4.2.2 Расчет регулирующих элементов компенсационного стабилизатора напряжения

Данный расчет сводится к определению минимального падения напряжения на регулирующем элементе U_рэ.min и выбору его схемы. Для различных схем РЭ параметр U_рэ.min рассчитывается по следующим формулам

Двухкаскадная схема РЭ (см. рисунок 4.7 а)

(4.1)

где напряжение эмиттербаза транзистора VT1 и эмиттер  коллектор транзистора VT2 в режиме насыщения соответственно.

Трехкаскадная схема РЭ (см. рисунок 4.7 б)

, (4.2)

где  соответственно напряжение эмиттербаза транзисторов VT1, VT2 и эмиттерколлектор транзистора VT3 в режиме насыщения.

4.2.3 Расчет усилителя постоянного тока

В схеме УПТ на базе ОУ (см. рисунок 4.8) коэффициент усиления определяется отношением внешних резисторов обратной связи:

(4.3)

Резистор R1 определяет входное сопротивление, а резистор R2уровень дрейфа напряжения смещения и коэффициент усиления ОУ. На практике выбирают: R1=(1...10) кОм.

4.2.4 Расчет интегрального стабилизатора к142 ен1

Электрический расчет интегрального стабилизатора (см. рисунок 4.9) сводится к выбору интегральной микросхемы последнего с необходимыми техническими характеристиками и определению внешних элементов (резисторов и конденсаторов), обеспечивающих нормальное функционирование устройства. При этом необходимо учесть, что в ряде случаев возникает необходимость увеличения нагрузочной способности интегральной микросхемы, которая обычно содержит элементы защиты выходных каскадов от перегрузки по току (например, от короткого замыкания). Увеличение нагрузочной способности обеспечивается с помощью внешних транзисторов (усилителей мощности), а для задания порогового тока срабатывания защиты используется внешний резистор, который является датчиком тока нагрузки.

Расчет простейшего интегрального КСН (см. рисунок 4.9) ведется в следующей последовательности.

1. Резистор защиты R_з (R_з =R2^*) рассчитывается по формуле:

R_з = [1,25-0,5I_пор-0,023(U_вх - U_вых)]/I_пор, (4.4)

где I_пор- пороговый ток, при котором срабатывает защита стабилизатора, который должен быть больше максимального тока нагрузки, но меньше максимально допустимого тока микросхемы.

2. Ток I_д регулирующего делителя выходного напряжения на элементах R3, R4 выбирается в пределах: I_д = (1...2) мА.

3. Величина конденсатора фильтра С4 определяется из условия: (R3+R4)^.C4 1/f_п. Корректирующие конденсаторы С1...С3, устраняющие самовозбуждение (генерацию) схемы, подбирают при настройке в пределах (10²...10⁵) пФ.

Для дистанционного выключения стабилизатора на вывод 9 через ограничивающий резистор R₀=R1=(1...3) кОм подается напряжение выключения плюсU_выкл , равное 2 В (ток срабатывания защиты I_пор  50мА).

4.2.5 Расчет мощного стабилизатора к142 ен1

Увеличение нагрузочной способности стабилизатора (см. рисунок 4.10) достигается путем включения вместо резистора защиты R_з внешних регулирующих элементов на транзисторах. Устройство защиты в данной схеме срабатывает при токе нагрузки I_пор, равном 1,15 А. U_вых скачком уменьшается до минимального выходного напряжения микросхемы U_вых.min (для стабилизатора К142 ЕН1 U_вых.min = 3В), а при токе нагрузки 1А вновь возрастает до нормального уровня U_вых и выходит на рабочий режим.

1. Резистор защиты R_з = R4^* рассчитывается по формуле (4.4).

2. Величина резистора R1 зависит от номинального напряжения на выходе микросхемы U^ст _вых, тока нагрузки I_н и коэффициента усиления ₀ тока базы выходных транзисторов VT1, VT2 (₀=₁₂):

R1=U^ст _вых^. ₁₂/I_н, (4.5)

где U^ст _вых = U_н - (I_н^.R4 + _{д 1}); U_н - номинальное напряжение на нагрузке стабилизатора; _{д 1} - контактный потенциал эмиттерного pn - перехода транзистора VT1 (для германия _{д 1} = 0,3...0,4 В; для кремния _{д 1} = 0,6...0,8 В).

3. Соотношение резисторов R2 и R3 должно быть таким, чтобы при номинальном токе нагрузки I_н.max , равном 0,5 A, напряжение между выводами 10 и 11 микросхемы должно быть близко к нулю (U_10...11  0).

Величина резистора R2 определяется выражением:

R2 = [U_н - (I_н ^.R4 + _{д 1})/I_н.max]^. ₁ (4.6)

При выполнении условия U_10...11  0 падение напряжения на резисторе R3 практически равно U_н. Для уменьшения шунтирования выходных цепей микросхемы стабилизатора ток I₁₁ на выводе 11 выбирается в пределах (1...5) мА.

Величина резистора R3 определяется из выражения

R3  U_н/ I₁₁. (4.7)

4. Коэффициент усиления стабилизатора К_у.ст и диапазон регулирования выходного напряжения U_вых = U_max - U_min определяются из соотношениий

К_у.ст = U_max/U_min = (R5+R6)/R7, (4.8)

где U_max,U_min - соответственно максимальное и минимальное напряжение на выходе стабилизатора.

5. Величины резисторов выходного делителя R5, R6, R7 выбираются из условия:

I_д = U_max/R5+R6+R7= (1...2) мА (4.9)