Расчет электрических схем

3. Расчет электрических схем

3.1 Расчет стабилизатора напряжения

Исходными данными для расчета стабилизатора являются U_ВЫХ, ток нагрузки I_Н, пределы регулировки выходного напряжения U_ВЫХminи U_ВЫХmax , допустимые отклонения входного напряжения в сторону повышения и понижения а_ВХ.max и а_ВХ.min , коэффициент стабилизации К_СТ, выходное сопротивление стабилизатора, отклонения выходного напряжения от номинального.

В результате расчета необходимо определить параметры элементов схемы стабилизатора , а также величины входного напряжения и входного тока необходимые для расчета выпрямителя.

Исходя из того, что при I_Н <(0.02...0.03) А в регулирующий элемент входит 1 транзистор, при (0.02...0.03)< I_Н <(0.5...0.6)А – 2 транзистора, при (0.5...0.6) <I_Н <(4...6) А – 3 транзистора [1]), а в нашем случае I_Н=0.1 А, делаем вывод, что в регулирующий элемент будет входить 2 транзистора. Соответствующая схема приведена в приложении.

Найдем напряжение на входе стабилизатора

 (3.1)

где U_КЭРmin – минимальное напряжение на участке коллектор-эмиттер регулирующего транзистора, (3...5)В – для кремниевых транзисторов [2];

U_mпвх – амплитуда пульсаций входного напряжения, которая определяется по формуле

 ( 3.2)

Значит

 (3.3)

Зададимся допустимыми отклонениями входного напряжения стабилизатора от номинального в сторону увеличения а_ВХ и уменьшения b_ВХ и примем их равными 0,05 В. Тогда номинальное и максимальное напряжение на входе стабилизатора

 (3.4)

 (3.5)

Для транзистора Т₁₁ максимальный ток коллектора I_кmax , напряжение коллектор-эмиттер U_КЭmax и максимальная рассеиваемая мощность, определяется как

 (3.6)

 (3.7)

 (3.8)

Выбираем транзистор КТ902А, для которого I_кmax=5 А и U_КЭmax=110 В, h_21Э=15, I_КБ0=10мА, Р_кmax= 5 Вт (транзистор необходимо установить на теплоотвод, Р_кmax=30 Вт ).

Максимальный ток коллектора I_кmax (U_КЭmax11= U_КЭmax12= U_КЭmax13) и максимальную рассеиваемую мощность для транзистора Т₁₂, определим как

 (3.9)

 (3.10)

Выбираем транзистор КТ604А, для которого I_кmax=0,2 А и U_КЭmax=250 В, h_21Э=10, I_КБ0=0,05мА, Р_кmax= 0.8 Вт.

Максимальный ток коллектора I_кmax (U_КЭmax11= U_КЭmax12= U_КЭmax13) и максимальную рассеиваемую мощность для транзистора Т₁₃, определим как

 (3.11)

 (3.12)

Выбираем транзистор КТ312Б, для которого I_кmax=0,03 А и U_КЭmax=30 В, h_21Э=25, Р_кmax= 0.225 Вт.

Максимальный ток коллектора I_кmax и напряжение коллектор-эмиттер U_КЭmax и максимальная рассеиваемая мощность для транзистора Т₂, определяется как [1]

 (3.13)

 , (3.14)

 (3.15)

Выбираем транзистор КТ312Б, для которого I_кmax=0,03 А и U_КЭmax=30 В, h_21Э=25, Р_кmax= 0.225 Вт.

Выберем типы стабилитронов, для чего определим U_СТ и I_СТ [1]

 (3.16)

 , (3.17)

 (3.18)

 (3.19)

Выбираем стабилитроны типа Д815Ж, для которого I_СТmax=0,450 А и U_СТmax=18 В.

Определим сопротивления резисторов по следующим формулам ( зададимся током делителя I_Д=(5...10) мА и минимальным током стабилизации I_СТMIN=(3...5) мА) [1]

 (3.20)

 (3.21)

 (3.22)

 (3.23)

 (3.24)

 (3.25)

 (3.26)

 (3.27)

 (3.28)

Округлим полученные расчетные значения номиналов резисторов до ближайших из ряда стандартных и получим R1=3 кОм, R2=1 кОм, R3= 620 Ом ,

R4=680 Ом, R5=2.7 кОм , R6=2 кОм, R7=390 кОм , R8=1.5 кОм.

Емкость конденсатора С3 на выходе стабилизатора определим по формуле

 (3.29 )

где R_ВЫХ – выходное сопротивление стабилизатора (R_ВЫХ»(0.1...1) Ом);

h_21Э– коэффициент передачи наиболее нагруженного транзистора (h_21Э=15);

f_h21– предельная частота коэффициента передачи тока наиболее мощного регулирующего транзистора ( для КТ902А – 35 МГц).

Округлим полученное значение до ближайшего стандартного и получим С3=0,051 мкФ.