Файл: Белопольский, И. И. Стабилизаторы низких и милливольтовых напряжений.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2024
Просмотров: 80
Скачиваний: 0
ристику (см. рис. 68). В этом случае в результате расчета, выпол ненного по аналогии с расчетом, приведенным выше, получаем:
£см=0,378 в; гИр=0,0!5 ом; N = 0 ,636; «=0,145; £/о= 1,16 в; Іа — =49,3 а.
Таким образом, при значениях сопротивления трансформатора, намного превышающих сопротивление вентиля, незначительный раз брос характеристик, присущий диодам германиевого типа, мало ска зывается па выходных параметрах выпрямителя. Однако следует иметь в виду, что для приведенного выше расчета были использова ны вольт-амперные характеристики, снятые при нормальной темпе ратуре окружающей среды. Под воздействием повышенной и осо бенно пониженной температуры окружающей среды характеристики германиевых диодов претерпевают значительно большие изменения, чем кремниевых, что может привести к заметным отклонениям вы ходных параметров выпрямителя.
Рассмотрим, как изменятся выходные параметры выпрямителя при замене вентилей на кремниевые (типа Д232), если учитывается разброс их вольт-амперных характеристик. Для крайних характери
стик («левой» и «правой») в результате расчета получим: |
||
а) |
для |
вентиля с «левой» характеристикой: £ см =0,81 а; г„р= |
=0,018 |
ом; |
Дмакс=3,32 в; г=0,13 ом; £/д.ф=2,08 а; О ф =3,5 а; |
ів ыакс = 9,06 ci; Рц.пр=1»6 ат<СРд.пр.доп = 10 ат; tj= 0,386. Таким об |
||
разом, амплитуда э. д. с. и действующее значение фазного напря жения возросли, а к. п. д. уменьшился по сравнению со схемой на
германиевых диодах; |
«правой» |
характеристикой: £ См = 0,97 а; гПр = |
||||
б) |
для |
вентиля |
с |
|||
= 0,045 |
ом; |
г=0,13+ (0,045—0,018) =0,157 ом; |
17=0,067/0,157 = 0,426; |
|||
8=0,97/3,32=0,293; |
t/*0=O,34; |
t/„ = 0,34 ■3,32= 1,13 а; / 0= 1,13/0,67= |
||||
= 16,8 |
а</оном=20 |
а; |
U a = 16,8 • 0,06= 1,01 в < Н 0пом=1,2 в. Таким |
|||
образом, несмотря |
на |
то, что |
сопротивление |
трансформатора по- |
||
прежнему превосходит сопротивление вентиля, разброс характери стик кремниевого диода приводит к существенным отклонениям вы ходных параметров.
Аналогичным образом рассчитывается выпрямитель в любом другом коммутационном режиме или при ином числе фаз.
В заключение данного примера оценим погрешности, получае мые 'при расчетах низковольтных выпрямителей упрощенными спо собами, не учитывающими указанные выше особенности их работы. Погрешности определим по отношению к результатам расчета, про
водимого |
по изложенной |
выше методике, |
построенной при учете |
|||||
всех существенных факторов, и поэтому более точной. |
|
|
||||||
Погрешности указанных ниже приближенных методов найдем |
||||||||
применительно к 12-фазной схеме, |
работающей в третьем |
режиме |
||||||
{к=3, |
1), по следующей формуле: |
|
|
|
|
|||
|
|
8U0 = |
( j p r f - |
l ) 100, |
о/0, |
(130) |
||
где |
U*'o — приведенное |
напряжение |
нагрузки, которое должно |
бы |
||||
быть |
согласно расчету |
по |
приближенному методу, U * о— то |
же |
на |
|||
пряжение, |
которое будет в реальной схеме, и получаемое |
по точно |
му методу |
с использованием номограмм на рис. 41. |
|
Метод |
1. Характеристика вентиля и внутренние сопротивления |
|
не учитываются, т. е. расчет ведется как для идеальной |
схемы с |
|
чисто активной нагрузкой: |
|
|
14 0
а) выпрямитель для питания потребителей с выходным напря жением, намного большим, чем напряжение смещения (£/оЗ>£см,
т. е. е ~ 0 ),
/0 ,9 8 7 |
\ |
46,4о/0; |
|
8U° = ( 0 5 |
7 ~ |
1 ) ' Ю° = |
|
б) выпрямитель с выходным напряжением, соизмеримым с на |
|||
пряжением смещения (t/0—£см ), при в=0,5 |
|
||
/0 ,9 8 7 |
\ |
|
|
8U0 = ( ö T |
T “ |
l /• I00 = |
219»/о, |
где U*'o= Q~i sin 0 = 0,987; |
U*о=0,675 и £/*о=0,31— из рис. 41 при |
||
ге=1, е = 0 и е=0,5. |
|
|
|
Метод 2. Сопротивления вентиля и трансформатора не учиты ваются,- влияние начального участка характеристики вентиля учтено путем введения напряжения смещения в напряжение нагрузки
(U*"o=U*'o+‘e).
Расчет производится для выпрямителя с весьма низким выход
ным напряжением: |
|
/0 ,8 8 7 |
\ |
|
|||
а) |
при е = 0,1: S£/„ = |
48%. |
|||||
( g-g— — 1 J • 100 = |
|||||||
б) |
при е = .0 ,5 : |
8 t/0 = |
/0 ,4 8 7 |
\ |
57%, |
||
I |
q |
— 1 J ■100 = |
|||||
где U*'о = 0,987—в; |
7/*0= 0,6 |
и 7/*о=0,31— из |
рис. 41 при я = 1, 6 = |
||||
= 0,1 и 8=0,5. |
|
|
|
|
|
||
Метод 3. Учтены внутренние активные сопротивления, но без учета влияния напряжения смещения и явления коммутации внут ренних ветвей:
а) выпрямитель с выходным напряжением, позволяющим пре небречь напряжением смещения вентилей без ущерба для режимных показателей схемы, т. е. случай е= 0 .
Имея в виду, что в этом случае по формуле (40)
п* |
sinkQ |
0 |
Ѳ (и + k) cos Yh ’ |
t/*'o = sin Ѳ/(1+га)Ѳ порешность (130) в общем виде для любого А-го ржеима любой ,т-фазной схемы можно найти из выражения
аи. |
"(я + |
k) sin 0 cos Yh |
■100, %. |
||
|
(n + 1) sinAB |
|
|||
|
|
|
|
||
Для m = 1 2 |
(т. e. |
Ѳ ==п/яг= 15°) |
и я = |
1 ^т. е. k = 3, ул=3°) |
|
получаем SUa = |
(1+ 53) |
Я ,9986 |
М |
_ |
|
(1 + |
1) |
'2,732 — lJ j-1 0 0 |
— 2С%; |
||
б) выпрямитель с весьма низким выходным напряжением при
.8=0,5
Sи 0 = |
/0,4943 |
• 100 = 60%. |
|
0,31 |
|||
|
|
141
Метод 4. При учете внутренних сопротивлений и напряжения смещения вентилей (прибавляя к напряжению нагрузки), но без; учета явления коммутации:
/ 0 , 3 9 3 5 |
Л |
34%; |
а) в = 0,1: S{/e= / - ö - g - - |
l J - l C O ------- |
|
/ 0 , 0 9 3 5 |
\ |
|
б) е = 0,4: = I -Q -yn — 1 ) ■'00 = — 75%.
В расчетах по методам 3 и 4 значения U*'о и U*о определялись аналогично расчетам предыдущих методов.
Из сравнения расчетов по приближенным методам, с расчетом по точному методу видно, что погрешности приближенных методов значительны и поэтому пользование ими не рекомендуется.
18.ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СТАБИЛ И ЗАТО РО В Н ИЗКИХ
ИМИЛЛИВОЛЬТОВЫ Х НАПРЯЖ ЕНИИ
Пример 1. Требуется рассчитать стабилизатор напряжения, выпол ненный по схеме рис. 50 по следующим данным:
|
а) |
пределы изменения |
входного |
напряжения а = ± 0 ,1 От£'пх: |
|
|||||||||||||||
|
б) |
номинальное |
выходное |
напряжение |
|
стабилизатора |
£„ых = |
|||||||||||||
=0,25 |
в; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в) |
номинальное |
значение тока |
нагрузки |
стабилизатора |
/ п.пом = |
||||||||||||||
=0,1 а; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
г) |
пределы изменения |
тока |
нагрузки |
стабилизатора — от |
0 |
до |
|||||||||||||
100% ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д) нестабильность выходного напряжения при заданном измене |
|||||||||||||||||||
нии входного напряжения (Д£вы*)о=?П |
мв |
(0,4%), |
Аст = 300; |
|
|
|||||||||||||||
|
е) амплитудное значение переменной составляющей выходного |
|||||||||||||||||||
напряжения Левых ^ 1 мв (0,4%); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
ж ) |
температура |
окружающей |
среды |
701,-р= ( — 10=50) |
°С; |
|
|
||||||||||||
|
з) |
температурная |
нестабильность |
|
выходного |
напряжения |
||||||||||||||
(Двых)t= 5 мв (2%). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Вначале определим |
величину |
входного |
напряжения |
£ n% при |
|||||||||||||||
минимальном значении напряжения питающей сети. |
По |
формуле |
||||||||||||||||||
(127) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
£’вх.мпп=0,25+ 0,15+ 2,3= 2,7 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Тогда входное напряжение при номинальном значении напря |
|||||||||||||||||||
жения |
питающей |
сети |
определится |
по |
формуле |
(128) |
Евж.вом— |
|||||||||||||
= 2 ,7 - (1+0,1) = 3 |
в. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Переходим к расчету измерительного элемента стабилизатора. |
|||||||||||||||||||
Вначале выбираем предварительно |
величину |
емкости |
|
выходного |
||||||||||||||||
конденсатора |
Сп=;1 000 |
мкф, после |
чего |
по |
формулам |
(95)' и |
(97) |
|||||||||||||
при |
заданных |
значениях |
Левых |
и |
&Е0ЫХ определим |
|
время |
t |
и |
|||||||||||
7+Д7; |
7= 0,0004X 2 -10-3= 8 • ІО"7 |
|
сек |
|
и |
|
7+Д7=0,0016 • 10~3= |
|||||||||||||
= 1,6 -1 0 -в сек (Еокп при |
выполнении этого |
расчета принята |
рав |
|||||||||||||||||
ной 2 ом). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
«1 |
По |
формулам (98) и (99) определяем |
число импульсов |
в пачке |
||||||||||||||||
и |
пг> задаваясь |
частотой |
колебаний |
генератора |
из |
условия |
||||||||||||||
7^1//ген*
14 2
Полагая, что / Гсп= 10° |
гц, |
получаем: |
,6-2-10-» |
|||
|
|
2-8-10-’ |
, „ |
|
||
'По |
П і |
— — [(Ре---- = 1 >6 |
и « 2 ,= - |
3,2. |
||
10- |
||||||
|
|
|
|
|||
|
формуле (103) |
с учетом (100)—.(102) и при принятых |
||||
в § 13 допущениях определим коэффициент передачи измеритель ного элемента
(3,1 — 1 ,6 )-5 -1 0 -М |
|
|
|
'о1,1— |
1,6 -4 - 1 0 -° - ІО -3 - = |
125. |
|
Согласно рекомендациям, приведенным в § 13, выбираем тип |
|||
туннельного диода и по |
справочным данным |
(или |
его вольт-ампер- |
иым характеристикам)) определяем .параметры: «і=5 ма; «2=0,5 ма,
411—200 мв, Uz—500 мв, иі= 1 |
000 мв. |
|
|
|
|
По формуле (94) при а=.1 определяем величину сопротивления |
|||||
делителя выходного напряжения |
|
|
|
|
|
0,25 — 0,2 — 0,001 |
|
|
|
||
Л° = |
0,005 |
— Ю ом. |
|
||
По формуле (87) с учетом (80), (81), (83) |
и (93) |
для выбранной |
|||
частоты переключения генератора^/ген= 10° |
гц, |
предполагая, что Т3= |
|||
= -Щ-, определяем необходимую величину индуктивности дросселя |
|||||
121.6 - 10- ’ |
|
|
_ „ |
, |
|
L — --------------------- к—п----ггпе— |
= 5 4 - 1 0 - ° |
гн. |
|||
0,005- |
0,44 — 0,25 |
|
|
|
|
121 |
|
|
|
||
|
|
|
|
||
In 0 ,5 —0 , 4 4 0 , 4 4 |
— 0,25 |
|
|
|
|
111 |
' |
121 |
|
|
|
С учетом приведенных в § 16 рекомендаций определяем темпе ратурную нестабильность выходного напряжения (AEBbm)t по фор муле (104), т. е.
(4 £ в ы х )і= 0,25 —0,2—40 • [0,005+ (50—20) ■(- 0 ,0 1 5 -1 0 -° )]+ + 10-3 = 3 ,5 < 5 мв.
Далее определим величину сопротивления резистора Rz- Как видно из схемы рис. 50, падение напряжения на резисторе при насыщенном транзисторе Т2 будет примерно равно ЕВх—0,5 в. Со противление резистора Rz определяется по формуле (109))
3 — 0,5
g . )q-~3 = 800 ом.
Сопротивление резистора |
определяем |
из условия £ ПхЯ2/(^ і + |
Rt) >=0,5 а, т. е. |
|
|
3-500 — 250 |
КОМ. |
|
О ---------Q-g------ =4; 2,5 |
||
Переходим к расчету интегрирующего усилителя, выполненного на транзисторе 1Т308А.
Величина сопротивления коллекторного резистора определяется из соотношения (108):
50-(3 — 5-10 —3-500)
■Входное сопротивление данного каскада вычисляется по фор муле (107), задаваясь при этом величиной сопротивления резистора /?і = і10 ом и определяя по типовым характеристикам или справоч ным данным параметры транзистора го, ra, ß3:
|
# „ х «25+ І(1+ 50) • (20-НЮ) = 1 555 ом. |
||
Модуль |
огрицательного сопротивления |
—# д применяемых |
|
в этих схемах |
туннельных диодов обычно не превышает 50—70 ом. |
||
Следовательно, входное |
сопротивление при |
выбранном резисторе |
|
# 4= 10 ом достаточно для |
выполнения условия, определяемого нера |
||
венством (106).
По формуле (НО) определим величину сопротивления резистора
R s ^ 5 - 1 655 — 10 ком. |
|
|
|
Коэффициент усиления усилителя определим по |
формуле (105) |
||
3 — 10(1,36 + 0,1) - і о - э |
|
|
|
k y— 0 , 3 + 10(1,36 + |
0 ,1 ) - ІО -3 — 9 ' 5- |
|
|
Полагая, что коэффициент усиления по напряжению |
со |
||
ставного транзистора 7 Ь Тг равен |
1, определяем |
общий |
коэффи |
циент стабилизации стабилизатора |
k0T по формуле |
(1ЕЭ) |
|
feuт=і 125 • 9,5 • 1 ~ 1 '200>300.
Емкость конденсатора определим по формуле (1М):
С \ = |
5 - 1 0 -7 |
-------------- 2_9 = 0 ,6 -1 0 -8 ф. |
В качестве регулирующего элемента выбираем транзистор типа 2Т603А (схемное обозначение Tt). Мощность, рассеиваемую на его коллекторе, определяем по формуле (126) с учетом формулы (117), полагая, что через коллектор транзистора протекает сумма токов, равная 1,5/п-
2,75 |
1 0 -* -8 |
-ІО -6 |
2-1 -0-15-8- ІО-6 |
|
||
Рк=>: |
16-і о - 6 |
+ |
|
16-і о - 6 |
+ |
|
+ |
1 2,75 -0 ,1 5 -1 0 -° |
160 мет. |
|
|||
3 ' |
1 6 -іо-6 |
|
|
|||
Допустимая мощность |
|
рассеяния |
на коллекторе |
транзистора |
||
2Т306А составляет 500 мет, поэтому выбранный нами транзистор
пригоден для работы в проектируемом стабилизаторе. |
Tt |
|||
По формуле |
( 1 1 8 ) определим |
ток запирания транзистора |
||
при |
выбранном |
коэффициенте |
насыщения fen2= —0,2; |
іо = |
= 0 , 2 - |
0 , 1 5 / 5 0 = — 0,6 ма. Задаваясь падением напряжения на резисто |
|||
ре Ri, равным 0,5 в при токе коллектора 0 , 1 5 а, определяем вели
чину сопротивления резистора:
#7=0,5/0,15=3,5 ом.
Зная величину тока, запирающего транзистор Ті и напряжение, определяем величину сопротивления резистора # 8=0,5/'(0,6 ■10_3) = =850 ом.
Пример 2. Требуется |
рассчитать стабилизатор напряжения на |
ток нагрузки / и=і1 а при |
всех остальных величинах, соответствую |
щих заданным в примере |
1. Как видно из схемы рис. 50, стабили |
144