Расчет параметрического стабилизатора на транзисторе. Расчет компенсационного стабилизатора напряжения: принципы работы и пошаговая инструкция

Как работает компенсационный стабилизатор напряжения. Какие основные элементы входят в его схему. Как рассчитать параметры стабилизатора шаг за шагом. На что обратить внимание при проектировании.

Принцип работы компенсационного стабилизатора напряжения

Компенсационный стабилизатор напряжения представляет собой систему автоматического регулирования, которая поддерживает постоянное выходное напряжение при изменениях входного напряжения и тока нагрузки. Основными элементами схемы являются:

• Регулирующий элемент (транзистор)
• Источник опорного напряжения (стабилитрон)
• Схема сравнения (измерительный мост)
• Усилитель ошибки

Как работает эта система? Выходное напряжение постоянно сравнивается с опорным. При их отклонении возникает сигнал ошибки, который усиливается и воздействует на регулирующий элемент, изменяя его сопротивление. Это приводит к стабилизации выходного напряжения.

Основные параметры компенсационного стабилизатора

При проектировании компенсационного стабилизатора напряжения необходимо учитывать следующие ключевые параметры:

• Номинальное выходное напряжение
• Максимальный ток нагрузки
• Коэффициент стабилизации
• Выходное сопротивление
• КПД

Какой из этих параметров является наиболее важным при разработке? Это зависит от конкретного применения стабилизатора. Для прецизионных измерительных систем критичен коэффициент стабилизации, для силовых устройств — КПД и максимальный ток.

Пошаговая инструкция по расчету стабилизатора

Рассмотрим последовательность действий при расчете параметров компенсационного стабилизатора напряжения:

1. Определение требуемых характеристик (выходное напряжение, ток нагрузки)
2. Выбор схемы (последовательного или параллельного типа)
3. Расчет источника опорного напряжения
4. Расчет делителя обратной связи
5. Выбор и расчет параметров регулирующего элемента
6. Расчет усилителя ошибки
7. Проверка устойчивости системы

Какой из этих этапов является наиболее сложным? Обычно наибольшие трудности вызывает обеспечение устойчивости системы, особенно в широком диапазоне нагрузок.

Расчет источника опорного напряжения

Источник опорного напряжения — ключевой элемент, определяющий стабильность работы всей схемы. Как правильно его рассчитать?

1. Выбрать стабилитрон с напряжением стабилизации около 0.5 от требуемого выходного напряжения
2. Рассчитать ограничительный резистор по формуле: R = (Uвх — Uст) / Iст
3. Проверить мощность рассеяния на резисторе
4. Подобрать ближайшее стандартное значение резистора

На что обратить особое внимание при расчете? Важно обеспечить номинальный ток стабилизации стабилитрона во всем диапазоне входных напряжений.

Расчет делителя обратной связи

Делитель обратной связи формирует сигнал рассогласования для управления регулирующим элементом. Как его рассчитать?

1. Выбрать ток делителя в 5-10 раз меньше тока стабилитрона
2. Рассчитать сопротивление нижнего плеча делителя: R2 = Uоп / Iдел
3. Рассчитать сопротивление верхнего плеча: R1 = (Uвых — Uоп) / Iдел
4. Подобрать ближайшие стандартные значения резисторов

Какие особенности нужно учесть? Важно обеспечить температурную стабильность делителя, используя резисторы с малым ТКС.

Выбор и расчет регулирующего элемента

Регулирующий элемент (обычно транзистор) — основной силовой элемент стабилизатора. На что обратить внимание при его выборе?

• Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер
• Максимальный ток коллектора
• Мощность рассеяния
• Коэффициент усиления по току

Как рассчитать режим работы транзистора?

1. Определить максимальное падение напряжения на транзисторе: Uкэ = Uвх.макс — Uвых
2. Рассчитать максимальную рассеиваемую мощность: P = Uкэ * Iн.макс
3. Выбрать транзистор с запасом по мощности и напряжению
4. Рассчитать сопротивление эмиттера для защиты от КЗ

Какой запас по мощности нужен для надежной работы? Обычно выбирают транзистор с допустимой мощностью рассеяния в 1.5-2 раза больше расчетной.

Расчет усилителя ошибки

Усилитель ошибки обеспечивает высокий коэффициент усиления для точной стабилизации. Как его рассчитать?

1. Выбрать схему усилителя (обычно дифференциальный каскад)
2. Рассчитать коэффициент усиления по формуле: Ku = Rк / (2 * rэ), где rэ = 25мВ / Iэ
3. Подобрать резисторы для обеспечения требуемого усиления
4. Проверить температурную стабильность режима

Какой коэффициент усиления обычно требуется? Для хорошей стабилизации усиление должно быть не менее 60-80 дБ.

Проверка устойчивости системы

Компенсационный стабилизатор — это система с глубокой отрицательной обратной связью, склонная к самовозбуждению. Как обеспечить устойчивость?

• Построить частотную характеристику разомкнутой системы
• Обеспечить запас по фазе не менее 45° на частоте единичного усиления
• При необходимости ввести корректирующие RC-цепи
• Проверить переходную характеристику на отсутствие колебаний

Какие методы коррекции наиболее эффективны? Часто применяют интегрирующую RC-цепь в цепи обратной связи усилителя ошибки.

Особенности расчета мощных стабилизаторов

При проектировании мощных стабилизаторов (более 5-10 А) возникают дополнительные сложности. Какие особенности нужно учесть?

• Использование составных транзисторов или параллельное включение
• Обеспечение равномерного распределения токов
• Эффективный теплоотвод от силовых элементов
• Защита от перегрузки и короткого замыкания
• Мягкий запуск для ограничения пускового тока

Как рассчитать тепловой режим? Необходимо определить тепловое сопротивление системы транзистор-радиатор-окружающая среда и выбрать радиатор с достаточной площадью рассеивания.

Применение интегральных стабилизаторов напряжения

Современные интегральные стабилизаторы значительно упрощают разработку источников питания. Какие преимущества они дают?

• Простота применения — минимум внешних элементов
• Встроенная защита от перегрузки и перегрева
• Высокая стабильность параметров
• Малые габариты

Какие ограничения есть у интегральных стабилизаторов? Основные недостатки — ограниченная мощность и фиксированное выходное напряжение у многих моделей.

Заключение

Расчет компенсационного стабилизатора напряжения — сложная инженерная задача, требующая учета множества факторов. Ключевые моменты:

• Правильный выбор структурной схемы
• Точный расчет всех элементов
• Обеспечение температурной стабильности
• Проверка устойчивости системы
• Реализация необходимых защит

При тщательной проработке всех аспектов можно создать надежный стабилизатор с высокими техническими характеристиками. Использование современной элементной базы, включая интегральные стабилизаторы, позволяет значительно упростить разработку.

Расчёт компенсационного стабилизатора напряжения

При проектировании источников питания электронной аппаратуры предъявляются высокие требования к стабильности питающего напряжения. Как медленные, так и быстрые колебания (нестабильности и пульсации) напряжения питания существенно изменяют режимы и параметры работы радиоэлектронных схем. Причинами нестабильности могут быть колебания напряжения и частоты питающей сети, изменения нагрузки, пульсации выпрямленного напряжения, колебания влажности окружающей среды. Например, для питания измерительных устройств, работающих с точностью 0,1%, требуется стабильность напряжения питания не хуже 0,01%. Компенсационный стабилизатор Различают компенсационные стабилизаторы напряжения непрерывного и импульсного действия. Стабилизаторы напряжения непрерывного действия представляют собой систему автоматического регулирования, в которой фактическое значение выходного напряжения сравнивается с заданным значением эталонного (опорного) напряжения. Возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается и должен воздействовать на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось вернуться к заданному уровню. В качестве источника опорного напряжения обычно используют параметрический стабилизатор, работающий с малыми токами нагрузки, представляющий собой цепочку, состоящую из резистора и стабилитрона. В зависимости от способа включения регулирующего элемента различают компенсационные стабилизаторы последовательного и параллельного типов. Структурная схема компенсационного стабилизатора последовательного типа представлена на рис. В этой схеме регулирующий элемент РЭ включен последовательно с нагрузкой и играет роль управляемого балластного сопротивления. Схему, состоящую из регулирующего элемента и сопротивления нагрузки можно представить как делитель напряжения, в котором определённая часть входного напряжения «падает» на сопротивлении нагрузки, а всё остальное напряжение – на регулирующем элементе. При этом, и все изменения входного напряжения отражаются не на нагрузке, а на регулирующем элементе.       Опорное стабилизированное напряжение формируется источником опорного напряжения ИОН. Схема сравнения СС сравнивает выходное напряжение Uн с опорным напряжением Uоп. Разностный сигнал рассогласования Uн — Uоп, формируемый схемой сравнения СС, поступает на вход усилителя постоянного тока У, усиливается и воздействует на регулирующий элемент РЭ.       Если в нагрузке оказывается напряжение Uн большее, чем опорное Uоп – имеет место положительный сигнал рассогласования (Uн — Uоп) > 0, тогда внутреннее сопротивление РЭ возрастает и падение напряжения Uрэ на нем увеличивается. Так как регулирующий элемент и нагрузка включены последовательно, то при увеличении Uрэ выходное напряжение уменьшается.       При уменьшении выходного напряжения Uн, отрицательном сигнале рассогласования (Uн — Uоп) , наоборот, внутреннее сопротивление РЭ и падение напряжения на нем уменьшаются, что приводит к возрастанию выходного напряжения Uн.       Принципиальная схема компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа на транзисторах приведена на следующем рисунке. Для более простого понимания того, как работает схема, мы рассмотрим её работу поэлементно.       Источник опорного напряжения выполнен на резисторе Rб и стабилитроне VD.       Схема сравнения выполнена по принципу измерительного моста. Это – типовая измерительная схема сравнения, которая довольно часто применяется в различных схемах, поэтому актуальна не только в стабилизаторах напряжения.       Рассмотрим измерительный мост более подробно. Для этого мы изобразим его отдельно от остальных элементов стабилизатора.       Источник опорного напряжения Rб-VD и делитель напряжения R1-R2-R3 подключены к выходу стабилизатора параллельно. Переменный резистор R2 для наглядности поделен на схеме на две половины – два постоянных резистора R2/1 и R2/2. Если к средним точкам этих цепочек подключить вольтметр, то он будет реагировать на разность напряжений, между этими точками. А если использовать вольтметр со шкалой, у которой нуль находится посередине, тогда наглядно будет видно в какой средней точке напряжение выше, а в какой ниже. Основное состояние измерительного моста, которое используется в стабилизаторе напряжения, это — явление баланса моста, состояние, при котором значение напряжения в средних точках равно. Предположим, что сопротивление резисторов R1 и R3 равны, а «ползунок» резистора R2 находится в среднем положении. Тогда сопротивления плеч R1+R2/1 и R2/2+R3 равны. Это означает, что на выводе «ползунка» резистора R2 будет ровно половина находящегося на клеммах напряжения. Предположим, что мы подали на клеммы ровно 9 вольт, тогда в средней точке резисторов будет 4,5 вольта (ровно половина). Источник опорного напряжения мы поставим на напряжение стабилизации 4,5 вольта – равное значению средней точки делителя на резисторах R1, R2, R3. Поэтому, по причине отсутствия разности потенциалов в средних точках стрелка вольтметра будет стоять на нуле. Если мы увеличим напряжение до 10 вольт, то в средней точке делителя R1+R2/1 и R2/2+R3 напряжение поднимется до 5 вольт, а на источнике опорного напряжения оно так и останется 4,5 вольта (стабилитрон не позволит увеличиться напряжению на своём кристале) и стрелка вольтметра отклонится влево на 0,5 вольта.       Если наоборот, мы уменьшим напряжение до 8 вольт, то в средней точке делителя R1+R2/1 и R2/2+R3 напряжение уменьшится до 4 вольт, а на источнике опорного напряжения оно по-прежнему останется 4,5 вольта и теперь, стрелка вольтметра отклонится вправо на 0,5 вольта.       А теперь вернёмся к схеме стабилизатора напряжения. В ней функцию вольтметра выполняет транзистор VT2, который в процессе работы схемы стабилизации используется в «рабочем» усилительном режиме (полуоткрытом состоянии). Роль регулирующего элемента в этой схеме стабилизатора играет транзистор VT1. Его задача – в случае нарушения баланса измерительного моста, определяемого базо-эмиттерным переходом, восстановить этот баланс путём изменения сопротивления перехода эмиттер-коллектор управляющего элемента, и как следствие — уменьшение, или увеличение выходного напряжения.      При увеличении Uвх, выходное напряжение возрастает по абсолютному значению, создавая отрицательный сигнал рассогласования напряжения Uэ62 на входе усилителя постоянного тока, выполненного на транзисторе VT2. Транзистор, подключенный к средним точкам измерительного моста «приоткрывается». Ток коллектора транзистора VT2 возрастает, а потенциал коллектора VT2 становится более положительным относительно потенциала земли. Напряжение эмиттер-база транзистора VT1 уменьшается, что приводит к возрастанию внутреннего сопротивления транзистора VT1 и падению напряжения на нем. Выходное напряжение при этом уменьшается, стремясь к прежнему значению.       При уменьшении входного напряжения Uвх наоборот, транзистор VT2 «призакрывается», что приводит к увеличению напряжения база-эмиттер транзистора VT1, в результате чего сопротивление транзистора уменьшается и выходное напряжение повышается, стремясь к номинальному напряжению стабилизации.       Обратите внимание, что на схемах изображалась «точка» подключения к какому то источнику напряжения Е0. Для повышения коэффициента стабилизации схемы резистор Rк, определяющий базовый ток регулирующего транзистора VT1, подключается к стабильному источнику напряжения – Е0. Если Е0 не стабилен, то его колебания передаются через резистор Rк на базу регулирующего транзистора VT1 и ухудшают коэффициент стабилизации схемы. Довольно часто встречаются радиолюбительские схемы стабилизаторов, в которых резистор Rк подключен напрямую ко входному контакту -Uвх. В результате этого, стабилизатор работает в качестве автоматического регулятора «среднего» выходного напряжения, и абсолютно не подавляет никакие пульсации сетевого напряжения. Лучшим источником стабильного напряжения является гальванический элемент, но его использование в большинстве случаев – не оправдывает себя. В сложных устройствах с несколькими источниками стабилизированного питания часто для целей стабилизированного смещения одного более мощного стабилизатора используют выходное напряжение другого стабилизатора, но с меньшей нагрузкой.       Наиболее простой способ – использовать дополнительный источник стабильного опорного напряжения, как показано на рисунке. Для исключения кратковременных скачков напряжения стабилизации, которые могут быть вызваны бросками входного напряжения, или сопротивления нагрузки, параллельно стабилитрону добавлен конденсатор С. Практически постоянно в радиолюбительской практике упускается важность этого источника опорного напряжения. В простейшем случае, как я писал, резистор Rк подключается напрямую к -Uвх, без всяких стабилитронов. Выбирать Вам – допускать пульсацию, или нет. Я думаю три дополнительных радиоэлемента – резистор, стабилитрон и конденсатор в этой схеме стабилизатора не помешают. Расчёт стабилизатора постоянного напряжения компенсационного типа и практические советы конструкторам       Как и ранее, я не пишу сложные формулы радиолюбительских расчётов, которые отбивают желание вообще становиться радиолюбителями. Они мной применяются только тогда, когда их использование действительно необходимо. Кроме того, если Вы научитесь понимать их физический смысл, то Вы самостоятельно сможете применять их на практике для расчётов цепей.       Расчёт стабилизированного блока питания мы будем проводить с использованием конкретной схемы, которую мы сначала изобразим, соблюдая правила построения схем, а потом рассчитаем на основе предъявляемых к ней требований.       1. Прежде всего, обратите внимание, на то, что большинство блоков питания имеет минус на массе, поэтому мы так же выполняя условие – «минус на массе» изменим полярности диодов и конденсаторов, а кроме того — тип проводимости транзисторов с p-n-p на n-p-n.       >2. Для повышения коэффициента стабилизации компенсационного стабилизатора в качестве регулирующего элемента мы будем использовать составной транзистор. Использование составного транзистора увеличивает коэффициент стабилизации на величину коэффициента усиления по току дополнительного транзистора, и на порядок увеличивает нагрузочную способность стабилизатора напряжения. Поэтому (см. схему) к ранее изученному стабилизатору, мы добавим этот транзистор VT3. Считаем, что каждый добавленный таким образом транзистор увеличивает нагрузочную способность в 10…20 раз, но не забываем, что основная часть мощности на него и «приложится». Поэтому чем мощнее транзистор, тем лучше.       3. Ток через делитель Iдел состоящий из R1,R2,R3 выбирают обычно на порядок меньше (в 10 раз), чем ток, протекающий по цепи Rб, VD1. Увеличение или уменьшение тока делителя за счет снижения, или повышения сопротивлений R1,R2,R3 нецелесообразно, так как приводит к существенному уменьшению КПД, или чувствительности схемы к изменению выходного напряжения и его пульсациям.       4. Резистор R2 предназначен для регулировки стабилизированного напряжения в небольших пределах. Пределы регулировок выходного напряжения такого стабилизатора ограничены параметрами стабилитрона – минимальным и максимальным током стабилизации. Как это выглядит практически, я затрону в процессе расчётов.       5. Напряжение стабилизации дополнительного источника опорного напряжения, используемого для смещения транзистора регулирующего элемента должно не менее, чем в 1,5 раза превышать значение выходного напряжения стабилизатора. Иначе силовыми транзисторами VT2 и VT3 «нечем будет управлять» — напряжение на эмиттерах будет превышать базовое, и ни о какой стабилизации речи не будет.       6. Предыдущее условие накладывает ограничения на нагрузочные способности стабилизатора потому, что разница входного и выходного напряжения стабилизатора помноженная на выходной ток, будет «падать» в виде рассеиваемой мощности на силовых транзисторах. Поэтому необходимо выбирать транзисторы способные выдерживать такую мощность – повторяется правило — чем мощнее транзистор, тем лучше. Но чем мощнее транзистор, тем меньше у него коэффициент передачи. Расчёт       Исходные данные (допустим, к разрабатываемому ИП предъявлены такие требования):    — среднее выходное напряжение стабилизатора – 12 вольт;    — максимальный ток нагрузки стабилизатора – 2 ампера;    — используется трансформатор достаточной мощности, с выходным напряжением 25 вольт.       При расчётах сложных схем, обычно идут «с конца к началу», поэтому, предлагаю начать с расчёта схем опорного напряжения и сравнения.       1. Выберем стабилитрон измерительного моста Стабилитрон VD1 выбирается со значением напряжения стабилизации, равном половине выходного напряжения стабилизатора: 12в / 2 = 6 вольт .       При этом условии обеспечивается наилучшая стабилизация. Но стабилитрон на такое напряжение в рознице отсутствует, поэтому выбираем стабилитрон, максимально близкий по напряжению стабилизации – КС156А, у которого Uст = 5,6 вольт, Iст = 10 мА.       2. Найдём резистор Rб:       На резисторе падает напряжение: URб = Uвых – Uст = 12в – 5,6в = 6,4в       Зная падение напряжения и ток стабилизации, по закону Ома определяем сопротивление резистора: Rб = URб / = 6,4в/0,01А = 640 Ом       Ближайшее значение сопротивления резистора по номинальному ряду — 620 Ом.       Мощность резистора находим из условия РRб = URб * Iст * 2 = 6,4в * 0,01А * 2 = 0,128 Вт       Если кто не знает, что в формуле обозначает цифра 2, поясню, это коэффициент запаса по мощности (чтобы резистор не грелся). Ближайшее наибольшее значение мощности резистора по номинальному ряду – 0,125 Вт.       Таким образом, параметры Rб – 620 Ом на 0,125 Вт.       3. Определим возможные значения выходного напряжения стабилизатора, при которых стабилизация происходит.       Они ограничены предельными токами стабилитрона, стоящего в мостовой измерительной цепи.    а) Определим минимальное (регулируемое) напряжение стабилизации: По справочнику минимальный ток стабилизации КС156А = 3 мА, при этом токе значение выходного напряжения стабилизатора составит: Uвых.min = Uст + (Iст.min * Rб) = 5,6 в + (0,003 * 620) = 7,46 вольт    б) Определим максимальное (регулируемое) напряжение стабилизации:       По справочнику максимальный предельный ток стабилизации КС156А = 55 мА. Это большой ток, при котором стабилитрон будет греться и нужны дополнительные меры защиты, поэтому ограничимся значением, в 2 раза превышающем номинальное — 20 мА. При этом токе значение выходного напряжения стабилизатора составит: Uвых.max = Uст + (Iст.max * Rб) = 5,6 в + (0,02 * 620) = 18 вольт       Поскольку мощность прикладываемая к резистору возросла, для того, чтобы резистор Rб не сгорел от большой прикладываемой мощности, его мощность следует увеличить до значения: РRб = URб * Iст * 2 = 12,4 в * 0,02 А * 2 = 0,5 Вт       Если Вы хотите, чтобы Ваш стабилизатор выдавал 18 вольт, то мощность резистора необходимо увеличить, но если Вы делаете стабилизатор на фиксированное напряжение (в данном случае 12 вольт), то этого можно не делать, удовлетворившись расчётом, приведённым в пункте 2.       4. Рассчитаем делитель R1,R2,R3:       Нам известно, что на стабилитроне КС156А падает – 5,6 вольта. А ещё мы знаем, что в режиме стабилизации, транзистор VT1 находится в «рабочей точке», это означает, что на его переходе база-эмиттер «падает» напряжение 0,65 вольта. А это в свою очередь означает, что на базе должно быть всегда 5,6 + 0,65 = 6,25 вольта относительно корпуса стабилизатора. База соединена с «ползунком» среднего регулировочного резистора, значит, это напряжение 6,25 вольта всегда присутствует на его «ползунке».       Исходя из этого, можно составить, систему уравнений с тремя неизвестными, но это Вас только запутает, поэтому мы пойдем по более простому, но практичному пути.       При максимальном напряжении стабилизации Uвых.max = 18 вольт, ползунок находится в нижнем по схеме положении, ток стабилизации Iст.max = 0,02 A, а ток делителя R1,R2,R3 в 10 раз меньше: Iцепи = 0,002 А , следовательно: R3 = 6,25 / Iцепи = 6,25 / 0,002 = 3,125 кОм; R1 + R2 = (Uвых.max — UR3) / Iцепи = 11,75 / 0,002 = 5,875 кОм.       Суммарное сопротивление R1 + R2 + R3 = 5 875 + 3 125 = 9 кОм       При минимальном напряжении стабилизации Uвых.min = 7,46 вольта, ток делителя будет: Iцепи = Uвых.min / (R1 + R2 + R3) = 7,46 / 9000 = 0,00083 А       найдем значение R1 = (Uвых.min – 6,25) / Iцепи = (7,46 – 6,25) / 0,00083 = 1,46 кОм,       отсюда значение R2 = 5,88 – 1,46 = 4,42 Ом,       округлим значения резисторов до значений номинального ряда: R1 = 1,5 кОм, R2 = 4,3 кОм (переменный), R3 = 3 кОм       5. Рассчитаем второй источник опорного напряжения и смещения VT2.       В качестве стабилитрона выбираем Д816А, у которого Uст = 22 вольта, Iст = 10 мА.       Найдём Rсм.       Выходное напряжение трансформатора после выпрямления и сглаживания фильтром = 25 вольт, тогда Rсм = (Uтр. — Uст) / Iст = 25 – 22 / 0,01А = 300 Ом.       Мощность резистора РRсм = URсм / Iст = 3 *0,01 = 0,03 Вт, ближайшая из номинального ряда — 0,125 Вт       Для стабильной работы цепи опорного напряжения Rсм VD2, необходимо, чтобы Rк не оказывал на эту цепь шунтирующего действия. Поэтому ток Rк должен быть не менее, чем в 2 раза меньше тока стабилитрона. Кроме того, на нём падает разность между входным и выходным напряжением: URк = Uтр. — Uвых. = 25 – 12 = 13 вольт,    отсюда: Rк = URк / (Iст/2) = 13 / 0,005 = 2,7 кОм.       Мощность РRк = URк * Iст / 2 = 13 *0,005 = 0,0325 Вт, ближайший 0,125 Вт.       6. Наконец дело дошло до транзисторов.       В качестве VT1 подойдёт транзистор КТ315Г. Он удовлетворяет требованиям:    — достаточно высокий коэффициент усиления (передачи) h31Э = 50…350;    — допустимое напряжение коллектор-эмиттер – 35 вольт.       В качестве VT2 подойдёт транзистор КТ815 с любым буквенным индексом. Коэффициент передачи h31Э = 40 – 70 , обеспечивает усиление тока резистора Rк с 5 мА до 250 мА;       В качестве VT3 попробуем взять не то, что надо искать, а то, что есть — например КТ809А. Коэффициент передачи h31Э = 15…100 , что обеспечивает усиление тока с 250 мА до 3,7 А, но максимальный ток коллектора – 3 А это по справочнику – предел, нет «запаса прочности», поэтому ставим два транзистора в параллель. При выходном напряжении = 12 вольт и токе 2 ампера, на них должно падать 13 вольт, таким образом, общая мощность рассеивания транзисторов: РVT3 = UVT3 * I VT3 = 2 * 13 = 26 Вт.       Это вполне приемлемое значение. Для выравнивания мощностей на транзисторах придётся использовать два резистора в эмитерных цепях выходных транзисторов. 0,05…1 Ом с мощностью по 2 Вт.       7. Остался один резистор Rэ. Rэ = 0,65 / 2 * 50 = 16 Ом,       где 0,65 – падение на переходе база-эмиттер, 2 – номинальный ток нагрузки = 2 ампер), 50 — усреднённое значение коэффициента передачи транзистора. Итак, рисуем схему нашего стабилизатораДополнения к статье       1. При выборе стабилитронов возможно последовательное их соединение, например два КС156А (по 5,6 вольта) можно соединить последовательно для получения стабилитрона на напряжение стабилизации 11,2 вольта;       2. Для возможности регулировки выходного напряжения в более широких пределах цепочку источника опорного напряжения R3, VD6 (см. схему) подключают не к выходу, а на вход стабилизатора с применением цепей сглаживания (по аналогии с R1, VD5 и С2). Естественно, необходимо пересчитать резистор R3. В результате этого, входное напряжение ИОН не зависит от выходного напряжения, поэтому ток стабилизации номинальный и постоянен. Другой вариант расширения диапазона стабилизируемых напряжений — использование в качестве одного резистора Rб – галентного переключателя с несколькими резисторами;       3. Для повышения нагрузочных свойств стабилизатора, и как следствие повышения надёжности рекомендую вместо двух КТ809А поставить один составной КТ827А без резисторов R4 – R6.       4. Никогда не брезгуйте рассчитать мощность резисторов, иначе это может Вам выйти кучей сгоревших дорогих элементов;       5. В приведённой схеме стабилизатора имеется защита по первичной обмотке трансформатора, а во вторичных цепях защита отсутствует. В простейшем случае поставьте на выходе стабилизатора двух-трехватный предохранитель, но лучше сделать более интеллектуальную схему защиты

Электронные устройства автоматики

Электронные устройства автоматики

Королев Г. В. Электронные устройства автоматики: Учеб. пособие. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк.— 1991. — 256 с. В книге изложены теоретические основы, принципы действия и расчеты различных электронных устройств, применяемых в автоматике. Основной элементной базой описываемых устройств являются полупроводниковые интегральные схемы и транзисторы Во втором издании (1-е — 1983 г.) расширен материал по операционным усилителям, методически переработан ряд разделов. Оглавление ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ ВВЕДЕНИЕ РАЗДЕЛ I. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ И РЕЛЕЙНЫЕ СХЕМЫ ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ УСИЛИТЕЛЕЙ § 1.2. Коэффициент усиления. Линейные и нелинейные искажения § 1.3. Эквивалентная схема усилителя. Входное и выходное сопротивления § 1.4. Показатели многокаскадных усилителей § 1.5. Шумы в усилителях Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 2. ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В УСИЛИТЕЛЯХ § 2. 1. Виды обратных связей § 2.2. Влияние обратной связи на коэффициент усиления и искажения сигнала § 2.3. Влияние отрицательной обратной связи на входное сопротивление усилителя § 2.4. Влияние отрицательной обратной связи на выходное сопротивление усилителя Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 3. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА ТРАНЗИСТОРАХ § 3.1. Включение транзистора в схему усилительного каскада. Графический анализ работы каскада § 3.2. Режимы работы транзистора в схеме усилительного каскада. Однотактные и двухтактные схемы усилительных каскадов Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА ТРАНЗИСТОРАХ § 4.1. Каскад с общим эмиттером § 4.2. Схемы с общим эмиттером с термокомпенсацией рабочей точки покоя § 4.3. Частотные искажения в схеме с общим эмиттером. Область низких частот § 4.4. Широкополосные каскады с общим эмиттером § 4.5. Каскад с общей базой (повторитель тока) § 4. 6. Каскад с общим коллектором (повторитель напряжения) § 4.7. Каскад с общим истоком § 4.8. Каскад с общим стоком (истоковыб повторитель) § 4.9. Выходные каскады (усилители мощности) Расчет бестрансформаторного двухтактного усилителя мощности Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ МНОГОКАСКАДНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ § 5.1. Усилители с резистивно-емкостной связью § 5.2. Усилители с непосредственной связью (усилители постоянного тока) § 5.3. Дифференциальные усилители § 5.4. Усилители постоянного тока с преобразованием сигнала § 5.5. Регулировка усиления сигнала в усилителях низкой частоты Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 6. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ § 6.2. Эквивалентная схема и основные параметры Области применения операционных усилителей § 6.3. Линейные схемы на операционных усилителях § 6.4. Устойчисвость и частотная коррекция операционных усилителей § 6.5. Работа операционного усилителя на низкоомную нагрузку Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 7. РЕЛЕЙНЫЕ СХЕМЫ § 7.1. Электромагнитные контактные реле. Общие сведения и основные параметры § 7.2. Электронные реле § 7.3. Электронные реле времени § 7.4. Фотоэлектронные реле § 7.5. Электронные реле на тиристорах РАЗДЕЛ II. ВЫПРЯМИТЕЛИ И СТАБИЛИЗАТОРЫ § 8.1. Определение и параметры выпрямителя § 8.2. Схемы выпрямителей § 8.3. Сглаживающие фильтры § 8.4. Фазочувстительные выпрямители и усилители § 8.5. Управляемые выпрямители и инверторы Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 9. СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА § 9.1. Параметрические стабилизаторы § 9.2. Компенсационные стабилизаторы Расчет компенсационного стабилизатора непрерывного действия Вопросы и задачи для самопроверки РАЗДЕЛ III. ПРИНЦИП РАДИОСВЯЗИ. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ § 10.1. Основные параметры радиопередающих и радиоприемных устройств § 10.2. Радиоприемник супергетеродинного типа Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 11. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ КОНТУРЫ § 11. 1. Свободные колебания в контуре § 11.2. Вынужденные колебания в последовательном контуре § 11.3. Вынужденные колебания в параллельном контуре § 11.4. Вынужденные колебания в связанных контурах Вопросы и задачи для самопроверки ГЛАВА 12. ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ § 12.1. Принципы построения генераторов § 12.2. Генератор с фазовращающей RC-цепью Расчет генератора низкой частоты § 12.3. Генератор с мостом Вина в цепи обратной связи § 12.4. Генераторы с колебательными контурами § 12.5. Стабилизация частоты LC-генераторов. Кварцевые генераторы ГЛАВА 13. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ § 13.1. Узкополосные RC-усилители § 13.2. Резонансные усилители напряжения высокой частоты § 13.3. Резонансные усилители мощности высокой частоты (генераторы с независимым возбуждением) § 13.4. Модуляция высокочастотного сигнала ЛИТЕРАТУРА

Регулятор напряжения

— Оптимизация схемы параметрического стабилизатора для уменьшения пульсаций

Задавать вопрос

спросил 6 лет, 3 месяца назад

Изменено 6 лет, 2 месяца назад

Просмотрено 479 раз

\$\начало группы\$

У нас есть системная плата для телевизора, которая будет использоваться в автомобилях. Входное напряжение будет иметь много шума и плохо регулироваться. Итак, мы хотим использовать параметрический стабилизатор на входе 12В. Напряжение аккумулятора может варьироваться от 11 В до 15,5 В, мы определили, что мы можем принимать уровни входного напряжения от 11 В до 13,8 В, а требуемый ток составляет от 450 до 500 мА. Наша схема стабилизатора начинает регулировать входное напряжение, когда оно превышает 13,4 В, но с большими пульсациями.

Это наша стандартная схема переключателя панели в красной строке и параметрический стабилизатор, который я добавил в зеленую строку:

Цепь в красной строке является фиксированной стандартной нашей схемой отключения питания, и я не могу вносить в нее какие-либо изменения. . Поэтому я добавил схему параметрического стабилизатора в зеленую линию. Проблема с этим стабилизатором в том, что он срабатывает при превышении порога, но имеет огромные пульсации:

Здесь желтая линия – это выход, а фиолетовая линия – это выход опорного напряжения (вывод 2).

Ограничение состоит в том, что я не могу использовать микросхему DC-DC или LDO для этой конструкции (потому что они дороги, этот проект готовится к массовому производству), и я должен реализовать этот стабилизатор только с компонентами, которые есть на нашем складе. Так что, если вы предложите какую-либо модификацию этой схемы или если вы могли бы предложить любую схему внутри зеленой линии здесь, это было бы очень хорошо. На данный момент я должен предупредить вас, что мы не используем операционные усилители! Эта схема может быть образована только транзисторами, ссылками и т. д. простыми компонентами.

Что я пробовал до сих пор:

Я пробовал шунтировать конденсатор 1 нФ с R537: это мало что дало, просто так мало.

Вынул входной конденсатор С1029: стало хуже.

Поставил большой выходной конденсатор на 22 мкФ на выходе: разницы никакой.

Пробовал компенсацию 1k-1pF RC между катодом и эталоном: разница невелика.

• регулятор напряжения
• аналог
• силовая электроника
• предварительный регулятор

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Сначала: У вас вообще нет входного конденсатора. Один должен быть между входом постоянного тока и землей. Его функция будет состоять в том, чтобы закорачивать входящий шум источника постоянного тока и уменьшать индуктивность входных проводов постоянного тока.

C1209 делает ваш MOSFET очень медленным. Вы должны скорее предотвратить случайные сбои в состоянии включения-выключения, не позволяя T1002 получать какие-либо пики на свою базу. Начните с перемещения нижнего провода C1029.к земле.

C1030 должен существовать, необходимо как минимум несколько uF. Это грубый способ предотвратить те скачки напряжения, которые вызваны изменениями тока настолько быстро, что регулятор не может справиться с ними из-за своей ограниченной скорости.

Генерация 10 кГц: Частота почти такая же, где усиление AP432 упало как минимум на 6 дБ, а его фазовое отставание, соответственно, легко составляет 45 градусов. В сочетании с очень медленным движением и насыщенным (= очень медленным) T1002B у вас, вероятно, достаточно строительных блоков для хорошего мультивибратора.

Уменьшите усиление разомкнутого контура. Если возможно, подключите резистор 1 кОм к эмиттеру T1002B. Если это невозможно, попробуйте создать доминирующий компенсационный полюс, вставив конденсатор между C и B T1002B. несколько сотен пФ, возможно, потребуется несколько нФ. Это заставляет иметь большой выходной конденсатор. Проверьте с помощью осциллографа, что отклонение максимального выходного тока не приводит к слишком высокому пику напряжения при максимальном входном постоянном токе.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Необходимо удалить поведение «триггер» и реализовать плавное поведение. Быстрая полоса пропускания AP432SRG-7 вызывала колебания. И высокий коэффициент усиления контура 1) полевой транзистор Пч 2) NPN с заземленным эмиттером 3) AP432 с полосой пропускания 10 000 Гц означает, что этот цикл будет скегировать/переворачиваться из одного состояния в другое.

Попробуйте ОГРОМНУЮ кепку на основе NPN, чтобы убедиться, что колебание замедлится.

Затем внедрите усилитель ошибки с ОЧЕНЬ НИЗКИМ УСИЛЕНИЕМ, например, PNP, с базой, подключенной к вершине ShuntReg, с сопротивлением 100 кОм от эмиттера к Vout, и коллектором, подключенным к базе NPN. Вам нужно ОЧЕНЬ НИЗКОЕ усиление в усилителе ошибки из-за высокого усиления в PChan и в NPN.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Шунтовой регулятор AP432 имеет сопротивление 0,2 Ом. Входной резистор составляет 9,1 кОм || 40 кОм ~ 8 кОм, поэтому коэффициент усиления составляет 8000 / 0,2 = 40 000X или 92 дБ. Эта «петля регулятора» имеет слишком большое усиление.

Замените AP432 на NPN, 9,1 кОм в эмиттере, коллектор подключен к переходу 40 кОм и 9,1 кОм. Для умеренных изменений базового напряжения мы теперь имеем коэффициент усиления 8K/9K = -1 дБ, с еще одним ослаблением 3:1 в 4 резисторах, идущих к GND. Усиление этой части петли по-прежнему ИНВЕРТИРУЕТСЯ, но усиление -11 дБ.

Теперь поместите стабилитрон (или AP432 с 2 резисторами для установки напряжения) от базы транзистора к «регулируемому Vout». Кроме того, чтобы «чувствительный» стабилитрон/AP432 имел ток, поместите 1 кОм от базы к GND.

\$\конечная группа\$

1

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Стабилизатор напряжения.

Схема, описание.         Использование материала возможно при размещении активной ссылки

Стабилизатор напряжения. Схема, описание

   Для питания различных преобразователей, приборов, электроники (СЕА), в большинстве случаев применяют стабилизаторы напряжения. Стабилизатор напряжения представляет собой устройство, предназначенное для автоматического поддержания постоянного значения напряжения на входе приемника электроэнергии независимо от колебаний сетевого напряжения и нагрузки.

   По принципу работы стабилизаторы напряжения делятся на параметрические и компенсационные. Применять параметрические стабилизаторы, в которых управляющий элемент воздействует на регулируемую переменную с целью приведения ее значения к значению заданной величины без учета разницы между заданной величиной и регулируемой.

   Самый простой и в то же время самый распространенный параметрический стабилизатор – это стабилизатор, использующий вольтамперную характеристику стабилитрона. Он представляет собой делитель напряжения, состоящий из балластного резистора Rb и стабилитрона VD1 (рис. 1).

   При расчете параметров элементов параметрического стабилизатора заранее известные величины являются пределами изменения питающего напряжения; напряжение стабилитрона равно выходному напряжению, минимальный и максимальный ток стабилизации, динамическое сопротивление стабилитрона.

• Представлена ​​информация о различных преобразователях и датчиках физических величин, параметров различных физических процессов.

• Электрофизические свойства и эффекты в различных электротехнических материалах.

• Теория, экспериментальные результаты, практическое применение

Контакты: [email protected]

Рис. 1. Параметрический стабилизатор

Рис. 2. Параметрический стабилизатор на транзисторе

Рис. 3. Комплект расширения с последовательным коммутирующий транзистор

Рис. 4. Шунтовой регулятор

Балластное сопротивление Rb = ( U н — Uст ) / Irn

где U н — номинальное значение питающего напряжения, В; Uст — напряжение стабилитрона, Iрн — номинальный рабочий ток стабилитрона, мА.

   При выборе номинального рабочего тока стабилитрона следует соблюдать ограничения:

Iст.мин. < Ирн < Ист.макс.,

   Где Ист.мин. — минимальный ток стабилитрона, мА; Ист.макс. — максимальный ток стабилитрона, мА; Irn — Номинальный рабочий ток стабилитрона, мА.

Ист.мин. значения. и Ист.макс. указаны в паспортных данных применяемого для данного типа стабилитрона.

   Номинальный рабочий ток стабилитрона

Irn = Iст.макс. ( У н — Усть ) / ( Уп.макс — Усть )

где Уп.макс — максимальное значение питающего напряжения, В.

Важными параметрами стабилизатора являются соотношение напряжения стабилизации и максимального тока нагрузки.

   Коэффициент стабилизации показывает, во сколько раз изменение напряжения превышает изменение электрического напряжения на нагрузке:

Kст = Δ U н / Δ Vвых

где Δ U н — изменение входного напряжения; Δ Vвых — выходное напряжение.

   Максимально допустимый ток нагрузки

В. макс. = (U н — Uст — Iст.мин.Rб ) / Rб

  Малая грузоподъемность и относительно небольшой коэффициент стабилизации накладывают определенные ограничения на применение параметрических стабилизаторов. К отрицательным факторам можно отнести температурную нестабильность, относительно большой разброс напряжения стабилизации одного типа прибора, невозможность изменения выходного напряжения.

   Если нагрузочную способность параметрического стабилизатора можно повысить за счет использования каскада усиления тока (рис. 2), то негативное воздействие на другие факторы весьма затруднено.

   Характеристики значительно лучше компенсационных стабилизаторов. Компенсационным стабилизатором напряжения называют стабилизатор, влияние которого на величину регулируемого напряжения зависит от разницы между значениями выходного и эталонного (опорного) напряжения.

   Одна из разновидностей компенсационного стабилизатора напряжения — стабилизатор непрерывного действия с последовательным включением регулирующего элемента, в котором используется принцип замкнутой системы автоматического регулирования.

   В схеме стабилизатора, представленной на рисунке 3, можно выделить основные функциональные узлы: элемент управления VT1, источник опорного напряжения R2VD1 и усилитель постоянного тока VT2, принцип взаимодействия описан ниже.

   Эмиттерное напряжение транзистора VT2 поддерживается постоянным по величине за счет напряжения стабилитрона VD1, рабочий ток задается резистором R2.

   При снижении напряжения на выходе стабилизатора ниже заданного уровня и базовое напряжение транзистора VT2, снимаемое с делителя напряжения RZR4. И так как после этого эмиттерное напряжение транзистора VT2 остается прежним, уменьшается напряжение и база — эмиттер, что вызывает закрытие транзистора. Коллекторное напряжение транзистора VT2 увеличивается и, воздействуя на базу транзистора VT1, открывает последний. Напряжение коллектор — эмиттер напряжение VT1 транзистора уменьшается, что вызывает увеличение выходного напряжения регулятора до заданной величины.

   Если во время работы выходное напряжение стабилизатора увеличивается, транзистор VT2 открывается, напряжение на его коллекторе уменьшается, что вызывает запирание транзистора VT1 и, как следствие, снижение выходного напряжения стабилизатора.

   Изменяя соотношение резисторов R3 и R4 можно регулировать выходное напряжение стабилизатора в определенных пределах.

   Коэффициент стабилизации в стабилизаторах непрерывного действия выше, чем коэффициент стабилизации в стабилизаторах параметрических, и достигает 200, при увеличении коэффициента усиления усилителя постоянного тока, использовании отдельного опорного напряжения и т.п. может достигать нескольких тысяч. Внутреннее сопротивление таких стабилизаторов может иметь величину до нескольких миллиметров, что позволяет использовать их для питания низкоомной нагрузки.

   Следующим представителем этого класса стабилизаторов является компенсационный стабилизатор непрерывного действия с параллельным регулирующим элементом (рис. 4). Использование таких стабилизаторов целесообразно только при незначительном изменении тока нагрузки в процессе эксплуатации. В противном случае эффективность таких стабилизаторов становится крайне низкой, что накладывает ограничения на их использование.