Методика расчета последовательного компенсатора

8. Выбираем тип согласующего транзистора VT2, аналогичный VT1(в нашем случае, это транзистор 2Т321А), который предназначен для согласования большого выходного сопротивления

Методика расчета последовательного компенсатора

Контрольная работа

Физика

Другие контрольные работы по предмету

Физика

Сдать работу со 100% гаранией

Методика расчета последовательного компенсационного стабилизатора

 

Вариант4Номинальное выходное напряжение Uвых с плавной регулировкой в пределах ±2В14Номинальный ток нагрузки Iвых, А0.6Допустимое отклонение на входе стабилизатора от номинального значения в сторону увеличения и уменьшения aвх=bвх%10Ток нагрузки постояненКоэффициент стабилизации Kст>=80Допустимое отклонение на входе стабилизатора от номинального значения в сторону увеличения и уменьшения aвх=bвх%0.2

Схема стабилизатора

 

Порядок расчета

.Требуемое значение коэффициента стабилизации

ст треб = aвх +bвх /aвых + bвых = 10/0.2 = 50

 

2.Минимальное напряжение на входе стабилизатора

вх min = Uвых + Uкэi min + ΔUвых = 14 + 3+ 2 = 19В

кэi min - минимальное допустимое напряжение эммитер-коллектор регулирующего транзистора, при котором работа еще происходит на линейном участке выходной характеристики Iк=f(Uкэ) при Iв= const

ΔUвых - отклонение напряжения на выходе стабилизатора от номинального

Напряжение Uкэi min для большинства транзисторов не превышает 3В. Примем для расчета 3В

ΔUвых определяется верхним пределом регулировки выходного напряжения, т.е. 2В

. 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

вх max = Uвх*(1+aвх/100) = 21*(1*0.1) = 23В

 

5. Максимальное падение напряжения на участке эмиттер-коллектор регулирующего транзистора

кэi max = Uвх max - Uвых = 23 -14 = 9В

 

6. Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе регулирующего транзистора

ki max = Uкэi max*Iвых max = 9*0.60012 = 5,4Вт

 

Где Iвых max максимальное значение тока нагрузки Iвых max = Iвых +(авых/100) = 0,0012 + 0,6 = 0,60012А

. 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; 9В < 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 β = β1=β2 = 120, что позволяет значительно повысить коэффициент стабилизации схемы. Принимая Ik2 ~ Iэ2 ~ Iб1 и учитывая, что

б1~ Ik1/ β1 ~ Iвых/ β1 = 0.6/120 = 0.005А, получим Ik2

 

Кроме того Uкэi max ~ Uкэi2 max и мощность , рассеиваемая на коллекторе VT2 Pk2 max ~ Ukэ2 max*Ik2

. Выбираем тип стабилитрона, используемого в качестве источника эталонного напряжения. Номинальное напряжение стабилизации

ст = (0.6 - 0.7) Uвых = (0.6 - 0.7)*14 = 8В

 

Исходя за данных напряжения стабилизации выбираем стабилитрон типа Д809 (Iст = 5мА; Uст ,min = 8B; Uст max = 9,5B)

. Находим коэффициент деления напряжения делителем

 

α = 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 = (ΔUвх*100)/(Uвых(авых + ввых) *α) = 4*100/14*0,4*0,6 = 119,

 

где ΔUвх = Uвх max - Uвх min = 23 - 19 = 4B

Из данного параметра выбираем транзистор марки 1Т101( Ik3 = 2мА, β3 = 30).

. Определяем фактический коэффициент усиления управляющего каскада

3 рас = (ΔIk3/ΔIбэ3)*R1 = 30*36* = 10800

 

ΔIk3/ΔIбэ3 = 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

. R1 = сопротивление нагрузки в цепи коллектора VT3 находиться из формулы

1 = (0,5Uкэ1 min *β1*β2)/Iвых = 0,5*3*120*120/0,6 = 36 кОм

 

Мощность рассеивания на резисторе

 

PRI = K3*R1 + (IK2/β2)R1 = * 36**(**36* = 9*Вт

 

Выбираем R1

. Сравниваем K3 расч > K3 треб

 

10800 > 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 + ΔUВЫХ - UСТ = 14 + 2 - 8,4 = 7,6В

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/β3 = 2*/30 = 6.7*А,

 

Выбирая ток делителя Iд, найдем общее сопротивление делителя

 

IД = (10 - 100)IБЗ = 0.00067*20 = 0.0134А

RД = 14/0.0134 = 1044 Ом

 

 

17.Выходное сопротивление стабилизатора должно регулироваться в пределах ±2В. Определить сопротивление нижнего плеча делителя для крайних значений UВЫХ, UСТ

 

R4 = RД.Н. MIN = RД(UСТ. MIN/(UВЫХ + ΔUВЫХ)) = 1044*(8/(14+4)) = 464 Ом

RД.Н. MAX = RД(UСТ. MAX/(UВЫХ - ΔUВЫХ)) = 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 - C542В (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 = α*K3 РАС*(UВЫХ/UВХ) = 0.6*1.08* *(14/21) = 4323

KСТ. РАС > Kст треб

> 50 => ВЕРНО

 

23.К.П.Д стабилизатора в номинальном режиме

 

η = 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 20003-74.

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

Похожие работы