2 Практическая часть

2.1 Требования к проектируемому устройству

Рассчитать стабилизатор последовательного типа при следующих условиях:

• минимальное входное напряжение = 13В

• максимальное входное напряжение = 15 В

• выходное напряжение = 12В

• максимальный ток нагрузки 1 а

• входное сопротивление 1 кОм.

2.2 Разработка и расчет параметров схемы последовательного стабилизатора напряжения

С учетом вышеизложенных требований проведем расчет схемы стабилизатора напряжения последовательного типа.

2.2.1 Разработка схемы электрической принципиальной последовательного стабилизатора напряжения

На первом этапе составим приблизительную схему компенсационного стабилизатора напряжения (рисунок 3) . Только после полного расчета режимов работы и выбора элементов можно составить окончательный вариант схемы электрической принципиальной компенсационного стабилизатора напряжения.

Рисунок 3 – Электрическая принципиальная схема стабилизатора напряжения последовательного типа

Данная схема состоит из регулирующего элемента, источника опорного напряжения и усилителя обратной связи. Роль регулирующего  элемента играет комплиментарный транзистор (состоит из 2-х транзисторов VT₂ и VT₃). Источник опорного напряжения – VD₁R₁, R₂VT₁. Усилитель обратной связи – R₄VD₂VT₄, R₅R₆R₇.

2.2.2 Расчет параметров схемы последовательного стабилизатора напряжения Транзистор vt3

Согласно схеме (рис 12) находим минимальное напряжение на регулирующем транзисторе VT₃:

U_кзmin=U_вхmin-U_вых =13-12=1 B

Определяем максимальное значение на регулирующем транзисторе:

U_к3max =U_вхmax-U_н =15-12= 3 В

Мощность, которая рассеивается на коллекторе транзистора VT₃, равняется:

Р₃ = U_к3max*I_н =3*1 =3 Вт

 По полученным значениям U_к3max, I_н, Р₃ выбираем тип регулирующего транзистора.

Марка транзистора	2Т827В
Тип транзистора	NPN
Допустимый ток коллектора, Iк.доп	20 А
Доп. напряжение коллектор-эмиттер, Uк.доп	100 В
Рассеиваемая мощность коллектора, Pпред	125 Вт
Минимальный коэффициент передачи тока базы, h21Э3min	750

По статическим ВАХ выбранного транзистора находим:

h_11Э3 = 33 Ом

m₃ = 1/h_12Э3=1/0.23=4,35

где h_11Э3 – входное сопротивление транзистора, Ом;

m₃ – коэффициент передачи напряжения;

h_12Э3 – коэффициент обратной связи.

Находим ток базы транзистора VT₃:

I_б3 = I_н/h_21Э3min = 1/750 = 0,0013 А

 

Транзистор vt2

Рассчитываем напряжение коллектор-эмиттер VT₂:

U_к2max=U_{к3 max} -U_бэ3 =3–0.7=2,3 В,

где U_бэ3 – падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT₃.

Ток коллектора VT₂ состоит из тока базы VT₃ и тока потерь, который протекает через резистор R₃:

I_к2 = I_б3 + IR₃ = 0,0013+0,0067= 0,008 А.

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VT₂, равняется:

Р₂ = I_к2*U_к2max=0,008*2,3 = 0,0184 Вт.

 

По полученным значениям U_к2max, I_к2, Р₂ выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

 

Марка транзистора	2Т603Б
Тип транзистора	NPN
Допустимый ток коллектора, Iкдоп	300 мА
Доп. напряжение коллектор-эмиттер, Uкдоп	30 В
Рассеиваемая мощность коллектора, Pпред	0.5 Вт
Минимальный коэф. передачи тока базы, h21Э2min	60

По статическим ВАХ выбранного транзистора находим:

h_11Э2 = 36,36 Ом

m₃ =1/ h12Э2 = 1/ 0.022 = 45,45

Рассчитываем ток базы VT₂:

I_Б2 = I_к2/h_21Э2min=0,008/60 = 0,00013 А.              

Резистор R₃

Находим сопротивление резистора R₃:

R₃=(U_н+U_бэ3)/I_R3=(12+0.7)/0,0067=1895 Ом.

Выбираем ближайший по стандарту номинал с учетом рассеиваемой на резисторе мощности: 

Р_R3=(U_н + U_бэ3)*I_R3=(12+0.7)*0,0067=0,085 Вт

Выбираем резистор R₃ типа Р1-12-0,125-3,6 КОМ-10%-Т.

Стабилитрон VD₂

Источником эталонного напряжения берем параметрический стабилизатор напряжения на кремневом стабилитроне VD₂ из расчета:

U_VD2 =0.7*U_н = 0.7*12 = 8,4 В

Выбираем тип стабилитрона и выписываем его основные параметры:

стабилитрон 2С191А;

I_VD2=0,005 А – средний ток стабилизации;

r_VD2=18 Ом – дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Резистор R₄

Вычисляем сопротивление резистора R₄, задавши средний ток стабилитрона

(I_R4=I_VD2):

R₄ =0.3U_н/I_R4 =0.3*12/0,005= 720 Ом.

Мощность, рассеиваемая на резисторе R₄, равняется

Р_R4=0.3Uн*I_R4=0.3*12*0,005=0,018 Вт.

Выбираем резистор R4 типа Р1-12-0,062-750 ОМ+-5%-У.

Транзистор VT₄

Рассчитываем напряжение коллектор-эмиттер транзистора:

U_к4max=U_н+U_бэ3+U_бэ2-U_VD2 =12+0,7+4,4-8,4=8,7 В

Задаем ток коллектора VT₄ меньшим нежили средний стабилитронаVD₂

I_К4 =0,004 А

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VT₄:

Р₂ = I_к4 *U_к4max= 0,004*8,7= 0,0348 Вт

По полученным значениям U_к4max, I_к4, Р₄ выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

 

Марка транзистора	КТ312В
Тип транзистора	NPN
Допустимый ток коллектора, Iкдоп	30 мА
Доп. напряжение коллектор-эмиттер, Uкдоп	15 В
Рассеиваемая мощность коллектора, Pпред	0.22 Вт
Минимальный коэф. передачи тока базы, h21Э4min	50

По статическим ВАХ выбранного транзистора находим:

h_11Э4 = 208,3 Ом

m₃ = 1/h_12Э4=1/0,034 =29,41

Рассчитываем ток базы VT₄:

I_Б4=I_к4/h_{21Э4 min}=0,004/ 50 =0,00008 А