Файл: Федосеев П.Г. Основы проектирования транзисторных стабилизаторов напряжения учеб. пособие для студентов специальности 0615 Звукотехника.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.07.2024
Просмотров: 94
Скачиваний: 0
Так, при £ n i min = const |
п /ii = /nmin линия общего балластного |
|
сопротивления сместится |
в положение nx-n'v |
a при .£B i тах = |
= const и / в = / Н т [ 1 ) — в положение
Таким образом, точки 1, 2, 3 и 4 на характеристиках транзи стора отвечают возможным предельным сочетаниям £ В | и /„. Точка 3 определяет наиболее напряженный тепловой режим исполнительного транзистора, при котором мощность рассеяния
к (3) |
' к max ^ кэ (3)' к (З)- |
|
|
|
|
|
|
|
Кроме того, в этом же режиме источник |
сигнала |
управления |
||||||
должен обеспечивать наибольшее значение тока базы |
Тп. |
кол |
||||||
2. Из построения следует, что размах изменений тока |
||||||||
лектора зависит от пределов изменения тока нагрузки |
(тре |
|||||||
буется тем больший ток /К (3 ), чем меньше / и m m ) , |
диапазона |
коле |
||||||
баний |
напряжения |
сети (чем |
больше |
E B |
L т а х |
по |
сравнению |
|
с ЕВ 1 тш, тем больше ток /К (3 )) |
и от выбора |
соотношения |
E B { M I N |
|||||
и UAN. |
Поскольку |
диапазон изменения |
тока |
нагрузки и напря |
жения сети задан, то уменьшение мощности потерь в режиме 3
может быть |
достигнуто |
за |
счет |
выбора |
большего |
напряжения- |
|||||||
выпрямителя ЕЫ mm и |
соответственно — большего |
балластного |
|||||||||||
сопротивления |
/?бо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Это следует из соотношений |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
р |
|
_ F |
|
I I |
-4-11 |
-1 |
I |
\ Р |
|
||||
^ D l |
max |
а л |
в1 min |
^ H;V > |
\ J н min г |
1 к (3) ) -^бО ' |
|||||||
|
^ в 1 min= |
^uN |
|
(Ai max |
"Г" ^ к |
(i)) P~UQ |
|
|
|||||
Исключив Roo, получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
ат р |
|
II |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
= |
_ . |
Bl min |
и liN |
|
— I |
|
\ — I |
|
|
|||
* |
|
|
|
if |
|
|
|
||||||
K ( 3 ) |
|
£ B l m i n - ^ „ : V |
|
" M A X |
K ( 1 ) / |
|
" M L N |
|
|||||
или, пренебрегая малым значением /К (и, |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
(ат j |
/ |
|
\ с |
// |
|
|
/ |
\ ц |
|||
|
|
I а п |
птах |
и min |
J |
Blmin |
v umax |
umin / |
HJV |
||||
Ac (3) |
= |
: |
|
|
E |
, |
. — U,.N |
|
|
|
|
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
Bl min |
n/V |
|
|
|
|
|
С увеличением |
E B L |
mm знаменатель |
последнего |
равенства растет |
|||||||||
быстрее числителя; |
следовательно, |
требуемый ток / к ( 3 ) = / К П 1 а х , |
|||||||||||
а также мощность рассеяния исполнительного |
транзистора |
||||||||||||
уменьшаются. |
|
E B I т 1 |
п и RQ0 снижается |
|
|
|
|||||||
Однако с ростом |
к. п. д. устройства, |
||||||||||||
т. е. увеличиваются мощность |
и |
габариты |
выпрямительного |
устройства, больше тепла рассеивается балластным сопротивле нием.
3. Более выгодным способом уменьшения мощности потерь и габаритов радиатора является включение последовательно
84
с транзистором сопротивления н увеличение напряжения сме
щения |
Е1<са. Выбор |
напряжения |
Еисэ и сопротивления |
RK |
огра |
ничен |
требованием |
исключения |
возможности насыщения пспол- |
||
нителы-1 ого тр а нз 11 стор а. |
|
|
|
||
При включении |
RK, характеристика которого на |
рис. |
I I 1.9 |
нанесена жирной штриховой линией, траектория рабочих точек
определяется |
линией АВ' |
(точки Г, 2', 3', |
4/). |
|
|
|
|||
Очевидно, |
что |
для |
точки 3' должно |
соблюдаться |
условие |
||||
^ к ( З ' ) > |
^ н а с , |
а с учетом |
пульсации |
|
|
|
|
||
|
гь\к |
^ с ( 3 > > Е В . Л * + ^ с + |
Д ^ Р |
|
|
||||
где |
— коэффициент пульсаций |
выходного |
напряжения |
||||||
|
|
выпрямителя при номинальном токе нагрузки; |
|||||||
AUt =2ч - 3 В — запас по напряжению. |
|
|
|
|
|||||
Так |
как величина UmN |
заранее неизвестна, можно |
прибли |
||||||
женно |
принять |
е £/а 1 Л , |
|
(1,4 -ь-1,5) ел -^/„Л м |
где |
коэффициент |
(1,4—1,5) обеспечивает запас по мгновенному напряжению на коллекторе, чем предотвращается насыщение.
4. Построение рабочей области использования характеристик исполнительного транзистора при нелинейном балластном со
противлении (бареттер, |
лампанакаливания) показано на |
рис. I I I . 10. В этом случае |
от значений £ B i m i n п -Ещ шах отклады |
вается вольт-амперная характеристика нелинейного элемента,
которая |
пересекается с |
характеристиками |
транзистора |
в |
точ |
|
ках 1 и |
2 при / н = Липах, |
а -каюке в точках |
3 и 4 |
при / и |
= |
/ н т ш |
(если в цепи коллектора |
нет сопротивления |
RK). |
балластного |
|||
Пунктиром показана |
характеристика линейного |
сопротивления Rso, которое следовало бы выбрать при таких же условиях работы.
Из построения видно, что при нелинейном балластном эле менте требуется з начптельио меньшее значение тока Лс(зь а сле довательно, и мощности потерь в исполнительном транзисторе.
Если в цепь коллектора Тп включено сопротивление RK, то рабочие точки на характеристиках транзистора в предельных режимах занимают положение V, 3', а также 2' и 4'. В этом случае мощность потерь в исполнительном транзисторе стано вится еще меньше.
Режим, при котором потерн в Тп максимальны, когда Ru^=0, как в схеме с линейным, так н нелинейным балластным сопро тивлением соответствует току, меньшему чем Л>(з)- Он опреде ляется по гиперболе Рк=const, касающейся линии RK.
Лампы накаливания и бареттеры обладают тепловой инер цией. Поэтому при скачкообразных возмущениях их статическое сопротивление возрастает или снижается не сразу, а спустя некоторый промежуток времени, равный 2—3 тепловым постоян ным времени прибора (порядка десятых долей секунды). В те чение этого интервала времени рабочая точка на характеристи ках транзистора может при определенных режимах выходить
85
Ев<тип Euimax
Рис. ШЛО
за пределы участка, ограниченного точками 1, 3 (или / ' и 3'). Это приводит либо к кратковременным перегрузкам исполни тельного транзистора, либо к появлению режима насыщения или отсечки, в зависимости от величины и знака возмущений. По
этому |
расчетная точка |
3' выбирается |
|
так, чтобы |
UK3 (3) |
> £/нас, |
||||||||||
а точка V отвечала току |
/ K i |
> / К н а ч . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Порядок расчета режима исполнительного транзистора |
||||||||||||||||
1. |
Исходные данные: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
^иЛ" |
AuV |
At max' |
Ai min1 |
^Ai# |
Ai max |
Ai min' |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
Ue. тлях |
|
|
|
|
с min |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
11 |
i |
|
« |
|
|
|
|
|
|
|
-2. |
Выбираются: |
|
|
|
|
|
|
|
EA |
|
|
|
|
|||
/ к ( I ) « |
(0,05-н-0,1)/H / v ; s |
„ |
= 0,02-ч-0,05; |
ш 1 п « (1,8 -ч- 2,5) |
||||||||||||
при линейном и £„,m i n « |
(1,3 н- 1,6) £ / , ^ п |
Р и |
нелинейном балласт |
|||||||||||||
ном сопротивлении; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
р |
|
ат |
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
£-в! max — |
„ |
с в й min |
|
|
|
|
|
||||
3. |
Величина |
общего |
линейного |
балластного сопротивления |
||||||||||||
|
|
|
|
п |
|
_ |
BI min |
"uN |
|
> |
|
|
|
|||
|
|
|
|
^60 |
|
I |
_i_ / |
i |
; |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
уигоах |
' ycx+ |
|
' к (1) |
|
|
|
|
||
где / с х « 0 , 0 2 — 0 , 0 4 Л . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
4. |
Напряжение стабилитрона |
/ Г к с э ^ (0,2-5-0,5) с7„лг |
|
|||||||||||||
Выбирается |
стабилитрон, |
имеющий ^ к с э ^ ^ ' к с э |
и |
допустимую |
||||||||||||
мощность |
рассеяния |
|
Р К С э ~ (2,0-^-2,5) / н m a x - £ к с э - |
Используют |
||||||||||||
стабилитроны серии |
Д815А — Д815Д, |
допускающие |
мощность |
|||||||||||||
рассеяния |
при |
наличии |
радиатора |
Рп,<ж=8 Вт, |
либо |
мощные |
силовые стабилитроны серий СК20, СК50 с допустимой мощно стью рассеяния 20 и 50 Вт.
Максимальный ток коллектора |
Г и |
в схеме с линейным бал |
||||||
ластным сопротивлением |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
lam |
г |
_ |
т |
|
|
|
|
|
• |
'nmax |
Aiminj^Blmin ^н#^нi u . |
||||
|
|
•'umin | *-в1 min |
" H/? 'n/V |
|||||
к max |
1 к (3) |
|
|
£ |
, |
• — |
£ / „ |
|
|
|
|
|
• |
в1 mm |
"-Mi/V |
предварительно |
|
Для схемы с нелинейным сопротивлением |
||||||||
можно принять |
ток / к |
max на 30—40% меньше, чем найденный |
||||||
по данному соотношению. |
|
|
|
|
|
|
||
6. Мощность рассеяния на исполнительном транзисторе: |
||||||||
а) в схеме без сопротивления |
в коллекторной |
цепи Г и |
||||||
|
max= |
(?) ~ |
max (^AuV |
^ксэ)> |
|
87
б) в схеме с соотношением |
|
в цепи |
коллектора |
|
||||
Л™« = |
Р к (з, = |
А< т „ (Ц, . с |
+ в . л А . ».„ + |
Д Ц = (3 - 5)5 ; |
||||
величина |
сопротивления |
|
|
|
|
|
|
|
|
Як |
^ | | Л г ~ £ к с э |
+ |
У |
н а с + Е 1 Л ' £ в 1 rain + |
A L \ |
|
|
|
|
|
|
7 к (3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МОЩНОСТЬ СОПрОТПВЛеНПЯ ^ |
= |
/ к ( П ) , |
ЯК^ЯЛ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
х доп |
|
|
7. По |
значениям Я к т я х |
, / к |
т а х и с/| Л , — Ексэ |
выбирается |
тип |
|||
исполнительного |
транзистора; |
для |
случая, |
показанного |
на |
рис. ШЛО, кроме того, выбирается нелинейный элемент с подхо дящей характеристикой /е = /(С/б).
8. По |
найденным |
значениям |
.Emmm, |
£ n i m i , |
Енсо, |
|
Reo |
пли |
|||||||||||||
h = i{Uo), |
lex, |
Ri< и известным |
из задания UnN, |
/„тах, |
/иmin |
вы |
|||||||||||||||
полняется |
построение, согласно рис. III.9 либо |
I I I . 10. |
Если |
ста |
|||||||||||||||||
билизатор |
|
имеет |
сравнительно |
небольшой |
|
ток |
|
нагрузки |
|||||||||||||
( / н т а х ^ 0 , 5 |
а), |
ТО при построении |
ВмеСТО ТОКОВ / п т а х |
И / л т й |
|||||||||||||||||
(рис. III.9) |
откладываются расчетные значения: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
/р max = = |
/ц max "Т" Л\х> |
/р min = |
= = |
A i min |
"Т" /сх |
|
|
|
|
|
|||||||||
9. Уточняется положение рабочих точек /, 2, 3, 4 (либо V, |
2'\ |
||||||||||||||||||||
3', 4') на выходных |
характеристиках. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Если расчет дал удовлетворительные результаты при вы |
|||||||||||||||||||||
бранных |
/?бо и .Екса, то производится |
расчет |
выпрямительного |
||||||||||||||||||
устройства |
на выпрямленный |
ток: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
7 в 1 max = / „ |
mas- + |
1 |
сх + |
' к |
(I) И Л Н |
|
ГЛ |
max |
= |
A, |
min + |
fcx |
+ |
/ |
к |
(3) |
В |
3 а В |
И " |
||
спмостп от того, какой из токов больше. |
Расчетное |
напряжение |
|||||||||||||||||||
холостого |
хода |
выпрямителя |
|
EBHV |
|
|
— — £„, п 1 п . |
|
После |
рас- |
|||||||||||
чета выпрямителя определяется его внутреннее сопротивление |
RB\ |
||||||||||||||||||||
и балластное |
сопротивление |
/?б = /?бо — Ru\. |
В |
качестве |
Re |
ис |
|||||||||||||||
пользуются остеклованные резисторы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Балластное |
сопротивление |
|
может |
быть разбито на две части |
|||||||||||||||||
и использовано в качестве элемента |
|
фильтра |
(рис. 11.15, а). |
|
|||||||||||||||||
10. По уточненной мощности рассеяния на коллекторе |
РК тах |
||||||||||||||||||||
•выполняется |
расчет |
теплоотводящего |
|
радиатора |
|
(см. |
§ |
2, |
|||||||||||||
гл. I I I ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11. По координатам точек /, 2, 3, |
4 |
определяются |
требуемые |
||||||||||||||||||
значения |
тока |
базы |
Тк |
при 0о=25° С |
/ 6 ( 1 |
) , / б |
( 2 ) , |
/ б |
<з) - Аз <4>. |
|
|||||||||||
12. Оценивается диапазон изменения токов базы при макси |
|||||||||||||||||||||
мальной и минимальной температурах. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
а) Максимальное значение тока |
базы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
г |
_ |
|
7 к |
(3) |
|
_ |
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 0(3) max |
|
B |
m \ n |
|
|
' к О т Ш |
|
|
|
|
|
|
|
|
8S
В min — минимальный |
статический |
коэффициент |
передачи |
|||
тока |
для выбранного транзистора |
с учетом границ |
разброса; |
|||
/ко mm — обратный ток коллекторного |
перехода |
при On mm; |
||||
б) |
минимальное значение тока |
базы |
|
|
|
|
|
и (1) nun |
j f j m a x |
кО I |
п max' |
|
|
где Вщах — максимальный |
статический |
коэффициент |
передачи |
|||
|
тока с учетом границ |
разброса; |
|
|
||
/ко/Onmax — максимальный |
обратный ток коллекторного |
перехода |
||||
|
При Q « 0 n m a x |
( С М . рис. III . 8) ; |
|
|
||
в) |
при / б ( 1 ) т а х <0траизистор |
Тп должен работать с заходом |
в область обратных смещений на эмиттерном переходе. Такой
режим обеспечивается включением |
эмиттерного сопротивления |
|
на выходе согласующего каскада: |
|
|
D |
^ ч с э |
|
с 2 |
I ,„ |
I . |
' э |
min т~ | 'о (I) min \ |
где / a 2 m i n = Ю-s-40мА —минимальный ток согласующего транзи стора;
г) если А б ( 1 ) 1 П 1 . п > 0 , |
то |
сопротивление |
R32 |
выбирают из |
|
условия |
|
|
|
|
|
р — |
£ * с э |
^ |
и"К |
„о и |
|
|
— и |
^ |
Ю 20 |
к и |
м |
э min 6(1) min |
|
|
|
(Неравенство обеспечивает минимальный ток согласующего
транзистора не менее 10—20 мА при закрытом |
Г„; R32 |
соответ |
||||||
ствует сопротивлению Re на рис. П. 15, а.) |
|
|
|
|||||
|
12. Выбор числа согласующих транзисторов и расчет их ре |
|||||||
жима |
выполняется так же, как и в стабилизаторе с последова |
|||||||
тельным исполнительным транзистором. Коллектор Тс2 |
обычно |
|||||||
соединен с коллектором |
Тн. |
Поэтому в режимах |
/, 2, 3, 4 (Г, |
2', |
||||
3', |
4') |
напряжения на |
коллекторе Тс |
следует |
принимать |
та |
||
кими же, как на коллекторе Ги . |
|
|
Тс2. |
|
||||
Максимальная мощность рассеяния на коллекторе |
|
|||||||
|
|
Рк max = |
(3) max + "7^f~j О) |
|
|
|||
|
По этой, мощности рассчитывается |
теплоотводящий |
радиатор |
|||||
для |
Тс2. |
|
|
|
i |
|
|
|
Для транзистора 7"с1 |
радиатора не требуется, |
|
|
Усилительный каскад и схема сравнения
В стабилизаторе с параллельным включением Тп усилитель сигнала ошибки питается стабилизированным выходным напря жением. Порядок расчета выбран применительно- к схеме ста билизатора рис. 11.15, а.
S9