1.Мета роботи: Навчитись розраховувати напывпровідниковий стабілізатор напруги. 1.Мета роботи: Навчитись розраховувати напівпровідниковий стабілізатор напруги. Рис.1 Схема параметричного стабілізатора напруги. 2.Теоретичні основи Принцип дії параметричних стабілізаторів напруги грунтується на використанні напівпровідникових діодів – стабілітронів, вольт-амперні характеристики (ВАХ) яких мають ділянки з практично відсутньою залежністю напруги від струму. При увімкненні стабілітрона в зворотньому напрямі його ВАХ в цьому разі має вигляд прямої вертикальної лінії, яка проходить майже паралельно осі струмів. При зміні в широких межах струму через прилад, спад напруги на ньому практично не змінюється. На рис.1 наведена схема параметричного стабілізатора напруги. Якщо вхідна напруга Uвх стабілізатора збільшується, то це приводить до збільшення струму через стабілітрон і баластний резистор Rб (Rн = const). Надлишок вхідної напруги надає на Rб, а напруга Uвих – на опорі навантаження., що дорівнює Uст, залишається незмінною. При зміні опору Rн, струм, що протікає через опір Rб збільшується внаслідок збільшення струму навантаження і струму через стабілітрон, зростає напруга на резисторі Rб, а напруга Uвих практично зберігається незмінною. Стабілітрони допускають їх послідовне включення. Напруга стабілізації при цьому додається. Паралельне сполучення стабілітронів недопустиме, тому що внаслідок неідентичності їх характеристик струми, які протікають через стабілітрони, розподіляються нерівномірно, що призведе до виходу з ладу одного із стбілітронів. 3.Методика розрахунку Вихідні дані для розрахунку параметричного стабілізатора: потужність навантаження Pн; напругана навантаженні Uвих; номінальне значення вхідної напруги Uнвх; відносна зміна вхідної напруги ? = ?н1 = ?в1 Приклад: Pн = 100(мВт) Uн = Uвих = 10(В) Uнвх = 14(В) ? = 0,1. 3.1 Визначаємо параметнри навантаження: ; 3.2 Розрахунок параметричного стабілізатора зводиться до: вибору стабілітрона; розрахунку баластного опору Rб; перевірки забезпечення умов стабілізації джерела; Вибір стабілітрона Так як напруга навантаження Uвих = Uн = 10В, то для її стабілізації номінальна напруга стабілітрона повинна дорівнювати: Uст.н = Uн = 10В Із довідника [Л1, Л2] вибираємо стабілітрон, що задовільняє цій умові, а саме Д814В, паспортні дані якого: Uст.н = 10В; Iст.min = 3мА; Іст.max = 32мА; Rд = 12Ом. Визначаємо номінальне значення струму стабілізації стабілітрона: Iст.н = (Іст.min + Iст.max)/2 = 17,5(мА)
-1- Розрахунок баластного опору Для схеми рис.1 згідно законів Кірхгофа запишемо наступні рівняння: Uвх = Uст + UБ = Uст. + RБIБ (1) ІБ = Іст + Ін (2) Тоді із (1) і (2) можна визначити значення баластного резистора Rб
За шкалою номінальних величин вибираємо опір баластного резистора RБ = 150(Ом) 4.Перевірка умов стабілізації постійної напруги А) Для цього побудуємо ділянку ВАХ стабілітрона та навантажувальні прямі з врахуванням зміни напруги на вході схеми. Робочу ділянку ВАХ стабілітрона будуємо за значеннями динамічного опору стабілітрона Rд, напруги Uст.н, Іст.н. (Рис.2). Кут ? між робочою ділянкою ВАХ стабілітрона та віссю ординат з врахуванням масштабів струму визначається так: , де mu = 1В/см; mi = 0,005(А/см) Б) Для побудови навантажувальноъ прямої при Uнвх необхідно зробити деякі перетворення. Так як вітка з джерелом напруги Uнвх (рис.1) й резистори RБ та віттка з навантаженням Rн з’єднані паралельно і містять тільки лінійні елементи, то заміненмо їх еквівалентною віткою (рис. 4), параметри якої визначаємо за виразами:
Рис.2 Еквівалентна схема параметричного стабілізатора напруги. Параметри схеми визначаються такими виразами:
Для схеми рис.4 згідно закону Кірхгофа запишемо: U’ = R’ Iст + Uст За цим рівнянням побудуємо навантажувальну пряму. Для цього визначимо координати 2-х точок, а саме: на осі ординат при Іст. = 0; Uст = U’ = 12,2(В) на осі абсцис при Ucт = 0; Через ці точки проведемо навантажувальну пряму. В) Для перевірки забезпечення умови стабілізації джерела необхідно побудувати дві навантажувальні прям, що відповідають зміні напруги в межах 0,9Uнвх до 1,1Uнвх (від 0,9 U’ до 1,1U’); Uвх min = Uнвх (1-?) = 14 (1-0,1) = 14 х 0,9 = 12,6 (В) Uвх max = Uнвх (1+?) = 14 (1+0,1) = 14 х 1,1 = 15,6 (В) Або: U’вх min = U’(1-?) = 12,2 x 0,9 = 10,96 (В) Uвх max = U’(1+?) = 12,2 x 1,1 = 13,44 (В) -2- Побудова цих навантажувальних прямих здійснюється шляхом проведення двох прямих, паралельних до навантажувальної прямої при номінальній напрузі Uнвх, через точки, що зсунені вліво та вправо на 0,1 U’ від напруги U’ = 12,2 В. З рис.3 видно, що побудовані паралельні прямі перетинають робочу ділянку ВАХ стабілітрона в точках, які розсташовані в межах від Іст.min до Іст.max. Отже, умови стабілізації забезпечуються. 5.Завдання Розрахувавши параметричний стабілізатор напруги відповідно заданого варіанту за даними привединими в таблиці 1 і таблиці 2. Таблиця 1 Варіант Дані для розрахунку
