Рис.1. Схема електрична принципова компенсаційного стабілізатора постійної напруги послідовного типу
Компенсаційний стабілізатор напруги на транзисторах складається з регулюючого транзистора VT3, джерела опорної напруги на кремнієвому стабілітроні VD1, підсилюючого транзистора VT2, який виконує також функцію порівняння і вихідного подільника напруги на резисторах R6, R7, R8. Резистор R2 забезпечує необхідне значення струму, який протікає через стабілітрон VD1. Частина вихідної напруги знімається з резистора R6 і подається на базу транзистора VT2 і порівнюється з опорною напругою, яка визначається напругою стабілізації стабілітрона VD1. При збільшенні напруги на виході стабілізатора, напруга на базі транзистора VT2 зростає, що приводить до збільшення струму бази і відповідно струму колектора транзистора VT2. При зростанні колекторного струму VT2 збільшується спад напруги на резисторі R1, а потенціал колектора VT2 і бази VT3 зменшується, що приводить до запирання транзистора VT3. Його опір зростає, а напруга на виході стабілізатора зменшується. Аналогічно працює схема при зменшенні вихідної напруги і автоматично підтримує, з певною похибкою, вихідну напругу на заданому рівні. Якщо стабілізатор розрахований на невеликий струм (0,1 ... 0,3 А), то регулюючий транзистор вибирається з великим коефіцієнтом підсилення за струмом (? > 100) необхідність в транзисторі VT1 відпадає і база VT3 безпосередньо з’єднується з колектором VT2. при більших струмах використання додаткового транзистора VT1 стає необхідним.
Схема захисту стабілізатора від короткого замикання на виході cкладається з транзистора VT4, резистора захисту R5 і подільника напруги R3 і R4. Спад напруги на резисторі захисту R5, який створюється струмом навантаження, прикладається до бази транзистора VT4 і є для цього транзистора від відкриваючий. Одночасно при допомозі подільника R3 і R4 на емітер транзистора VT4 подається напруга зміщення, яка підтримує транзистор VT4 в закритому стані. При досягненні струмом навантаження значення, при якому повинен спрацювати захист, спад напруги на R5 зростає і стає рівним напрузі відкривання VT4. Транзистор VT4 відкривається, напруга на його колекторі понижається, що приводить до закривання транзистора VT1 і VT3 При зменшенні струму навантаження транзистор VT4 закривається і стабілізатор працює в звичайному режимі.
Розрахунок починаємо з визначення мінімальної напруги на вході стабілізатора
EMBED Equation.2
де Uке.min ? мінімальна напруга між емітером і колектором регулюючого транзистора. Для кремнієвого транзистора Uке.min=(4 ... 7) В; ?Uвих ? відхилення напруги на виході стабілізатора від номінальної, ?Uвих = 0,1·Uном.
Номінальне і максимальне значення напруги на вході стабілізатора з врахуванням відхилення вхідної напруги ?н буде дорівнювати
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2
Визначаємо максимальний спад напруги на колекторі регулюючого транзистора VT3
EMBED Equation.2
Знаходимо максимальну потужність, яка розсіюються на колекторі регулюючого транзистора
EMBED Equation.2 .
При виборі регулюючого транзистора керуємося такими вимогами
EMBED Equation.2
Вибираємо тип регулюючого транзистора з відповідними електричними параметрами: ?; Uке.доп; Iк.доп; Pк.доп.
Визначаємо струм бази регулюючого транзистора
EMBED Equation.2
якщо Іб3 > 10 мА, використовуємо додатковий транзистор VT1.
Максимальна потужність, розсіювана додатковим транзистором
EMBED Equation.3 .
Вибираємо тип додаткового транзистора з відповідними електричними параметрами: ?; Uке.доп; Iк.доп; Pк.доп.
Визначаємо струм бази додаткового транзистора
EMBED Equation.2
Приймаємо значення струму колектора підсилювального транзистора VT2 з умови
EMBED Equation.2
Приймаємо значення Iк2. якщо цей струм дуже малий (при наявності VT1), то вибирається Iк2 = (0,5 ... 2) мА.
Вибираємо тип підсилюючого транзистора VT2 для якого відомі електричні параметри: Ік.max ; Uке.доп ; ? ; Pк.доп; f?.
Знаходимо значення струму бази транзистора VT2 в режимі спокою
EMBED Equation.2
Вибираємо тип кремнієвого стабілітрона, який повинен мати номінальну напругу стабілізації
EMBED Equation.2
Вибираємо тип кремнієвого стабілітрона, для якого відомі електричні параметри: Ucт; Іст.min; Іст.max; rд.
Знаходимо коефіцієнт ділення подільника напруги на резисторах R6, R7, R8
EMBED Equation.2 .
Вибираємо струм подільника Іп1 = (1 ... 2) мА і знаходимо значення сумарного опору подільника
EMBED Equation.2
Оскільки вихідна напруга стабілізатора повинна регулюватися в границях ?10%, а напруга стабілізації стабілітрона може також змінюватися в границях від Uст.min до Uст/max, то визначаємо опір нижнього плеча подільника для крайніх значень Uст і Uвих
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2
Визначаємо значення опорів подільника
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2
Опір резистора R2 розраховуємо з умови забезпечення протікання через стабілітрон додаткового струму
EMBED Equation.3
EMBED Equation.2
Задаємося значенням напруги додаткового джерела живлення підсилювального каскаду на транзисторі VT2 рівною E0 >Uвхmax і розраховуємо значення резистора R1
EMBED Equation.2
Визначаємо коефіцієнт підсилення за напругою підсилювального каскаду на транзисторі VT2
EMBED Equation.2
де S2=?Iк2/?Uбе2 ? крутизна характеристики транзистора VT2. Для малопотужних транзисторів значення крутизни дорівнює
EMBED Equation.3 А/В.
Знаходимо значення коефіцієнта стабілізації стабілізатора
EMBED Equation.2
Напруга E0 може бути вибрана рівною Uвх.min якщо розрахований Кст більший від заданого. При цьому спрощується принципова схема стабілізатора, так як відпадає необхідність у додатковому джерелі напруги.
Задаємося максимально-допустимим значенням потужності, яка може розсіюватися на колекторі регулюючого транзистора VT1 в режимі перенавантаження EMBED Equation.2 і знаходимо значення опору захисту R5
EMBED Equation.2
де Uбе4 ? напруга відкривання транзистора захисту VT4. Для кремнієвих транзисторів Uбе3=0,6В.
Встановлюємо максимальний струм спрацювання схеми захисту ІЗmax=(2 ... 3)Іном і визначаємо напругу зміщення транзистора VT4
EMBED Equation.2
Задаємося значенням струму подільника напруги на резисторах R3 і R4: Iп2 =(1 ... 2)мА і знаходимо значення резисторів цього подільника
EMBED Equation.2
EMBED Equation.2
Коефіцієнт корисної дії стабілізатора знаходимо використовуючи наступний вираз [ 1 ]
EMBED Equation.2 ,
де ? EMBED Equation.2 .
задаємося напругою пульсацій на виході стабілізатора Uп (одиниці В).
Напруга на виході випрямляча під навантаженням
EMBED Equation.3 .
Якщо в схемі використано мостовий випрямляч, то номінальна потужність трансформатора
EMBED Equation.3 ,
де А = 1,2 ? коефіцієнт форми струму; UD ? спад напруги на одному діоді мостового випрямляча. Для кремнієвих діодів можна прийняти UD = 1 В.
Внутрішній опір трансформатора
EMBED Equation.3 ,
де В ? коефіцієнт втрат в трансформаторі, який залежить від його номінальної потужності (табл. 1).
Табл. 1
Ємність конденсатора фільтра
EMBED Equation.3 .
Коефіцієнт пульсації вихідної напруги стабілізатора
EMBED Equation.3 .
