Мак4:11мальный ток на входе стабилизатора равен

.x max =ст max d + с/ЮО). р.щ

8. Коэффициент полезного действия стабилизатора определяется по формуле

П = /н/ных вх/вх- (2.15)

При использовании термокомпенсирующих диодов (рис. 2.2. в) все расчетные соотношения, приведенные выше, остаются в силе, однако вместо г следует подставлять значение г + Гдр, где г - сумма дифференциальных сопротивлений термокомпенсирующих диодов, а вместо использовать суммарное напряжение 1) -Ь + пр егр-сумма прямых напряжений диодов, включенных в прямом направлении).

Расчет двухкаскадного стабилизатора (рнс. 2.2, б) производится по формулам для одиотактной схемы с учетом того, что выходное напряжение первого каскада является входным напряжением второго каскада, а общий коэффициент стабилизации равен произведению коэффициентов стабилизации каждого каскада К„ об\ист1сП-Порядок расчета двухкзскадиых параметрических стабилизаторов приведен в работе 12, с. 97, 981.

«

2.3. Стабилизаторы компенсационного типа

2.3.1. Основные схемы. Схемы стабилизаторов постоянного напряженпя компенсационного типа весьма разнообразны. Они могут быть собраны как на дискретных тиупроводниковых приборах [5, 6, 12, 14, 19), так и в микронсполненни (1, 23, 31. 32]. Общим для всех этих схем является то, что в них производится сравнение фактической величины выходного напряжения с его заданной величиной и в зависимости от величины и знака рассогласования между ними автоматически осуще-сталяется корректирующее воздействие на элементы стабилизатора, направленное на уменьшение этого рассогласования.

На рис. 2.3 показаны структурные схемы стабилизаторов постоянного напряжения компенсационного типа. Основными элементами таких стабилизаторов являют-

llxfil

Рис. 2-3. Структурные схемы компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения - последовательного (а) и параллельного (б) типа

ся: регулирующий элемент Р; источник опорного (эталонного) напряжения И; але-меят сравнения ЭС; усилитель постоянного тока У.

В стабилизаторах последовательного типа (рис. 2.3. а) регулирующий элемент в(01юен последовательно с источником входного напряжения Uj. и нагрузкой Если по тем или иным причинам (например, из-за нестабильности U. или прн изме-невни R„) напряжение на выходе U отклонилось от своего номинального значе-иня, то разность опорного и выходного напряжений изменяется. Это напряжение усиливается и воздействует на регулгруюш.ий элемент. Прн этом сопротивление регулирующего элемента автоматически меняется н напряжение (/ распределится иежду Р и Rn таким образом, чтобы компенсировать происшедшие изменения напря-тааая на нагрузке

В схеме параллельного типа (рис. 2.3, 61 при отклонении напряжения на выход? 1/&минального выделяется сигнал рассогласования, равный разности опорного н выходного напряжений. Далее он усиливается и воздействует на регулирующий элеиеят, включенный параллельно нагрузке. Ток регулирующего элемента /р изме няется.на сопротивлении резистора .1

изменяется падение напряжения, а напря-жевне яа выходе U = вх - bxi , остается стабильным

Стэбвлнзаторы параллельного типа имеют невысокий КПД и применяются срявнительно редко. Для стабилизации по-вышенвых напряжений и токов, а также при переменных нагрузках обычно при- меняют стабилизаторы последовательного типа. Их недостатком является то, что при возможном резком увеличении тока нагрузки (например, при коротком замыкании выходе) к регулирующему элементу будет прикладываться повышенное , напряжение, величина которого может , превысить допустимое значение. Это об-стоятелктво необходимо учитывать при эксплуатации стабилизатора.

Упрощенная принципиальная схема стабилизатора постоянного напряжения последовательного типа приведена на рис. 2.4. В этой схеме транзистор VI выполни ет функции регулирующего элемента, транзистор V2 является одновременно сравни вакщнм и усилительным элементом, а кремниевый стабилитрон V3 используется е качестве источника опорного (эталонного) напряжения.

Рис. 2.4. Упрошенная прпицггпнальная схеме компенсационного сгябилизато-ра постоянного напряжения последовательного типа

Тс. 2.5. Схема стабилизатора постоянного напряжения с испольэо-. ваниеи составного регулирующего транзистора it токостабн:н13нрую-щего двухполюсника (ТД

Напряжение между базой и эмиттером транзистора V2 равно разности напряже-" Л,- Если по какой-либо причине напряжение на нагрузке возрастает, 70 увеличится напряжение U, . которое приложено в прямом направлении к эмиттер-нему переходу транзистора V2. Вследствие этого возрастут эмнттерный н коллек торный токи данного транзистора. Проходя по сопротивлению Rh коллекторный той транзистора V2 создаст на нем падение напряжения, которое по своей полярности даияегся обратным для эмиттерного перехода транзистора VI. Эмнттерный н коллск-т(фный токи этого транзистора уменьшатся, что приведет к восстановленню номинального напряжения на нагрузке. Точно так же можно проследить изменения токов при уменьшении напряжения на нагрузке.

«3

стабилизатора U

Более сложная прниципирл! пая схема стабилизатора постоянного напряже!/ компенсационного типа приведена на рис. 2.5. Здесь в качестве регулирующего элемента используется составной транзистор Vp, состоящий из трех транзисторов Vi, V5 и V6. Питание транзистора V7, выполняющего функции элемента сравнения и усилителя постоянного тока, осуществляется через стабилизатор тока (токо-стабилизирующий двухполюсник) обозначенный на схеме ТД. Такой способ питания позволяет существенно повысить стабильность работы усилителя постоянного тока. Источником опорного напряжения служит стабилитрон V8. Выходной делитель напряжения собран на резисторах Rb, R7, R8. Для повышения устойчивости схемы (предотвращения самовозбуждения) включен выходной конденсатор С].

В приведенной схеме использованы транзисторы типа п - р - п. Это объясняется тем, что такую структуру имеет большинство кремниевых транзисторов, кото-pf целесообразно применить в схемах стабилизаторов нз-за их более высокой (по сравнению с германиевыми транзисторами) температурной стабильности.

2.3.2. П(фядок расчета. Исходные данные; номинальное выходное напряжение допустимая амплитуда пульсаций выходного напряжения пределы регулировки выходного напряжения t/ д, и j: но-

мнальнын, максимальный н минимальный токи HarpiSKn 1, 1 коэффи-

1щент стабилизации К; выходное сопротивление стабилизатора Rjj; допустимые относительные отклонения входного напряжения стабилизатора от номинального в сторону увеличения и уменьшения feg; пределы изменения температуры окружающей среды („,р и (р

В результате расчета необходимо определить парамегры элементов схемы стаби-лязатора, а также величины входного напряжения и входного тока, необходимые дяя расчета выпрямителя.

Расчет производим в следующем порядке.

]. Находим напряжение на входе стабилизатора. Вначале определяем минимальное напряжение U которое обеспечивает получЛне максимального напряжения HJ выходе стабилизатора при максимальном токе через регулирующий тран-

зистор

* ак min > вых max + КЭр min + тп.аж. (2.10)

где (/{эр min ~ минимальное напряжение на участке коллектор - эмиттер регулирующего транзистора; t/n ~~ амплитуда пульсащ1и входного напряжения. Обычно вавряжение Уэр min выбирают порядка (2...3) В для германиевых транзнстаров и (3„.5) В - для кремниевых. Напряжение находят по формуле

-тп.в. = . .0.1) + (Уэр (2.17)

Если коллекторной нагрузкой усилителя является токостабилизнрующий двух-пояюсник ТД (рис. 2.5), являющийся, по существу, эмиттерным повторителем, ю, выбрав ориентировочно тип диодов V], V2 и их количество, можно определить напри-ж«не t/i3p min регулирующего транзистора (для транзистора V4 на рнс. 2.5) КЗ выражения

,*/кЭр ш!п = "д.пр шах+(2- . .3)В. (2.18)

где п-число диодов V], V2 и т. д., включенных последовательно в схеме ТД; С/др - максимальное прямое падение напряжения на сдном диоде (обычно не превышает 1 В).

Номинальное и мзрсимальное напряжения на входе стабилизатора определяем 3 выражений

= -»..) (2-19)

= +а,). (2.20)

Днее необходимо найти максимальное напряжение на входе стабилизатора U ерш минимальном токе нагрузки

вх max = вх max + (а тех ~

(2.21)

-величина внутреннего сопротивления И" (0,05...0,1) /„„ах)-

выпрямителя (ориентировочно при-

2 Определяем максимал ьное напряжение на участке коллектор-эмиттер ре-

/K3p™.x = /;xmax-f..x™,„- (2-22)

Величина максимальной мощности, рассеиваемой на регулирующем транзисторе.

ршна

кр=(вхтах-.ь,хш1„)к,,...

(2.23)

потребляемо!о

где к шах " коллектора регулирующего [ранзистора, равный

/ = max + пот- Ориентировочным значением тока сюшой: стабилизатора (в цепях стаби-летрона, делителя и т. д.), задаются в - Ток /к

Рис. 2.6. Схемы включения регулирующих транзисторов;

а - пар аллельная; б - последовательвая

соображения (см. соотношение (1.93) в

прелах(2б;..30)мД. "Ток /кр шах можно принять равным входному току стябил изатора (/ /цр ач)-

3. По вычисленным значениям

ка 19, 17, 301 или табл. 1.2;!- 1.24 В1л№раем тип рег>лнрующег6 тран- знсюра. Прнэтом (Необ.ходнмо, чтобы расчетные значения V „,3. кртах НРцр были меньше соответствующих мачениб,- указанных в справочных гавлнцах. При решении вопроса о це-лесообразностя применения теплоотвода для рассеивания мощности, выделяемся на коллекторе регулирующего транзистора, следует учитывать при-ведряные выше (при расчете транзи-сюрното сглаживающего фильтра) табл. 16).

Для регулирующего транзистора с Puipmax. целесообразно применять параллельное соединение однотипных транзисторов с симметрирован,Шп< вя-рузки между ними с помощью резисторов в цепях эмиттеров (рис. 2.6, а). Сопротивление симметрирующих резисторов Rc можно определить по формуле

RR = Rt,Q,5n , (2.24)

где п - число параллельно соединенных транзисторов.

Если регулирующий транзистор не подходит по максимальному напряжению на участке коллектор-эмиттер, необходимо использовать последовательное включение двух или нескольких транзисторов (рис. 2.6, б). Для симметрии коллекторных няжений транзисторы шунтируются делителем, состоящим из резисторов R/, Ri. Величину сопротивления резисторов R\, R2 можно определить из неравенства

Ri = .<K3pmax/2V (2-23)

где /gp - ток базы составного регулирующего транзистора (/gp да (0,2...0,5> мА).

.4. Прн определении числа транзисторов, входящих в составной регулируюхций ipaHMCTop Vp (рис. 2.5), и выборе конкретных типов транзисторов К5, V6 и т. д. ис-вааьзуем соотношения (1.86), (1.87), (1.91), (1.92) и данные табл. 1.24 н 1.25. Для нахождения величины сопротивлений резисторов R3, Ri и т. д. в цепях баз составно-™РГирующего транзистора могут быть использованы соотношения (1.104)

5. Для выбора типа стабилитрона, используемого в качестве источника опорного иапряження, находим величину требуемого опорного напряжения по формуле и„„;=<(0,6...0.7) (2,26)

Тнп kpmiiiieeprc стабилитрона подбираем по табл. 2.1 или 2.2, имея в виду, что на-пряжйшё стабилизации выбранного прибора должно соответствовать значению опорного напряжения (t/» U). Выписываем основные параметры стабилитрона: г, /..j. j, aj.. В случае необ.ходи мости возможно последовательное включе-

ние двух или нескольких стабилитронов. При этом их дифференциальное сопротив-Лсине г.. увеличивается в п раз, где п - число стабилитронов, включенных последовательно

6. Выбираем тип усилительного транзистора. Для этого задаемся максимальным током коллектора этого транзистора

2...5мА.

Рис. 2.7. Вольт-амперные характеристики;

а - обычного днода; б - кре.чниевого стабилитрона

(2.27)

Определяем максимальное напряжение на участке колледаор-эмиттер усилительного транзистора. Для схем на рис. 2,4 и 2.5

КЭуп.ах=-/,хп,лх-ст. (2-28), На.хо;1Им максимальную мощность, рассеиваемую на коллекторе усилн пьного транзистора,

По величинам t/jgy „ , Р из

К у max

справочника или по табл, 1.24, 1:25 находим тип усилительного транзистора. Обыч- но в качестве усилительных используются маломощные транзисторы с максимальной мощностью рассеивания порядка 150...200 мВт.

При питании усилителя постоянного тока через ТД (рис. 2.5 необходимо рассчитать эмнттерггый повторитель, состоящий из транзистора V3, резисторов R\ и R2 и диодов VI, V2. Вместо диодов l-l, V2 могут быть использованы один или несколько кремниевых стабилитронов, включенных в обратном направлении. В любом случае суммарное напряжение на этих диодах должно быть меньше /цэр n,in (2...3) В.

Сопротивление резистора R\ в цепи диодов ТД рассчитывается по формуле

1 = iB:

(2.30)

где t/дпртах - максимальное прямое напряжение на одном диоде (порядка J В); п - количество диодов, включенных последовательно; /др минимальное зна-

чение прямого тока диода.

При использовании кремниевых стабилитронов

«.= (С.хл,1п-<т)/;т„,„ (2.31)

(п - число последовательно включенных стабилитронов с напряжением стабилизации (/; jj, - минимальный точ стабилизации для выбранного типа стабилитрона).

Значения /

д.пр min

И L.

, могут быть определены по вольт-амперным харак-

теристикам выбранных приборов (рис. 2.7).

Найденное значение RI уточняется по шкале номинальных значений резисторов (табл. 1.18). Максимальный ток, проходящий через резистор RI, равен

я, ш.х = (t.x m« - "f„.„pm.x)«.- (2-32) ,

Максимальная мощность, рассеиваемая на резисторе RI,

Л, тлу = н, maxi- (2.33)

Сучетом значения Рд по табл. 1.21 и 1,22 выбирается конкретный шп резистора RI.

Сопротивление резистора R2 (рис. 2.5) находим п(Г формуле

= [nU,,, - Ф,2...0,5)]/икхтэ + Бр). (2- 31

где /рр-ток базы регулирующего составного транзистора (принимается порядк, (0 2 ... 0.5) иА). Уточняем значение R2 по шкале номинальных значений резисторо (табл. 1.18).*

Транзистор V3 в схеме ТД выбираем, исходя из соотношений

КЗ max КЭЗ тахкз max (2.3(

кЭЗ™х = Скэр,п,х-Сд.„рш.х. (2.3;

Если В качестве диодов VI и 12 используются кремниевые стабилитроны, то формулы (2.32), (2.34) и (2.37) вместо t/д max подставляется значение t/j-иапряжгане стабитнзацин для выбранного стабилитрона.

Максимальная мощность, рассеиваемая на резисторе R2, равна

(2.3!

«.тзх Kin

По табл. 1.21 и 1.22 выбираем тип резистора R2.

7. Сопротивление резистора R5 в цепи стабилитрона V8 (рис. 2.5) находим i выражения

П. = (и„.пип-и„)1сгшы. (2-3

Определив величину R5 по шкале номинальных значений резисторов (табл. 1.!8 необходимо найти максимальный ток через стабилитрон V8 и убедиться в том, что ei величина не превышает предельно допустимого для данного прибора значения.

л.т« = (.„хт.х-ст™,„)/«5- (2.4(

Максимальная мощность, рассеиваемая на резисторе RS,

,ахБ-

(2.4

По табл. 1.21 и 1.22 выбираем тип резистора R5.

S.. Для расчета сопротивлений резисторов делителя R6, R7 и R8 (рис. 2.5) з; даемся током делителя (обычно /д = (5 ... 10) мА). Далее нахрднм общее сопротивл. ние выходного делителя

?д- i?e + 7 + = ых шах/- (2.4!

вотнем минимальный и максимальный коэффициенты передачи делителя

«™„ = сс,г,.п"»х™х; (2-4.

= У„™../У.,.,х„,„, (2.+

где t/„

- минимальное и максимальное напряжения сгабилизаци

выбранного типа стабилитрона V8 (рнс. 2.5). Сопротивление резистора R8 раве

8 = ССА

(2.*

Выбираем по шкале номинальных значений резисторов (табл. 1,18) стандартное зн, ченне сопротивления R8. Затем находим сопротивление резистора R7

RtR.H -a,x)«min. (2.41

Утотняем значение R7 по шкале номинальных значений резисторов. Сопротнвлен» переменного резистора Я6 равно

RRR,- R. (2.4

Зыбираем номинальное значение Rb по шкале номинальных значений резнсторо! После выбора стандартных значений сопротивлений резнсторов, входящих в выходнс