Стабилизатор напряжения. Стабилизатор напряжениея (K-6 (мой вар)). Техническое задание Согласно заданию привести функциональную и принципиальную схему стабилизатора напряжения, рассчитать и параметры всех элементов, привести спецификацию

• Название: Техническое задание Согласно заданию привести функциональную и принципиальную схему стабилизатора напряжения, рассчитать и параметры всех элементов, привести спецификацию
• Анкор: Стабилизатор напряжения
• Дата: 02.02.2022
• Размер: 158 Kb.
• Имя файла: Стабилизатор напряжениея (K-6 (мой вар)).doc
• Тип: Техническое задание; #349275

Техническое задание
Согласно заданию привести функциональную и принципиальную схему стабилизатора напряжения, рассчитать и параметры всех элементов, привести спецификацию

элементов.

Номер варианта	U , В	U ,В	R , Ом	K
К-6	12-15	9±0,1	10-12	≥100

1. 
   Теоретическая часть
   

Эти стабилизаторы являются системами автоматического регулирования, в которых благодаря наличию отрицательной обратной связи обеспечивается постоянство напряжения и тока на нагрузочном устройстве с высокой степенью точности. Компенсационные стабилизаторы лишены недостатков, свойственных параметрическим стабилизаторам, что достигается усложнением их схемы.

1. 
   Компенсационные стабилизаторы подразделяют на стабилизаторы непрерывного действия и импульсные.
   
2. 
   Любой компенсационный стабилизатор состоит из блока сравнения (БС), в который входит источник опорного напряжения (параметрический стабилизатор) и резистивный делитель, усилителя постоянного тока (У) и регулирующего элемента (РЭ).
   

Стабилизаторы напряжения непрерывного действия представляют собой систему автоматического регулирования, в которой фактическое значение выходного напряжения сравнивается с заданным значением эталонного (опорного) напряжения. Возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается и должен воздействовать на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось вернуться к заданному уровню. В качестве источника опорного напряжения обычно используют параметрический стабилизатор, работающий с малыми токами нагрузки, представляющий собой цепочку, состоящую из резистора и стабилитрона.

В зависимости от способа включения регулирующего элемента различают компенсационные стабилизаторы последовательного и параллельного типов.


Рисунок 1.1 Структурная схема компенсационного стабилизатора последовательного типа


Рисунок 1.2 Структурная схема компенсационного стабилизтора параллельного типа
В стабилизаторах последовательного типа регулирующий элемент включён последовательно с источником входного напряжения Uо и нагрузкой Rн. Если по некоторым причинам напряжение на выходе U1 отклонилось от своего номинального значения, то разность опорного и выходного напряжений изменяется. Это напряжение усиливается и воздействует на регулирующий элемент. При этом сопротивление регулирующего элемента автоматически меняется и напряжение Uо распределится между Р и Rн таким образом, чтобы компенсировать произошедшие изменения напряжения на нагрузке. Регулирующий элемент в компенсационных стабилизаторах напряжения выполняется, как правило, на транзисторах.

Опорное стабилизированное напряжение формируется источником опорного напряжения ИОН. Схема сравнения СС сравнивает выходное напряжение Uн с опорным напряжением Uоп. Разностный сигнал рассогласования Uн - Uоп, формируемый схемой сравнения СС, поступает на вход усилителя постоянного тока У, усиливается и воздействует на регулирующий элемент РЭ.

В схеме параллельного стабилизатора при отклонении напряжения на выходе от номинального выделяется сигнал рассогласования, равный разности опорного и выходного напряжений. Далее он усиливается и воздействуя на регулирующий элемент, включённый параллельно нагрузке. Ток регулирующего элемента Iр изменяется, на сопротивлении резистора R1 изменяется падение напряжения, а на напряжение на выходе U1 = Uо – IвхR1 = const остаётся стабильным. Стабилизаторы параллельного типа имеют невысокий КПД и применяются сравнительно редко, в случае стабилизации повышенных напряжений и токов, а также при переменных нагрузках в отличие от стабилизаторов последовательного типа. Их недостатком является то, что при возможном резком увеличении тока нагрузки (например, при коротком замыкании на выходе) к регулирующему элементу будет прикладываться повышенное напряжение, величина которого может превысить допустимое значение.

2. Расчётная часть
Выбираем функциональную схему компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа с усилительным элементом на основе операционного усилителя, регулирующим элементом на основе транзистора, и источником опорного напряжения на стабилитроне.



Рисунок 2.1 Принципиальная схема компенсационного стабилизатора
2.1 Расчёт максимального тока нагрузки:

=
2.2 Выбор транзистора для регулирующего элемента

Выберем силовой транзистор из условия:

≥ , ,

где  - коэффициент запаса, равный 0,7...0,8.;

= = 1,28 А; =21,42 В.

 P_К1max = U_КЭ1max I_Нmax = 21,42*0,9=19,3 Вт
Этим требованиям удовлетворяет, транзистор КТ819Б с параметрами: U_{КЭmaxдоп} = 40 В (R_БЭ £ 1 кОм); I_Кmaxдоп = 10 А; P_К ³ 60 Вт; h₂₁ = 20.

Максимальный ток базы транзистора: I_Б =I_Нmax /(h₂₁ + 1)=0,9/21=42,8 мА, где h₂₁ – статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ.

Необходимо согласовать уровень базового тока регулирующего транзистора (VT1) и величину выходного тока УПТ (DA), поэтому в качестве регулирующего элемента воспользуемся схемой составного транзистора, дополнив выбранный транзистор VT1 транзистором КТ315В (VT2). Данный составной регулирующий элемент построен по схеме Дарлингтона для получения высокого коэффициента усиления выходного каскада и обеспечения тока базы I_Б = I_упр на несколько порядков меньшего, чем I_Нmax.

В этом случае максимальный управляющий ток регулирующего элемента:

= А

где R_БЭ1 и R_БЭ2 – резисторы, шунтирующие эмиттерные переходы транзисторов VT1, VT2. Величины этих сопротивлений приводятся в справочных данных на транзисторы. Так как ток коллектора VТ2 равен току базы VT1, т.е. I_B1 = I_К2 = I_H / h₂₁ , то транзистор VТ2 выбираем из условий:

|U_K2maxдоп| > |U_BХmax -U_Нmin|, I_K2 = I_Hmax / h₂₁  < I_{K2maxдоп..}

При использовании дополнительного транзистора VТ2 коэффициент стабили­зации схемы увеличивается в b₂ раз.

Для транзистора КТ315В имеем: = 30; R_БЭ2 = 10 кОм. Тогда, полагая, что U_БЭ1 = U_БЭ2 = 1В, получаем I_упр = 1,57 мА.

Сопротивление резистора R_СМ должно быть выбрано так, чтобы при любых условиях был обеспечен достаточный ток I_упрдля работы схемы Дарлингтона, а ток I_СТ, протекающий через стабилитрон, должен лежать в пределах допустимого диапазона.

,

=1910,8 Ом

Выбираем с запасом из стандартного ряда Е24: R_см =2 кОм


2.3 Выбор стабилитрона

Стабилитрон выбираем из условия:

,

Принимаем стабилитрон типа КС119А с параметрами:

В, В при =10 мА, =15 Ом.
2.4 Расчёт сопротивления балластных резисторов

Сопротивление балластного резистора R3 выберем из условия, что входной ток ОУ равен нулю:

,

Ом.(680 Ом)

При выбранном R3 максимально возможный ток стабилитрона:

,

=10,5мА

что меньше максимально допустимого тока стабилитрона.

Найдем коэффициент передачи делителя на резисторах R2,R3, исходя из условия:

В.


Определим допустимый диапазон изменения сопротивления резистора R1, приняв R2=1кОм:

=4232,5 Ом.

=3285,7 Ом.


2.5 Выбор операционного усилителя

Максимальный выходной ток ОУ:

= 3 А

Коэффициент усиления:

,

= 79,36

По выходному току и коэффициенту усиления выбираем операционный усилитель К154УД4.

Особенностью схемы рассчитанного компенсационного стабилизатора является питание операционного усилителя непосредственно от входного напряжения. Это обусловлено тем, что максимально допустимое напряжение его питания больше входного напряжения стабилизатора. Для точной подстройки выходных параметров, т.е. для подстройки R1 введено дополнительное подстроечное сопротивление  номиналом

2 кОм.

Заключение
Согласно техническому заданию была составлена принципиальная схема и произведен расчёт компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа с усилительным элементом на основе операционного усилителя К154УД4, регулирующим элементом на основе транзистора КТ819Б, и источником опорного напряжения на стабилитроне КС119А.