Главная  Расчет источников питания 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [ 11 ] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40]

д-мптель напряжения, уточняем ток делителя

+ R, + /?,).

(2.4S)

рассеиваемые на резисторах

делителя, равны

(2,49)

= 4r

(2.50)

(2.51)

По табл. 1.22 и 1.23 уточняем тип постоянн ых резисторов R7 и /?8, а по табл. 1.27 - \ тип переменного резистора R6. \

9. Емкость конденсатора С1 на выходе етабилизатора определяем по форрлуле

(2.52)

где 2ted.~ коэффициент передачи тока наиболее мощного транзистора, входящего в составной (транзистор VA на рис 2.5), в схеме с общим эмиггером; - выход-

ное сопротивление стабилизатора, Ом; /ftjigp - предельная частота коэ(})фициента

передачи тока наиболее мощного регулирующего транзистора в схеме с общей бакой (определяется нз справочника), Гц.

Полученное значение С\ переводится в микрофарады (для этого производится умножение найденного значения С1 на 1СР) и уточняется по шкале номинальных емкостей конденсаторов (табл. 1.18). Конкретный тип конденсатора CI выбирается по табл. 1,19и 1.19а. При этом необходимо, чтобы рабочее напряжение конденсатора С1 соответствовало условию

t/pS(1.3...1.5)t/,„,„,,. (2.53)

10. Номинальный и минимальный КПД стабилизатора находим из вырахеннн

Т) = Рых/вх выхн/tbxbx; (2-54)

(2.55)

где Рр, тлх вых выхтщ - МОЩНОСТИ на входе и выходе стабилизатора

П. Рассчитываем коэффициент стабилизании и выходное сопротивление стабилизатора по формулам

, +Ky<ypWJtbxl. (2.56

вьх.р... = 1/5р/Су,ааХар1. С

где - коэффициент усиления составного регулирующего транзистора по напр\) женню; Kfj - коэффициент усиления усилителя постоянного тока; а - коэффициент передачи делителя а = (а -f ol.)I2\ а - коэф<1)Ицнент, учитывающий влияние входного сопротивления усилителя на коэффициент передачи делителя; Лпосл~регулирующих транзисторов, включенных лоследовательно (рве 2,6, б); /"iy - сопротивление коллектора усилительного транзистора в схеме с общим эмиттером; i?y - эквивалентное сопрочивление нагрузки усилительного транзи- стора; 5р - крутизна регулирующего транзистора; н„зр - число регулирующих транзисторов, включенных параллельно.

Значение Ку. может Сыть найдено по табл. 1.28.с учетом соотношений (1.111) и (1.112) в слу1ае использования составного регулирующего транзистора,

Коэффициент усиления /(уу определяется по формуле

Uy = 21Эу mli/Ky « М«у.э«вн.у/Су.экв + «„.у)]/1Ку + v..k.h.y/<y..kb + н.у)1 2.5S)

минимальный статический коэффициент передачи тока усилительного ipa в схеме с общим эмиттером (транзистора V7 на рис, 2.5));

где Лцэз min-минимальный статический коэффициент передачи тока транзистора V3 фис. 2.5) в схеме с общим эмиттером; Гцз - сопротивление коллектора транзис-ра ИЗ; Гдпр (или в случае использования стабилитронов) - прямое сопротивле-ляе диод* в схеме токостабнлизируюсцего двухполюсника ТД; п - количество диодов в схеме ТД.

Таблица 2.3. Ориентировочные значения Г[<- и fe,, транзисторов

Транзисторы

нотные

среднеП

мощности

малой мощности

- Параметр

/к =

= 1...2 Л

= 0.1 .. 0.3 А

= 0,5... 1 А

= 0.05... 0.1 А

3) 10~3 д

1) 10-* А

Вкодоое оопротиаленне Siiy Он

10... 15

20...30

30...50

60...10О

500. .600

300. ..1000

сйпротявданне кбллекто-ра Для кремвневых »рав»вто[Лв, Ом

50 ..100 300...1000

800.,,! 500 2000...3000

(20..,30)Х (41>...50)х

Величина сопротивления i?„ у, шунтирующего выход усилителя постоянного тока, определяется по формуле

" ..у Лпэр + fh ш1г, V(" min + -Кр)1 ПЭ, т(.. (2-60)

где Лцэр -входное сопротивление регулирующего транзистора в схеме с общим эметтером; j,, - минимальное сопротивление нагрузки стабилизатора (i?„ - = ibixmiti ьтах: лр-сопротивление коллектора регулирующего транзнсто-

, ра; A23pjj,jn-минимальный статический коэффициент передачи toKa регулирующего транзистора в хеме с общим эмиттером.

При использовании составного регулирующего транзистора в формулу (2--60) вместо Лпзр, Tjp й Лз[Эр подставляются соответствующие значения для наименее

мопщдао нз транзисторов, входящих в составной, а вместо i?„ - величина сопро-"•ммия реэнстора R4 (в случае двойного составного транзистора) и R3 (в случав тройяого составного, транзистора) (рис. 2.5).

ЗвачеНие сопротивлекня Rg „ в формуле (2.58) определяется кз выражения

(2.6J)

"А (ijy-входное сопротивление усилительного транзистора (V7 на рис. 2.5) в схеме с общим эмиттером; - дифференциальное сопротивление стабилитрона, испоАзуеного в качестве источника опорного напряжения (У8 на рис, 2.5).

Для нахождения значений сопротивлений коллектора транзисторов (fj, Tjj, Кр и входных сопротивлений (Лц, Лцу) можно воспользоваться табл. 2.3, , Ко*1»фицне,нт а на рис. 2.5 вычисляется по формуле

« -ех.уЛвх.у + {Rb + 7) V(?e + + в)1- (2-62



крутизна регулирующего транзистора 5р рассчитывается по формуле

5р = Д/кр/ДЕЭр, (2-63)

где Д/цр и ALjqp- приращения оллекторного тока и напряжения на участке ба-да эмиттер регулирующего транзистора определяются в семействах входных и выходных ларактеристик выбранного транзистора для схемы с общим эмиттером (рис. 2.8.

При нспользован)П1 составного регулирующего транзисгора значение Sp определяется по характеристикам и по формуле (2.63) для наиболее мощного из транзисторов, входящих в составной, а затем ;меньшается в (1 + •5p?g) раз, где = для ДВ0Н1ЮГ0 и R = R для тройного составного транзистора (рнс. 2.5).

Полученные в результате расчета по формулам (2".58) - (2.03) данные подставляются в формулы (2.56) и (2.57). Найденные значения .расч Д0-1НЫ удов-ле1ворять условиям

<сг...с,К..; (2-64)


Рнс. 2.8. Определение крутизны регулирующего транзистора по характеристикам; о определение значения tciiob Ур] и ispo задяшшмл, приращению напряжения i (БЭр спреде.1ев11е 4 ;Кр. соответствующего изме! «она от JEpi до /Бр2 "Р" КЭ

(2.6:)

, = consi

вх.раеч вых» где К. п /?ац-ц - заданные значения коэффициента стабилизации и = fBx - иых* выходного сопротивления стабили-

затора.

12. Находим расчетное значение амплитуды пульсации выходного напряжения t/mn.Bb,x.oaC4 = л.вых/Сст..асчх. (2.66)

Необходимо, чтобы выполнялось условие

(2.67)

Быпол1!ение условий (2.64) - (2.67) свидетельствует о том, что рассчитанная cxcwa стабилизатора удовлетворяет указанным в исходных данных требованиям.

2.4. Интегральные стабилизаторы напряжения

Микроминиатюризация современной электронной аппаратуры все шире распространяется и иа исючники электропитания, в частности на схемы стабилизаторов постоянного напряжения. В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются аналоговые интегральные микросхемы серий КМ2, KI81, К224, выполняющие функции стабилизаторов компенсационного типа 1, 23, 31, 32]. Основные параметры указанных микросхем приведены в табл, 2.4.

В принципе схема интегрального стабилизатора может иметь только три вывода: д;1Я связи с источником нестабнлизированного напряжения, выход стабилизированного напряжения и заземление. Однако в реальных схемах стабилизаторов обычно используются дополнительные выводы для изменения характеристик стабилизатора с помощью внешних дискретных элементов. Поэтому функциональная схема стабилизатора усложняется, а используемые внешние элементы подлежат расчету.

Принципиальная электрическая схема интегрального стабилизатора напряжения на мнкросхеме КИ2ЕН (1, 2) приведена на рис..2.9. Схема относительно проста. Сравнительно малое количество элементов в цепи усиления и обратной связи {V7, V8, VQ), малое выходное сопротивление составного транзистора, развязка дифференциального усилителя от источника опорного напряжения через делитель RiR и эмнттерный повторитель (на транзисторе V3) обеспечивают достаточно высокие стабилизирующие и динамические свойства данного стабилизатора. Схема содержит допо.ч-нитсльиые элементы заш1ты от электрических перегрузок; потоку и короткол.\


параметры нскот(фых интегральных стабилизаторов

Тип микросхемы

<

,1щ{тальиое нходиое напряжение

(Иаковильное входное напряжение

щщп1яальвое выходное напряжение mio*

Максшильное выходное напряжение вых шах- в

Макашальный ток нагрузки

Коэффициент стабилизащш /С не ншее

Коэффициент нестабильности по напряжению 6 не более, %/В

ваыыканию (V10) выключения внешним сигналом (VI2, J?4. VII). Наличие дополна-тельяых выводов позволяет улучшать характеристики схемы за счет имеющейся воз-иожности подключения внешнего источника питания (выводы 4, 8), усиливающето транзистора (выводы /5, 14. 16), фильтра шумов (выводы 2, 8, 12).

Для нормального функционирования 1штегрального стабилизатора напряжения в получения заданных вь[Ходных напряжений необходимо подключить к мнкросхеме дополнительные внешние элементы (резисторы и конденсаторы). Основная схема включения стабилизатора К142ЕН (I, 2) приведена на рис. 2.10. Схема работает следующим образом. При изменения- По какой-либо причине выходного напряжения часть его через резистнвный дегагкяь RR. подается на вывод 12 микросхемы-, где сравнивается с внутренним стабильным (опорным) напряжением foa = 2,4 В ii 15 %). Выделенный разно-с1ньД сигнал усиливается дпфферешш-адышм усилителем (15, 17 на рис. 2.9) н подается на базу регулирующего состав-ноге транзистора (V8, 19 на рнс. 2.9). Изменение базового тока регулирующего транзистора вызывает соответс1вующее компенонрующее изменение U на вы-йе5 микросхемы и капряженне на на-


ipyara поддерживается постоянным.

назначение внешних элемен-.. "*орь»е расчетные соотношения для их выбора.

n,nJ.„ УР"* величины стабилизн-tLS напряжения положн-

ibHoi? нолярвосги осуществляется с

Рис. 2.9. Схема однокаскадного интег-рального стабилизатора напряжения

К142ЕН (1, 2); Выводы: 2 - фильтр шуиа; 4 - вход питания: 6 - опорное нзпряжеиир; й -. общий; 9 - выключатель; 10. П - аа-1»нта по току; 12 - регулировка выхода; 13 - выход;/4 - выход; 16 - вход. ста. \ бнлнзируемого напряжения



помощью реэнстора R1 (Ri < 20 иОм) внешнего реэистнвного делителя. Сопротивле-мие R2 этого делителя выбирается из условий равенства или превышения миннмальво допустимого тока делителя {1 > 1,5 мА) и обычно составляет R да J.SyOM.

2. С помощью конденсаторов С), С2 обеспечивается устойчивая работа минро-схемы. При tgj,, < 5 В величины С\ а С2 выбираются следующими: С1 > 0,1 мнФ; С2 да 5...10 мкФ. При Uj > 5 В емкости конденсаторов CI, С2 могут составлять; С\ > 10О пф; Сг 1 мкФ,

3. Резисторы R3, R4, R5 работают в цепях защиты. С помощью делителя Pi, R5 задается иалряжеине на базу транзистора защиты. Резистор R3 слежит датчиком

тока в схеме защиты от перегрузок по току. Сопротивления этих резисторов выбирают нз соотношений

(2.69)


Рис. 2.10, Основная схема включения интегральных стабилизаторов напряжения KI42EH {1, 2)

6 - (вы.>£ + ЭЬ(й>)/(«,Л.),

где t3B(ijO) - эьт В; да 0,3 мА; - максимальное зна-

чение тока нагрузки. При этом Я4 - = 2 кОм - const,

Защита от перегрузки тону срабатывает прн таком увеличении гока нагрузки, когда приращение напряжения

внешнем резисторе R3 ие менее 0,7 В, В этом случае транзистор защиты микросхемы (VlO) открывается и шунтирует регулирующий транзистор.

Кроме основной схемы включения интегрального стабилизатора напряжения, могут быть использованы различные дополнительные варианты схем включения, позволяющие существенно улучшить технические показатели стабилизатора 23, с. 150-156]. На рнс, 2.11, а приведена схема с дополнительным внешним (достаточно мощным) транзистором, обеспечивающая повышение выходного тока. В эгой схеме сопротивление резистора R и емкости CI и С2 выбираются так же, как и в случае, включения, показанного на рис, 2.10. Резистор R2 выбирается из условия

2- onmi,Ab(V/JrT,in, (2.70)

где mjn- минимальное значение опорного напряжения {U min 2 В); hyr-коэффициент передачи тона внешиего транзистора VI; I j, - минимальный ток выходного дели1еля напряжения (порядка (!..,1,5) мА).

Резистор R3 служит для замыкания токов утечки регулирующего транзистора и выбирается в пределах 50...150 Ом.

Прн использовании мОЩных дополнительных транзисторов VI (типа ГТЭСО ИТ. п.) схема позволяет получить выходные токи 1 А без ухудасння основных параметров микросхемы. - .

Выходной резистивный делитель может быть заменен стабилитроном и резистором (рис. 2.11, б). Прн таком включении изменение выходною напряжения поступает на выход 12 микросхемы через стабилитрон V\ и составляет

t/,„x да At/o.c + стА/о.с/!- (2,71)

где До.е - напряжение на выводе 12 цепи обратной связи микросхемы; г -дифференциальное сопротивление стабилитрона К1. Обычно для получения заданного напряжения V последователыю со стабилитроном включают подстроечиый резистор /?з < Ri- Прнэтом сопротивление резистора следует выбирать из условия

(t/дп да 2 В; /. - минимально допустимый ток стабилитрона).

При стабилизации низких напряжений, когда разница между напряжениями вя " вых невелика, стабилизирующие свойства микросхемы заметно ухудшаются. Для устранения этого недостатка, обусловленного, главным образом, разбросом значений остаточных напряжений стабилизаторов тока в цепях источника опорного на-



о-1-


Рис. 2.п. Варианты схем включения интегрального стабилизатора напряжения .на микросхеме К142ЕН (), 2):

в ~ пчБЫшення выходного тока; б - внлючення внешнего стабилитрона; « - схема с раздельным пнтаьнен источввка опорного напряжения; г - включения Ввтегральяых ынирОСяем со взаимной иоиленсаиией выходного вопряжецця; - яключння С повышенный КПД; в - схем» CTa6iujiJ3-iTupa иапражеы><я отрицательной полярности

Пряжения и дифференциального усилителя микросхемы, используют раздельное пита-иие нсточника опорного напряжения (рис. 2.(1, в).

Напряжение питания опорного источника U (которое, как правило, стабилизировано, например, с помощью стабилитрона) должно быть равным или превышать модвое стабилизируемое напряжение U. Внешние элементы данной схемы рас. счнтываются по формулам, приведенным выше.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [ 11 ] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40]

0.0013