ЗАДАНИЕ №3 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СТАБИЛИЗАТОРА ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Цель работы:согласно заданных исходных данных выбрать стабилитрон и рассчитать параметры стабилизатора напряжения, изучить правила обозначения элементов по электронной схеме и дать навыки пользования справочниками по приборам.

 

Обозначения элементов на электронных схемах

На схеме элементы обозначаются согласно определенным стандартам.

Обозначение элементов подписывается:

       - при горизонтальном расположении элемента либо сверху, либо снизу

 

 

- при вертикальном расположении справа или слева.

Писать маркировку элемента и его марку «через» элемент недопустимо:

           

 

После расчета значения сопротивления или емкости из ряда номинальных значений выбирают величину, выпускаемую промышленностью. Существует несколько рядов номинальных значений отличающихся допуском в процентах E3, Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Наиболее распространен ряд Е24 (5%).

 

Ряд	Допуск	Стандартный ряд значений [×10; ×100] (Ом, кОм, мОм) (нФ, пФ)
Е6	±20%	1,0	1,5	2,2	3,3	4,7	6,8
Е12	±10%	1,0 1,2	1,5 1,8	2,2 2,7	3,3 3,9	4,7 5,6	6,8 8,2
Е24	±5%	1,0 1,1 1,2 1,3	1,5 1,6 1,8 2,0	2,2 2,4 2,7 3,0	3,3 3,6 3,9 4,3	4,7 5,1 5,6 6,2	6,8 7,5 8,2 9,1
Е48	±2%	100 105 110 115 121 127 133 140	147 154 154 162 169 178 187 196	205 215 226 237 249 261 274 287	301 316 332 348 365 383 402 422	442 464 487 511 536 562 590 619	649 681 715 750 787 825 866 909 953

 

Любое число ряда может иметь размерность Ом, кОм, мОм - для сопротивления, нФ, пФ ‑ для емкости, и быть умножено на 10 или на 100.

На схемах сопротивление обозначается по следующему правилу:

- если значения сопротивления находится в пределах 0 <R< 1000 Ом, оно обозначается в омах и подписывается в виде целого числа без букв (пример: R₁ = 100 Омна схеме пишется R1 100);

- если значение сопротивления находится в пределах 1000 Ом≤R< 1000000Ом, оно обозначается в килоомах, и подписывается в виде целого или дробного числа с буквой К (пример: R₂ = 1000 Ом = 1 кОм на схеме пишется R2 1К);

- если значение сопротивления больше или равно 10⁶ Ом, оно обозначается в мегаомах и подписывается в виде десятичной дроби без буквы (пример: R₃ = 210⁶ Ом= 2 МОм на схеме пишется R3 2,0).

       Стабилизатор напряжения (тока)‑ устройство, включаемое между источником и потребителем, автоматически поддерживающее постоянным напряжение (ток) потребителя с заданной степенью точности при изменении дестабилизирующих факторов в заданных пределах. Основными дестабилизирующими факторами являются колебания входного (питающего) напряжения, изменения потребляемой мощности, температуры окружающей среды и др.

       Параметрический стабилизатор‑ стабилизатор, в котором стабилизация напряжения (тока) осуществляется за счет включения нелинейного элемента, имеющего соответствующую вольт-амперную характеристику. В стабилизаторах напряжения нелинейный элемент включают параллельно нагрузке, в стабилизаторах тока ‑ последовательно с нагрузкой.

Схема параметрического стабилизатора, предназначена для поддержания неизменным постоянного напряжения на нагрузке U_н (стабилизации), при отключении входного напряжения U_o вниз на ∆₁ % и вверх на ∆₂ %, и колебания тока через нагрузку, от рабочего I_н до минимального I_{н min} с требуемым коэффициентом стабилизации.

Исходные данные:

 

U_н = 10 B,

I_н = 15 мА,

I_нmin = 5 мА,

К_ст≥ 30,

∆₁ =∆₂ = 10 %

 

Выбрать стабилитронVD, рассчитать балластное сопротивление R_би коэффициент полезного действия η.

 

I. Выбирается стабилитрон и рассчитывается допустимый коэффициент стабилизации при выбранном стабилитроне:

.

Данный коэффициент должен быть больше коэффициента стабилизации К_ст, требуемого по условию (К_ст.доп.>К_ст).

При выборе стабилитрона должны соблюдаться следующие условия:

U_ст=U_н, I_ст.min ≤ I_н≤ I_ст.max.

Выбор по первому условию не всегда дает положительный результат, так как иногда невозможно подобрать стабилитрон с необходимыми параметрами, поэтому возможны три варианта схем, параметры которых удовлетворяют данному условию:

       а). Выбран стабилитрон, у которого:U_ст = U_н, в формулу для допустимого коэффициента стабилизацииК_ст.доп подставляется (U_ст^*=U_ст), выбранного стабилитрона, а также дифференциальное сопротивление стабилизатора равно дифференциальному сопротивлению стабилитрона(r^*_ст = r_ст).

Схема 1

 

 

б). Не удается подобрать один стабилитрон, но есть вариант подбора двух (или трех), у которых U_ст1 + U_ст2 = U_н, в формуле К_ст.доп: U_ст^* = U_ст1 + U_ст2, а дифференциальное сопротивление стабилизатора r_ст^* следует принять как большее из дифференциальных сопротивлений выбранных стабилитронов r_ст1 и r_{ст 2}.

Схема 2

 

 

в). Удается подобрать стабилитрон, отличающийся по напряжению от номинального U_н на 1-2 В, тогда последовательно со стабилитроном включается соответственно 1-2 диода в прямом направлении (т.к. прямое падение напряжения на диоде U_пр.д. равно 1В) и в формуле для допустимого коэффициента стабилизацииК_ст.доп: U_ст^* = U_ст+ U_пр.д., а дифференциальное сопротивление стабилизатора равно дифференциальному сопротивлению стабилитрона (r_ст^* = r_ст).

Схема 3

 

Диод выбирается из условий:I_пр.max>I_ст.min,U_обр ≈ U_о.

 

Выбран стабилитрон Д810, у которого:

U_ст = 10 В (условие выбора выполняется 10 В = 10 В);

I_ст.min = 3мА, I_ст.max =26 мА (условие выполняется 3<15< 26 мА);

r_ст = 12 Ом.

Так какдопустимый коэффициент стабилизации больше коэффициента стабилизации, принятого по условию: К_ст.доп>К_ст‑ 42 > 30, то схема будет работать, если условие К_ст.доп>К_стне выполняется, необходимо взять другой стабилитрон (или два последовательно) сменьшимдифференциальным сопротивлением r_ст.

 

II. Рассчитывается входное напряжение U_о

       В

       Можно (и желательно) округлять до целых, так как по этому напряжению выбирается и рассчитывается выпрямитель.

 

III. Рассчитывается балластное сопротивление стабилизатора R_б и проверяется по максимальному току стабилитрона.

Ом

Из ряда стандартных значений принимаем ближайшее меньшее R_б= 1300 Ом = 1,3 кОм

 

IV. Проводится проверка по максимальному току стабилитрона. Расчетный ток

I^’_ст.max должен быть меньше I_ст.max у стабилитрона.

А = 18 мА

I^’_ст.max<I_ст.max, 18 мА<26 мА.

Если условие не выполняется, необходимо взять следующее большее значение R_б, но это приведет к уменьшению КПД схемы.

 

V. Рассчитывается КПД стабилизатора при максимальной загрузке

,

 

где А

Схема 4

 

Исходные данные для расчета параметрического стабилизаторанапряжения

 

Вариант	Напряжение на нагрузке Uн, В	Ток нагрузки Iн, мА
1	28	7,3
2	29	6,3
3	30	5,3
4	24	4,3
5	25	3,3
6	26	30,6
7	27	29,6
8	28	28,6
9	29	19,8
10	30	18,8
11	31	17,8
12	16	16,8
13	17	26,2
14	18	25,2
15	19	24,2
16	20	23,2
17	21	15,9
18	22	14,9
19	7	27,6
20	8	26,6
21	6	25,6
22	7	24,6
23	8	23,6
24	9	22,6
25	10	21,6
26	11	20,6

 

ЗАДАНИЕ №4Расчет усилителя на биполярном транзисторе

Цель работы:согласно заданных исходных данных выбрать транзистор и рассчитать параметры элементов схемы. Определить коэффициент усиления по напряжению и КПД.

 

       Усилитель‑ устройство, увеличивающее мощность (напряжение, силу тока) входного сигнала за счет энергии внешних источников питания посредством усилительных элементов (полупроводниковых приборов, электронных ламп и др.).

       Основными элементами усилителя являются усилительный элемент, функцию которого выполняет биполярный транзистор, полевой транзистор или электронная лампа, и резистор. Совместно с напряжением питания U_п эти элементы образуют входную цепь. Усиливаемый сигнал U_вх подается на вход усилительного элемента. Усиленный сигнал U_вых снимается с выхода усилительного элемента. Он создается в результате изменения сопротивления усилительного элемента и, следовательно, тока в выходной цепи под воздействием входного напряжения.

 

Исходные данные:

 

U_п = 8 В

U_вых = 3 В

R_н = 500 Ом

f_н = 1000 Гц

S = 5-коэффициент

нестабильности

 

U_п‑ напряжение источника питания;

VT, R_к‑ усилительный элемент;

С_р‑ разделительный конденсатор ‑ пропускает в цепь нагрузки переменную составляющую и задерживает постоянную;

R₁,R₂‑резисторы используемые для задания режима покоя: обеспечивают исходное напряжение на базе U_бэп относительно +U_п;

R_э‑ элемент отрицательной обратной связи, предназначенный для стабилизации режима покоя при изменении температуры;

С_э‑ конденсатор, который шунтирует резистор R_э по переменному току, исключая проявление отрицательной обратной связи по переменным составляющим.

 

Выбрать транзисторVТ, рассчитать параметры элементов схемыи коэффициент полезного действия η.

 

1. Выбор транзистора:

 

Выбираем транзистор из условий:

 

U_кэ.max ≥ (1,1 ÷ 1,3)∙U_п = 1,2∙8 = 9,6 B

Equation.3 А = 12 мА

f_г>10∙f_н = 10∙1000 = 10000 Гц = 10 кГц,

 

где U_кэ.max‑максимально-допустимое напряжение коллектор-эмиттер; U_п‑ напряжение питания; I_к.max‑ максимально-допустимый ток коллектора; I_н‑ ток нагрузки; U_вых‑ выходное напряжение; R_н‑ сопротивление нагрузки; f_н‑ номинальная частота работы усилителя; f_г‑ граничная частота работы транзистора (справочные данные).

 

 По справочнику принимаем транзистор МП13Б p-n-p типа.

 

U_кэ.max = 15 В > 9,6 B;

I_к.max = 20 мА > 12 мА;

       f_г = 1000 кГц > 10 кГц;

       h₂₁ = 20…60‑ коэффициент передачи тока в режиме малого сигнала.

 

2. Расчёт параметров режима покоя схемы:

Режим покоя ‑ режим работы усилителя, характеризующийся коротким замыканием на входе и холостым ходом на выходе относительно переменных составляющих входного и выходного напряжения, он определяет электрическое состояние схемы при отсутствии входного сигнала.

       В режиме покоя напряжение на выходе (переменная составляющая) идеального усилителя равно нулю. Для реального усилителя оно состоит из напряжения шумов и напряжения дрейфа.

Энергетической характеристикой усилителя является потребляемый ток в режиме покоя I_п‑ ток (токи), потребляемый усилителем от источника питания в режиме покоя.

 

а) Расчёт тока покоя коллектора транзистора:

 

I_кп = I_н + I_{к. min},

где I_{к. min}‑ минимальный ток коллектора.

Equation.3 A = 6 мА

I_к.min = (0,05 ÷ 0,2)∙I_н = 0,2∙0,006 = 0,0012 A = 1,2мА

I_кп = I_н + I_к.min = 0,006 + 0,0012 = 0,0072 A = 7,2 мА

 

б) Расчёт тока покоя базы транзистора:

 

Equation.3 A = 0,18мА,

где Equation.3 - средневзвешенный коэффициент передачи тока

 

в) Расчёт тока покоя эмиттера транзистора:

 

I_эп = I_кп + I_бп = 0,0072 + 0,00018 = 0,00738A = 7,38мА

 

г) Расчёт напряжения коллектор-эмиттер покоя U_кэп транзистора:

 

U_кэп = U_вых + (0,5 ÷ 1) = 3 + 0,5 =3,5 B

 

3. Расчёт сопротивления цепи эмиттера:

 

Equation.3 Ом

4. Расчет сопротивления цепи коллектора:

 

Equation.3 Ом

 

Производим перерасчет максимально-допустимого тока коллектора усилителя, с учетом выбранных резисторов:

 

Equation.3 A = 12мА < 20мA

 

5. Расчёт сопротивления цепи базы:

 

Equation.3 Ом

 

Сопротивление цепи базы транзистора состоит из двух сопротивлений R₁ и R₂, определим данные сопротивления:

 

Equation.3 Ом

 

где U_бэп‑ напряжение база-эмиттер покоя, которое для германиевых транзисторов составляет 0,25 В, а для кремниевых ‑ 0,6 В.

 

Equation.3 Ом

 

Уточняем сопротивление цепи базы транзистора с учетом полученных сопротивлений R₁ и R₂:

 

Equation.3 Ом

 

       Проверяем транзистор по максимально-допустимому току базы:

 

Equation.3 А = 1,3мА

 

Должно выполняться условие:

 

5∙I_бп = 0,0009A <I_д= 0,0013A

 

В случае если данное условие не выполняется, необходимо взять меньшие стандартные сопротивления R₁ и R₂.

 

6. Расчёт ёмкости конденсатора цепи эмиттера:

 

Equation.3 Ф = 15,915 ≈ 15 мкФ

 

7. Расчёт ёмкости разделительного конденсатора:

 

Equation.3 Ф = 2,4 мкФ

 

8. Расчёт коэффициента усиления по напряжению:

 

Equation.3 

 

9. Расчёт коэффициента полезного действия усилителя:

 

Equation.3 %

 

 

 

Исходные данные для расчета усилительного каскада на биполярном транзисторе

 

Вариант	Uп,В	Rн,Ом	Uвых,В	Fн,Гц	Коэффициент нестабильности S
1	15	800	7	400	5
2	9	600	3,8	100	5
3	6	500	2,7	50	5
4	5	850	2	700	5
5	8	600	3,5	500	5
6	6	300	2,5	1000	5
7	10	700	4,5	300	5
8	12	1000	5	70	5
9	3	280	1,6	1600	5
10	6	400	2	500	5
11	8	500	3	1000	5
12	5	300	2,2	50	5
13	6	450	2,5	200	5
14	18	1000	6	1500	5
15	12	800	4,5	1000	5
16	10	800	3	50	5
17	3	200	1	2000	5
18	9	700	4	100	5
19	15	900	5,5	1000	5
20	24	2200	9	2000	5
21	8	500	3,5	1500	5
22	12	900	4	80	5
23	10	600	3,5	1000	5
24	6	600	2	2000	5
25	12	700	3,5	7000	5
26	8	600	3	300	5
27	5	400	2,3	800	5
28	6	300	2	3000	5
29	12	900	5	4000	5
30	15	1000	6	1500	5

 

---

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1318; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!