижняя граничная частота усиливаемых сигналом, Гц;

R_г – внутреннее сопротивление источника входного сигнала, Ом;

R_н – сопротивление нагрузки усилителя, Ом;

М_н – коэффициент частотных искажений в области низких частот.

 

 

Произвести графоаналитический расчет усилительного каскада по одной из рекомендованных типовых методик.