/
Текст
Ръководство
За проектиране
на токозахранващи
устройства
ТЕХНИКА
К.т.н. инж.НИКОЛАЙ ЙОРДАНОВ СТЕФАНОВ
Рьководство
За проектиране
на токозахранващи
устройства
ДЪРЖАВНО ИЗДАТЕЛСТВО «ТЕХНИКА»
СОФИЯ, 1988
УДК 621-314 /075.8/
В ръководството са показами методи за изчисляване на най-
употребяваните електронни стабилизаторни схеми за постоянно
напрежение. Разгледани са параметричните и компенсационните
с та би л из а тор и. Дадени са и методи за толлинно оразмеряване
на мощни транзистори и на техните охлаждащиэ радиатори. Ме-
тодите са илюстрирани с решени примери.
Ръководството е учебно пособие за студентите от Факултета
по радиоелектроника при ВМЕИ .В. И. Ленин- —София, по
предмета токозахранващи устройства. То може да се използува
също така и от инженери, техниии и радиолюбители при проекти-
ране на маломошни токозахранващи устройства.
© Николай Йорданов Стефанов, 1985
с/о Jusautor, Sofia
621.3
ПРЕДГОВОР
Ръководството за проектиране на токозахранващи устройства
е предназначено да служи като учебно пособие при изработване
на курсов проект или курсива задача по предмета токозахранва-
щи устройства от студентите от Факултет радиоелектроника при
ВМЕИ „В, И. Ленин" — София. При неговото съставяне е взето
предвид, че студентите вече са изучили учебния материал от кур-
са лекции по токозахранващи устройства и всички основни тео-
ретични изводи са им известии. Затова в ръководството липсват
теоретичните изводи на формулите и описанията на действието
на отделяйте схеми са съвсем кратки.
Последователността на проектирането е показана под форма-
та на решение на задачата чрез конкретен пример, понеже в ни-
кои решения се налага да се правят повторяй итерационни начисле-
ния, което най-лесно се обяснява и илюстрира с пример.
В ръководството са разгледани само случайте на проектиране
на токозахранващи устройства, захранвани от променливотокова
мрежа с напрежение 220 V/50 Hz и съдържащи стабилизатори
на напрежение с непрекъснато действие от последователен тип.
Описано е проектирането на параметричните стабилизатори на
напрежение като самостоятелни токозахранващи устройства и ка-
то източници на опорно напрежение. Показано е проектирането на
охлаждащи радиатори за мощни транзистори и интегрални схеми,
а също така и на схеми за защита от токово претоварване и от
пренапрежения, Поради ограничения обем на ръководството в не-
го не е показано проектирането на токоизправителите и филтрите
и не са дадени справочни данни за полупроводниковите прибори
и конструктивните елементи. Затова при изработване на проекта
студентите трябва да ползуват допълнителни справочници за тран-
зистори и диоди, а също така и методики за проектиране на то-
коизправители, трансформатори и филтри.
Проектирайето е показано по отделяй възли, за да се илюст-
рира действителният инженерен подход за решаване на задачата.
С цел да се избегне препращането на читателя от една към дру-
га точка проектирането на всеки възел е показано в максимално
завършен, самостоятелен вид. При това не беше възможно да се
избягнат някои малки повторения.
3
Всички примери, описани в ръководството, се решават с опро-
стени инженерии методи и формулы и са съобразени с изисква-i
нията на учебната програма по предмета токозахранващи устрой-
ства във ВМЕИ „В. И. Ленин" —София. Въпреки че ръководство-
то не може да претендира за подробно и пълно разглеждане на
засегнатите в него въпроси, то може да бъде препоръчано за из-
ползуване и от други специалист», занимаващи се с проектиране
на подобии устройства.
Авторът
1. ПРОЕКТИРАНЕ НА ПАРАМЕТРИЧНИ СТАБИЛИЗАТОРИ
ЗА ПОСТОЯННО НАПРЕЖЕНИЕ
За стабилизиране на постоянно напрежение се използуват по
лупроводникови прибори с нелинейно съ противление, наречени ста
билитронв. Най-широко приложение имат силициевите стабилитро
ни, които са специални полу-
проводиикови диоди, работещи
в режим на обратен лавинен
пробив.
Волт-амперната характерис-
тика на един снлициев стаби-
литрон е показана на фиг. 1.
Работният участък се намира
между точките А и Б. Точка А
се характеризира с наймалък
ток през стабилитрона и с най-
ниско работно напрежение, а
точка Б—с най-голям допус-
тим ток и с най-високото ра-
ботно напрежение. Извън тези
границп работата на, стабили-
Фиг. 1. Волт-амперна характеристика
на силициев стабилитрон
трона е невъзможна.
Със силициев стабилитрон могат да се изработят следните ос-
новни схеми на параметрични стабилизатори: едностъпален стаби-
лизатор, многостъпален стабилизатор, стабилизатор с динамично
баластно съпротивление и стабилизатор с усилвател на ток.
11. ПРОЕКТИРАНЕ НА ЕДНОСТЪПАЛЕН ПАРАМЕТРИЧЕН
СТАБИЛИЗАТОР НА НАПРЕЖЕНИЕ
Схемлта на едностъпалния параметричен стабилизатор на на-
прежение е показана на фиг. 2.
Редът за изчисляване при оразмеряване на схемата е следният:
1. Уточнява се заданието и се уеднаквяват дименсиите на ве-
личините в него.
2. Избира се типът на стабилитрона.
3. Изчислява се минималният ток през баластния резистор
4. Изчислява се съпротивлението на баластния резистор.
5. Изчислява се стойността на захранващото напрежение.
6. Проверява се максималната стойност на тока през стаби-
литрона.
7. Изчислява се коефициентът на стабилизация.
8. Изчислява се мощчостта на баластния резистор.
5
9. Изчислява се вьтрешното съпротивление на стабилизатора.
10. Изчислява се к. п. д. на стабилизатора.
Пример 1. Да се проектира едностъпален параметриченста-
билизатор на напрежение със следиите данни: изходно напреже-
Фиг. 2. Параметричен стабилизатор на напрежение
а—принципна схема;
6—еквнвал ентна схема
ние t7,l3I = 13 V с допустимо отклонение +10%, —15%; постоя*
иен товарен ток /т=10 mA; коефициент на стабилизация AtI=10;
вътрешно съпротивление Rt</2Q Q; относнтелно изменение на вход-
ното напрежение Д(/о = ±10%; коефициент на пулсации на вход-
ното напрежение Ап=10%.
Изчисляване
1. Относителното увеличение на входного напрежение е а = 0,1,
а относителното му намаление— 6=0,1. Относителният коефици-
ент на пулсации е Ап=0,1. Относителното увеличение на изходно-
то напрежение е с=0,1, а относителното му намаление — «/=0,15.
Максималната допустима стойност на изходното напрежение е
(1+с)= 13 (1+0,1)= 14,3 V.
Минималната допустима стойност на изходното напрежение
t/H3xm.n = ^3x(l-<0=13(l-0,15)=ll V.
2. Избира се стабилитрон [2,9] с подходящи параметри. Такъв
е Д814Д със следните данни: i/2=ll,5+14 V, гг=18 Q при
/zmin = 5 mA; /Zmai=24 mA.
3. Изчислява се мййималният ток през баластния резистор:
4 min = 4 +min 10-f-5 15 mA.
4. Изчислява се съпротивлението на баластния резистор:
Re^^ it _____ь . / (1+6+Лп)
" Z mln яст rZ ‘0 min
11,5 10.18
Г1?5~Т0~. 18.15 10-3
(1 +0,1 +0,l) = 282 Q.
Избира се стандартна стойност 290 2.
6
5. Иэчисляват се номиналната и граничните стойкости на вход-
ного напрежение:
^0 min (^z max +/?б4т1п) (1+0,5 k„) =
=(14+290.15.10-3) (1+0,5.0,1) = 19,3 V;
/7 — ^Omin _ 19-3 —.QI 4 v
U° 1-b 1-0,1 v’
^от.х = ад+а)“21,4 (1 +0,l)=23,5 V.
Максималната стойност на тока през стабилитрона е
/ _ ^0 max ^Z mln / _ 23.5 4,5 _.« in—3___
R *т 29^ lU.lv —
= 41.10-3 A = 41 mA>24 mA.
Получената стойност на тока е недопустима. Налага се да се
преизчисли съпротивлението на баластния резистор с данннте от
т. 3 и 5.
^Omai Z min
23,5—11,5
(10+5) 10-»
=800 Q.
+ 1 Z mln
Избира се стандартна стойност 820 £2.
Отново се иэчисляват стойностите на входного напрежение
т.5):
^0mln = (^Zmax + ^?6 Л) min) (1+0,5 Ап) =
= (14+820.15.10-3) (1+0,5.0,1) = 27,6 V;
-тЗ'-’-^г-30’5 V;
U„ т = (1+») = 30.5 (1 +0,1) = 33.6 V.
Проверява се отново максималната стойност на тока през ста-
билитрона:
Jr ^0 max УZtnin j 33,6—11,5 л a.
Jzmax= Ra + “ 820 U’U1“
= 17..1O-’A=17 mA<24 mA..
7. Изчислява се коефициентът на стабилизация:
ь _ Ч,ахт1пЛ, , ЯЛ 11.5 Л 820 820 \_и
Лст - ~й V+ Я + г7 33,6 I 1200 18 /
Отах \ т z ' •
8. Мощността на баластния резистор е
п ХЦ)тах ^иах min)* (33,6 11.5) ___0 58 W
Р*6----------R~6 820 U’&8 W-
7
Избира се резистор с мощност 1 W.
9. Изчислява се вътрешното съпротивление на стабилизатора:
/?z^rz-lS Q.
10. Изчислява се средният к. п. д. 7)ср. Затова е необходимо
първо да се пресметне средният входен ток:
/ ^Zmin _ И,5 _оэ in-ЗД.
_ (Ц, .х min + т (11.5+ 14) . 0.01
/Ср~---‘ "5ЦЦ = 2.30,5.0,023~ ~ 0,11 ’
L2. ПРОЕКТИРАНЕ НА ДВУСТЪПАЛЕН ПАРАМЕТРИЧЕН
СТАБИЛИЗАТОР НА НАПРЕЖЕНИЕ
Схемата на двустъпалния параметричен стабилизатор ва на-
прежение е показана на фиг. 3.
Редът на изчнеляване е същият както при едностъпалния ста-
билизатор, като двете стъпала се оразмеряват едно след друго.
Последователността е следната:
1. Общият коефициент на стабилизация се разпределя между
двете стъпала, като се спазват съотношенията
Z?CT ^ст1 • *^ст2 И
Лст1 = (2 + 3) kcr2.
2. Изчнсляването се започва от първия (изходния) стабили-
затор.
Пример. Да се проектира двустъпален параметричен стабили-
затор на напрежение съсследните данни: из ход но напрежение/7ИЗХ =
= 7 + 8,5 У;товарен ток—неизменен 1Т — 5 mА; коефициент на стаби-
лизация Лст>90; изменение на входното напрежение Д£70=±15%;
Фи; 3. Двустъпален параметричен стаби-
лизатор а напрежение
коефициент на пулсации на-
входното напрежение Ап=0,1.
Изчнеляване
1. Относителните измене-
ния на входното напрежение
са а = 0,15 и 6=0,15.
2. Избира се коефициентът
на стабилизация на първия
стабилизатор
Аст1 = 15.
3. Изчислява се коефициентът на стабилизация на втория ста-
билизатор:
8
Аст2- лст1“ 1!> ~6’
4. Изчислява се приблнзителната стойност на относителната
промяна на изходното напрежение на втория стабилизатор:
Д у,_. " S . = ода.
ft о 6
Тази малка стойност поэволява да се допуске, че изходмият
стабилизатор е захранен с неизменно напрежение, следователи© и
токът през стабилитрона е неизменен.
5. Избира се типът на стабилитрона [2,9]. Най-подходящ.
е Д814 А със: £7^ min = 7 V; U z i m—8,5 V; т% =6 Q при Ii Ш1п =
= 5 mA; максимално допустим ток /zlmax = 40 mA.
6. Изчислява се минималният ток през баластния резистор R6 ь
Д min “ / т 4“ Iz 1 mln — 5 4“ 5 = 1 0 ГЛ А.
7. Изчислява се съпротивлението на баластния резистор /?б1:
л г kJ7. j 15.6.7
г> __ ст! Z1______ZJ min___ _________________q
^61“^imin-^T1 ГгГДпЯв -7-15.6 10.10-3
Избира се стандартна стойност /?б1=100 Q.
8. Изчислява се минималната стойност на входното напреже-
ние на първия стабилизатор, което е едновременно и изходно на-
прежение на втория стабилизатор:
UZ2 min s £Д min = £7Zimax 4“/?б171 = 8,5 4" 100 * 0,01 =9,5 V.
9. Избира се типът на втория стабилитрон. Подходящ е Д814Г
СЪС: £7Z2 mln =10 V; £7^2 mai — 12 V; Г Z2 —15 Q при I zi min ~ 5 mA;
/Z2 max ~ 29 mA.
10. Прави се проверка на максималния възможен ток през
ПЪрВИЯ стабилитрон При £/Z2max^l2 V:
/zimax = - /т = - 0,005 = 0,05 - 5.10-з==
/?61 1ии
=0,045 А = 45 mA>40mA.
Този ток е недопустим за Д814А, затова се преизчислява съ-
противлението на /?б1*
г»' l^Z2max -—t/zimln 12—7 гаа Г»
11 Отново се изчислява минималната стойност на входното
напрежение на първия стабилизатор (т. 8):
£7z2«Bin=£7imin = £/zimax + /?;i/1=8,5-b500 0,01 = 13,5 V.
12. Избира се друг тип на втория стабилитрон — Д815Е, със
9
слединге данни: t/z2min==13,5 V; (4z2max=16,5 V; /22 min = 25 mA;
^2'q==25 Й; /^24пахя550 mA.
13. Прави се отново проверка на максималния възможен ток
през първия стабилитрон при L7z2max=16,5 V:
/Zl П!„ = mln _ .'6_5~7 -^0,005 = 0,014 А.
14. Мощността на резистора 7?'б1 е
Р (^Z2m»x— l/Zimln)2 (16,5—7)» _ go W
800 ’
Избира се резистор с мощност 0,5 W.
15. Изчислява се максималният ток през баластния резистор
Вб1‘-
Д т«х—Лг tn»x = 5-|“ 14=19 mA.
16. Изчислява се минималният ток през баластния резистор
R'>2-
mln e7j max 4“ f zv»in = 1® 4“25 = 44 mA.
17. Изчислява се съпротивлението на баластния резистор /?в2.
—U +b+kn)=
^Zamin *CT2 rZi '°niin
-.э44бл5-га«(|+о.15+,,'|>"1-'6 Q-
Избира се стандартна стойност 7?6t=150 2.
18. Изчислява се входного напрежение:
^0mln = (t/z2max 4” Ri2 Atmin) (1 4_0,5^n)=(16,5 4" 150.0,044) (1 4“
4-0,5.0,l)=24,2 V;
«.-^ = йй-5 = 28'4 V:
Fornax = UQ (1 + a) = 28,4 (1 + 0,15) = 32,6 V.
19. Изчислява се максималната стойност на тока през втория
стабилитрон Д2:
/ __ ^Отах—^AZmin г _____ 32,6 13,5 A Al
7Z2 max — Л min “ 15л 1 —
Кб»
= 117.10“3 A<550 mA.
20. Изчислява се мощността на резистора Rq2\
p (Uo min)2 __ (82^6—13,5)3
p'»!=—to ™ '
Избира се резистор с мощност 3 W.
10
21. Изчислява се коефициентът на стабилизация:
ь _ и Zimin *62: _ 7 500.150 П7
СТ“ (/о max rzlrz. " 32.6 6.25 -1иЛ
22. Изчислява се вътрешното съпротивление на стабилизатора:
Q.
23. Изчислява се максималният входен ток на стабилизатора:
Г ^0mai mln
0 max lfS o
/?б2
32,6—13,5
150
=0,127 A.
24. Изчислява се средният к. п. д. на стабилизатора:
_ в 2 (Uzi mln+ Uzt max) h _ 2(7+8,5)5
'(l/omin+t/omax)(/x)min + /omax) <24.2+ 32.6) (44+127)
=O,O16=l,6o/o.
Очевидно e, че тази схема има много лоши енергийни пока-
затели и не се препоръчва за широко използуване.
1.3. ПРОЕКТИРАНЕ НА МОСТОВ ПАРАМЕТРИЧЕН СТАБИЛИЗАТОР
НА НАПРЕЖЕНИЕ
Схемата на мостовия параметричен стабилизатор на напреже-
ние е показана на фиг. 4. Резисторът Ri и стабилитронът Д
представляват обикновен едностъпален параметричен стабилиза-
тор и образуват две от рамената на моста. Резисторите и Rt
са другите две рамена. Товарът RT е включен в диагонала а—б.
Изчисляването се извършва по следния начин:
1. Оразмерява се стабилизаторът Rt,. Д. В този случай ме-
тодът се различава от пре-
дишните.
2. Делителят на напреже-
ние /?х, /?2 се подбира така,
че да е спазено условието
__________________0
гх+*б *a+*i
Тогава теоретично коефи-
циентът на '•.табилизация
ЛСт=оо
Пример 3. Да се про
ектира мостов параметричен
стабилизатор на напрежение
със следните изходни данни:
язходно напрежение £7НЗХ
Фиг. 4. Мостов параметричен стабилиза-
тор на напрежение
11
^7 V; постоянен товаре?! ток /т=1 mA; изменение на входно-
то напрежение Д 17 — ± 15°/о-
Изчисляванс
1. Относительно увеличение на входното напре »егие
а = 0,15, а относителното му намаление—6 = 0,15.
2. Избира се стабилитрон за зададеното изходно напрежение [2,9]
Подходящ е Д814А със следните данни: UZmin = lfi V; UZm.^.
= 8,5; /2гт11п = 2 mA; /ZrnJX.-=40 mA; rz=6 2 при /z=5 mA.
3. Изчислява се минималният ток през баластния резистор:
Л) min т“Ь‘ Z min 1 4“ 5 6 mA.
4. Изчислява се съпротивлението на баластния резистор. Въз*
можни са два варианта:
а. При предварително зададено входно напрежение £70.
В този случай трябва да е изпълнено условието UQ 3UZ max.
Например, ако входното напрежение е £7'=24 V, тогава
<4 nlin = 24(1-0,15)
Anin" /О min ' 6‘10"3
2040 2.
Избира се резистор със съпротивление 2 k Q.
б. Когато входното напрежение не е зададено.
Съпротивлението на резистора /?б се избира в границите
= (10100) г z. В случая, понеже избраният стабилитрон има
малко динамично съпротивление, се избира горната граница:
/?"=100 rz= 100.6 = 600 2.
Избира се резистор със стандартно съпротивление /?^=63и 2.
5. Изчислява се захранващото напрежение:
При вариант а:
= Ц(1-6) = 24(1-0,15)=20,4 V;
L/'0 = 24 V (зададено);
^max = ^o(1+a)-24(l+O,15) = 27,6 V-
При вариант б-.
t/;mil, = ^m3x+^:4min=8.5 + 630.0,006=11,3 V;
Ц>' = ио (1 + °)=13>3 (1 + °.15) --=15’3 v
6. Максималната стойност на тока през стабилитрона е:
12
При вариант а
,< С'о max Uz mi о- - _
/Zmax=~ —/=_±ТЛГ_7_ 1 in-3-
R6 т 2000 1 10 —
= 9,3.10—3A — 9,3 mA<40 mA (допустимо).
При вариант б
О max ЧZmiiy
" =и'
R..
= 12.10 3 А —12 mA<40 mA (допустимо).
Мощността на баластния резистор е:
При вариант а:
р • _Z min)2
ал3-7.-! ю-з_
630 1 • 1и —
I?7,6 722=0 9| w
2000 w
Избира се резистор с
При вариант б
г>" _ (^0 max ““^Z-nin)2
*б к
мощност 0,5 W.
^(l5 3-7*2 =Q и W
630 ’
Избира се резистор с мощност 0,25 W.
8. Избира се съпротивлението на резистора /?2. Ако няма дру-
ги изисквания и ограничения, препоръчва се /?'2=/?2=rz=6
Избира се стандартна стойчост 5 Q. Тази стойност е валидна и
за двата варианта.
9. Изчислява се съпротивлението на
При вариант а
о- = = 5(6+2000)—6.5 _iggg q
1 Г % 6
При вариант б
%., = Rj ('z+Rj) - 'zR'i 5(6+ 630) - 6.5 5^5 fl
За прецизна настройка на стабилизатора резисторът /?х се
секционира и се иэработва от последователно свързани постоянен
резистор и реэистор-тример. Съпротивлението на настройвания
тример се препоръчва да бъде 0,25—0,3 от стойността на цяло-
то съпротивление. Например във вариант xz съпротивлението на
тримера е
13
/?'ivar=0,3₽;=1668 0,3=520 2.
Избира се стандартна стойност /?iVar=470 2. Тогава /?', ,onst =
=/?;—0,5/?; vdf= 1668--0,5.470= 1433 2.
Избира се резистор със съпротивление 1,5 к 2.
Аналогично се изчислява съпротивлението на тримера и при
вариант б.
10. Изчислява се максималната и минималната стойност на
тока през делителя /?„ /?2 при номинално захранващо напреже-
ние и граничните стойкости на тримера:
При. вариант а
/ _________^2_______—________~_______— 0 01° А
1т,П~ *lconst + *2 var+^ 1500 + 470+6
Аналогични изчисления се правят и за вариант б.
11. Изходното напрежение (при вариант а) е
(/J +4) = (74-8,5) - 6 [(12+-16) +1] Ю-з V.
В малките скоби са поставени граничните стойности на напре-
жението на стабилитрона и на тока през делителя /?п /?2. За вся-
ко конкретно изпълнение и настройка на схемата тези величини
имат точно определена стойност.
Падът на напрежение върху резистора /?2 намалява много
малко изходното напрежение — между 0,073 и 0,097 V.
За вариант б се правят аналогични изчисления.
12. Изчислява се средният к. п. д. на стабилизатора:
При вариант а
___________^.min 'т__________=
rf | 4 max+Л niin ^0 ~ Z min \
0\ *6 /
- -^ГбА1''°' 2^7 ; =0.0'5-1.5%.
24 ( 2 10~’+ 2000 )
14
1.4. ПРОЕКТИРАНЕ НА ПАРАМЕТРИЧЕН -СТАБИЛИЗАТОР
НА НАПРЕЖЕНИЕ С ДИНАМИЧНО БАЛАСТНО СЪПРОТИВЛЕНИЕ
Еквивалентната схема на стабилизатора е показана на фиг. 5а,
а принципната схема—на фиг. 56. С тази схема, като се има
предвид, че rz-^Rc>, се получава голям коефициент на стабилиза-
Фиг. 5 Параметричен стабилизатор на напрежение с динамично
баластно съпротивление
а—еквивалентна схема;
б—при ним ина схема
ция. О^азмеряването на схемата се извършва по аналогичен на»
чин както при обикновения параметричен стабилизатор на напре*
жение. Редът на изчисленията е следният:
1. Избира се стабилитрон [2,9].
2. Определи се входното напрежение.
3. Избира се типът на транзистора [2, 3, 4, 5].
4. Оразмерява се схемата на токовия стабилизатор.
П р и м е р 4. Да се проектира параметричен стабилизатор на
напрежение със следните данни: изходно напрежение f/„3X =
= 10 V±15%; променящ се товарен ток /т=0-?15 mA; изменение
на входното напрежение Д{70= ±15%; коефициент на стабили-
зация 100; вътрешно съпротивление 7?, ^ 20 й; коефициент
на пулсации на входното напрежение &п=15%.
Изчисляване
1. Относителното увеличение на входното напрежение е
а=0,15, а относителното му намаление — 6=0,15.
2. Относителните граници на изходното напрежение са:
— горна граница с = 0,15;
— долна граница rf=0,15.
3. Относителният коефициент на пулсации е Ап=0,15.
4. Допустимжте граници на стабилизираното изходно напре-
жение и на работното напрежение на стабилитрона са:
u'z п,1п^и»х(1-^)=10(1 -0,15) = 8,5 V;
U'zга.х < £Азж (1 + с) = 10(1 +0,15)=11,5 V.
15
5. Предварително приблизително се изчислява максималният
работен ток през стабилитрона:
/гтаХ«1.1Д4=Ы • 15.i0-3=0,0165 А.
6. По данните от т. 3, 4 и от заданието се избира типът на
стабилитрона. Подходящ е Д814В със следните данни: t7Zinin = 9 V;
f/Zmax=10,5 V; rZ(;) = 25 Й при ток на стабилизация 1 mA;
Гх(6) = 12 й при ток на стабилизация 5 mA; /Zl.)ax=32 mA.
7. Минималният ток през стабилитрона се определи от уело-
вието за вътрешното съпротивление на стабилизатора rz=
= Ri _*<20 Q. Вижда се, че токът 1 mA не е достаточен. Избира се
4min=5 mA.
8. Изчислява се максималният ток през стабилитрона:
/Zm3I=/zn,in + 4mox-A,n1n-5.1O-4 15.10-3+0 = 20. Ю-3 А-
=20 mA.
Този ток е по-малък от максимално допустимия за стабили-
трона (32 mA).
9. Определят се стойностите на входното напрежение:
г г ___ UZ шах + 5 11.5 + 5 ,
U0 .mm— 1—Лп' ~ 1—0.15- V’
^=t+",:5,i5=-'3.5 v;
ад+о)=23,5(1 + 0,15) = 29 V.
10. Изчислява се максималното работно напрежение колек-
тор — емитер на транзистора:
Uce^ max - Uzaln = 29- 9=20 V.
11. Максималното напрежение върху транзистора при авариен
режим късо съединение на изхода е
UСЕ к.с 55=1 Uq max=29 V.
12. Определи се колекторният ток на транзистора:
/с = /zi п.I п Ч- 4 тах = 5.10-3 +15.10 - з = 20.10-3 А.
13. Максималната мощност, разсейвана от транзистора при
нормален работен режим, е
PC=UCE /с=20.20.10—3=0,4 W.
14. Максималната мощност, разсейвана от транзистора при къ-
со съединение на изхода, е
Рс к.с = Uсе к.с /с=29.20.10-3 =0,58 W.
15. По данните от т. 10—14 се избира типът на транзистора.
16
Подходящ за целта е 2T6S21 (със синя точка) със следните
данни: ^сл?тах=5^ 4тах=500 mA; /^(7гпах=600 mW; ^2\е = 130>
16. Избира се типът на диода Д2. Понеже минималното на-
прежение върху стабилизатора на ток вече е определено да е
равно на 5 V (г. 9), напрежението на стабилитрона трябва да
бъде по-малко от 2 V. Вместо стабилитрон се поставят два си-
лициеви диода тип Д5606, свързани последователно в права по-
сока. При ток Zz2^ 1 mA, напрежението върху всеки диод е при-
близително 0,7 V, а вътрешното съпротивление е rZ2^3 S2.
Тогава
77г2г=2.(7Л2=2.0,7= 1,4 V;
rZ2s = 2.rz,=2.3=6 2.
17. Изчислява се базовият ток на транзистора:
/в= -^-~ = -^-^ = 0.15.10-3 А=0,15 mA.
^2117 130
18. Избира се минималният ток през резистора
Лпнп 104=10.0,15 = 1,5 mA.
За постигане на стабилна раоотяа точка на диодиге
приема /Z2min = 2 mA.
19. Изчислява се съпротивлението на резистора R^.
l/ftmin—Un-.- 20-1.4
-----= .—--=9,3. 103 Q.
'Z2min 2.10 »
Избира се стандартна стойност /?2 = 9,1 к2.
20. Максималният ток през R2 е
Ц>1п„-(/йу 29—1.4
/г.-,па,- ° \ Z^=^-1O-=3.1O-3A^3 mA.
Този ток е допустим за избраните диоди.
21. Мощността на резистора /?2 е
= (^0 niax-^22’)Zz2niax = (29 — 1,4)3.1 0^ = 0,083 W
Избира се резистор с мощност 0,125 W.
22. Изчислява се съпротивлението на резистора
сЪ-“0’6 1,4—0,6
В
токьт с
2.10-3
40 Q.
~ 20.1G^
Избира се стандартна стойност /?! = 39 Q.
За да може токът през транзистора да се регулира
ни граници при настройка, съпротивлението на този
трябва да се изменя. Това се постига чрез последователно свърэ-
ване на постоянен резистор и тример (вж. пример 3).
в извест-
резистор
2 Ръчоаодствэ . .
17
23. Приблизително определяне на динамичного съпротивление
на стабилизатора на ток. Използуват се формулите:
80
—при PNP транзистор;
—ПРИ NPN транзистор.
'С
В случая ^~^ = 2б?г-г = 4-103 °-
24. Изчислява се коефициентът на стабилизация
. I/Zmin 9 4000
kcT~ Uo ' rzl 29 12 mio°-
Тази стойност е на границата на допустимата стойност. За да
се повишн коефициентът на- стабилизация, трябва да се увелнчи
Това най-лесно се постига чоез въвеждане на отрицателна
обратна връзка чрез резистора R3. Съпротивлението му се из-
числява ориентировъчно, а самият резистор се секционира чрез
постоянен резистор и тример, за да може да се прави точна на-
стройка.
25. Изчисляване на съпротивлението на резистора /?3:
О ~Р тах~ % mln________ 29 20 _
3 rZ2x(lZimix—IZ2mln) “40‘ 6(3—2)10 3~6®-10 °*
Резисторът се секционира на последованелно свързани посто-
янен резистор (39 к2, 0,125. W) и тример (47 kQ).
1.5. ПРОЕКТИРАНЕ НА ПАРАМЕТРИЧЕН СТАБИЛИЗАТОР
НА НАПРЕЖЕНИЕ С УСИЛВАТЕЛ НА ТОК В ИЗХОДА
Такъв стабилизатор на напрежение се прилага, когато е не-
обходимо да се разшири обхватът по ток на параметричния ста*
билизатор. Схемата му е показана на фиг. 6. Резисторът R6 н
стабилитронът Д образуват обикновен параметричен стабилиза-
тор на напрежение. Транзисторът Т работи в схема с емитерен
товар и усилва изходния ток. Редът на изчисленията е слединят:
1. Оразмерява се параметричният стабилизатор /?6, Д.
2. Определят се типът и работният режим на транзистора Т.
Пример 5. Да се проектира параметричен стабилизатор на
напрежение със следните данни: изходно напрежение U»3t=
=11 V± 10%; Променян; се товарен ток /т=10-т-1Ю0 mA; изме-
нение на входното напрежение ДЦ>—±10%; коефицйент на ста-
билизация Аст>10; вътрешно съпротивление Rt< 1,5 Q; коефици-
ент на пулсации на входното напрежение £п=10%.
18
Изчисляване
1. Избор на схемата. Поради големия изходен ток, големия
диапазон на изменението му и малкото изходно съпротивление,
което трябва да се получи, избира се схемата от фиг. 6.
2. Относителното уве-
личение на входното га--
прежсние е а=0,1, а отно-
сителното му намаление—
6=0,1.
3. Относетелният кос-
фициент на пулсации е
*„=0,1.
4. Допустимите отно-
сителни граници на изход-
ното напрежение са: уве-
личение — с = 0,1, намале-
ние— rf=0,l.
Фиг. 6. Параметричен стабилизатор на нап-
режение с усилвателна ток
5. Допустимите грани-
ци на работното напреже-
ние на стабилитрона са:
^mln>t7H„(l-rf)+0,6=ll(l-0,l)+0,6=9,6 V;
1 + с) + 0,6=11 (1 + 0,1 )+0,6 = 12,7 V.
6. Избира се стабилитрон тип ДВ14Г със следните данни:
^Лгт1п = Ю V>t/zmIn;t/Zmax= 12 V<£7zmax; rz^\5 ПРИ Azmin=
= 5 mA; /Zmax = 29 mA.
7. Статичният коефициент на усилване на транзистора Т тряб-
ва да удовлетворява условията:
а) Л,иа1.2^=1.2^ = 12;
6) *„^(5^10) ^,- = (54-10) = 20- 40.
Избира се ориентировочно 50.
8. Максималният и минималният базов ток на транзистора са:
7 _ Лтах_ 100.10*3 __ IQ—3 д.
Лп“- /гпЕ~ 50 л>
/ , 10.10“»
=-5(Г-=0’2-7 * * 10-’ А-
9. Изчислява се съпротивлението на баластния резистор:
19
R<-\,—; с +»+*>-
^Zmin— *стГ z\l Zmin + zBmai)
= 10-10.15(5+2)10-3 (1+°>1+O»1)=2OO Q.
10. Изчисляват се номиналната стойност и граничните стой*
ности на входното напрежение:
*4 (iiIn l^Zmax "Ь Zmin + /Bmax)](l+0,5*n) =
=[Г2 -» 200(5+2)10~3 * *](1 +0,5.0,1) = 14 V;
ГТ — ^1» mln _ 1 к е V
V0- j—j, ' - j_0J -10.0 V,
Z7om« = t/o(l+a)=l5,5(1+0,1)-17 V.
11. Максималната стойност на тока през стабилитрона е
7 _Ц, inax ^Zmin I _17—10 __ tn—3_
' Zmax 'Zimin 200 v,4.1V
= 35.10-3A=35 mA>29 mA.
12. Преизчислява се съпротивлението на R6:
1- 0 max ^Zmin 17 _10_____
/zmln+/Tml„ 5+0,2.10-3
= 1340 Q.
Избира се стандартна стойност 1,3 kQ.
13. Преизчисляват се стойностите на захранващото напреже-
UCmin= [^Zmax + R$ {IZmin+/вта» )] (1 + 0,5 Л„)=
= [12 + 1300(5+2).10-’l(l +0,5.0,1) =22 V;
lГ — 94 4 V-
°o 1-5 ~ 1-0,1 v’
^on.„=W +«) = 24.4(1 +0,l)=26,8 V.
14. Максималната стойност на тока през стабилитрона е
,, ^Qmai-l^Zmin . 26,8—10 ПОЮ—3 —
Лтах= ---------------/«min = ~1зоо--°.2-‘ ° “
= 0,013 А=13 тА<29 mA.
15. Изчислява се коефициентът на стабилизация —
. __ ^Zmia~0’6 /. &б । \_
= ^6 *(1+-5^ + ^)-3»'8>,°-
Х0,О \ OJ.iUU 10 /
20
16. Изчислява се мощността на баластния резистор /?'
р _(4,тах-<//т1п)2 (26,8-10)2
^Лб-------—= 1300 ~y,Zl W-
*'б
Избира се резистор с мощност 0,5 W.
17. Изчислява се максималната стойност на напрежението ко-
ле ктор—емитер на транзистора:
i/«,n.x=^om„-(i/zn,IO-0.6)-26,8-(10-0,6)=17)4 V.
18. Максималната мощност, разсейвана от транзистора, е
Рс= m.x=17,4.0,1 = 1,74 W.
19. Избира се транзистор тип 2Т9135А [3,5] със следните
Дании:
^^ = 45 V; /Ст11 = 1А; Ptot-8 W; А21£=55; А„,=40 2.
20. Изчислява се вътрсшното съпротивление на стабилиза-
тора:
= а<1«5 2-
21. Иэчисляват се граничните стойкости на к. п. д.:
„ = (^Zmln-0,6) /т mln_(10-0,6). ЮЛО'3 _ п . .
n’fa ^nux(/Tmta+4max)_"26'8(,0+13)-10’S ' ’
„ . _ (^z>n.x-0.6)7Tm.x _ (12—0,6). 100.10-3 , ,
Чга" l/ominUImax+/z„ln) " 22(100+5)10-3 1’5-
21
2. ОБЩИ ПРИНЦИПИ ЗА ПРЭЕКТИРАНЕ
НА ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА
С КОМПЕНСАЦИОННИ СТАБИЛИЗАТОРИ
НА НАПРЕЖЕНИЕ ОТ ПОСЛЕДОВАТЕЛЕН ТИП
При проектиране на стабилизирани токозахранващи устрой-
ства се препоръчва следният ред на изчисляване:
1. Избор на схемата.
2. Оразмеряване на регулиращия елемент.
3. Оразмеряване на елементите в схемите за еталонното на-
прежение, за обратните връзки, на усилвателя на разсъгласуване,
за защити и др.
4. Проектиране на токоизправителя и изглаждащия филтър.
2 1. ИЗБОР НА СХЕМАТА
Йзбэрът на схемата на стабилизатора е една от най-отговор-
ните задачи при проектирането. Върху него оказват влияние как-
то данните от техническото задание на проекта, така и специ-
фични!е рлботни условия — икономически и технологични съоб-
ражения, околча среда и др. Тук трябва да се спазват няколко
основни правила:
1. Задължително да се използ,ват само силицисви полупро-
водникови лрибори.
2. При възможност за стабилизаторите да се използуват ин-
тегрални схеми.
3. Ако се налага сгабилизаторът на напрежение да се проегь
тира с дискретни елементи, винаги да се предпочитат схемите на
компенсационни стабилизатори на напрежение от последователен
тип. Схеми на паралелни стабилизатори да се прилагат само ко-
гато е възможно товарнИят ток да си смени посоката, т. е. кон-
суматорът да стане генератор.
2.2. ОРАЗМЕРЯВАНЕ НА РЕГУЛИРАЩИЯ ЕЛЕМЕНГ
Оразмеряванието се състои в избор на транзистор или схема на
съставен транзистор, който да издържа на всички режими на работа
на стабилизатора—работни и аварийчи. Тъй като това е най-натоваре-
ният по мощностелемент в схемата, необходимо е да се обърне осо-
бено внимание на неговото правилно оразмеряване, за да се по-
лучи необходимата сигурност в работата на стабилизатора, без
да се повиши излишно неговата цена. Тук се извършва и избо-
рът на начина за охлаждане на регулиращия елемент и топлин-
ните изчисления на охлаждащите елементи.
22
2.3. ОРАЗМЕРЯВАНЕ НА ЕЛЕМЕНТИТЕ В СХЕМИТЕ
ЗА ЕТАЛОННО НАПРЕЖЕНИЕ, ЗА ОБРАТНИ ВРЪЗКИ.
ЗА ЗАЩИТИ И ДР.
При тези изчисления се оразмеряват всички останали елемен-
ти на стабилизатора и се определят окончателните му парамет-
ри — коефициент на стабилизация, вътрешно съпротивление, ко-
ефициент на филтрация и др. Поради големия толеранс на ста-
тичния коефициент на усилване на траязисторите тези изчисле-
ния дават резултати с известно приближение. Затова се nperto-
ръчва използуването hi опростени методи, даващи необходимата
точност за инженерната практика при минимален брой изходни
данни и изчислителни операции. За да се постигнат практически
зададените параметри на стабилизатора, при оразмеряването на
•елементите му се използуват данните за най-лошите им харак-
теристики. Това дава известен запас.
В зависимост от избраяата схема на стабилизатора някои от
изброените операции при проектирането могат да не са необходими
например при използуване на интегрални схеми с вградени източ.
иици на опорно напрежение и защита от свръхток.
2.4. ПРЭЕКТИРАНЕ НА ТОКОИЗПРАВИТЕЛЯ
И ИЗГЛАЖДАЩИЯ ФИЛТЪР
За изходни данни се използуват стойносите, получена за вход-
ните напрежения и токовете на стабилизатора. Когато захранва-
нето е от едчофазна мрежа с напрежение 220 V, 50 Hz, bhhbi и
токоизпрэвителят работи с капацитивен товар. Проектирането му
се извършва по графоаналитичния метод за оразмеряване на то-
копзправител със загуби и капацитивен товар [6,9].
Накрая се проектира трансформаторът [7,8], понежа изходни-
те данни за него се определят едва след проектиране на токо-
изправителя.
23
3. ПРОЕКТИРАНЕ НА ОХЛАЖДАЩИЯ РАДИАТОР
ЗА МОЩНИ ТРАНЗИСТОРИ И ИНТЕГРАЛНИ СХЕМИ
Тук се разглежда само най-простият и най-често срещаният в
практиката случай на естествен© въздушно эхлаждане. Същест*
вуват две постановки на задачата:
а) эададена е топлинната мощност, която трябва да се от-
веде чрез радиатора;
б) зададен е предварително видът на радиатора и се търси
допустимата топлинна мощност, която той може да отведе.
Йзчислявачето се извършва по следния начин:
Вариант а. Зададена е топлинната мощност Рс, която трябва
да се отведе чрез радиатора. Освен това са необходими още
следните изходни данни.
— максималната температура на околната среда /0;
— максимално допустимата температура на прехода колектор—
емитер на транзистора /утвх;
— топлинното съпротивление преход—корпус на транзистора'
(от каталога); ако /?/Ук не е песочено в каталога, то може
да се изчиелн по формулата , °C/W;
* Стах
— начина на закрепване на транзистора върху радиатора —
със или без изолационна подложка; ако е с изолационна подлож-
ка, трябва да сс знае и нейното топлинно съпротивление R(KP.
Редът за изчисляване е следният:
1. Определи се сумарното топлинно съпротивление преход —
радиатор:
Rtif ~ +/?,«₽- О /W..
Ако транзисторът се закрепва директно върху радиатора,
повърхностите са гладки и е употребена силиконова паста, /?/кР«=«
»0,5cC/W
Ако е използувана изолационна подложка, нейното топлинно
съпротивление трябва да се има предвид.
2. Определи се топлкпното съпротивление на радиатора
р __п .
К/р — п/7Р.
3. Изчислява се площта на радиатора по приблизителната фор-
мула
С 1200
s’—Й7'
Тук трябва да се работи само с активно охлаждащата се по-
върхност на радиатора. Ако част от площта му е долепена до
топлоизолацнонни детайли, изработени от гетинакс, текстолит и
др., тя трябва да се приспадне от общата охлаждаща площ.
24
Пример 6. Да се изчисли площта на радиатор за естестве-
но въздушно охлаждане на транзистор тип 2N3055 със след-
ните работни данни: максимална мощност върху колектбра Рс=
=40 W; максимална температура на околната среда #0=45°С;
приета (със запас) максимална работна температура на прехода
колектор — емитер Z/=150° C</ym«=200° С; топлинно съпротив-
ление преход—корпус /Ук= 1,5° С/W. Закрепването на транзисто-
ра върху радиатора е директно, със силиконова паста.
Изчисляване
1. Определи се сумарното топлинно съпротивление преход —
радиатор:
Rt.P=К*+RKp --=1.5+0,5 = 2°С/W.
2. Определи се топлинното съпротивление на радиатора:
RtP=-^ — 2=0,62°C/W.
3. Изчислява се активната площ на радиатора:
5р=’Я°°- = 2000 ст2.
Пример 7. Да се изчисли площта на радиатор за естест-
вено въздушно охлаждане на транзистор тип KD615 със след-
ните работни данни: отделена топлинна мощност върху колекто-
ра Рс = 20 W; максимална температура на околната среда /0=
=45° С; приета работна температура на прехода колектор — емл,..
тер </=120° С.
Топлинното съпротивление преход—корпус не е дадено в ка-
талога.. Дадени са данни за Pcmax = 70 W и ^утах — 155°С.
Закрепването на транзистора върху радиатора е чрез изола-
ционна подложка с /?/кР=Г C/W.
Изчисляване
1. Изчислява се топлинното съпротивлезие преход — корпус:
Rt*== 1,9 °C/W.
^Сшах
2. Изчислява се сумарното топлинно съпротивление преход —
радиатор:
Rt}p=Я/л4-&кр= 1.9 +1 - 2,9 °C/W.
3. Определи се топлинното съпротивление на радиатора:
/?,₽= -2,9 = 0,85 °C/W.
25
4. Изчислява се активната повърхност на радиатора:
5Р=^- = и^5 = 1412 Ст2'
*'/Р v.cu
Вариант б. Зададен е предварително видът на радиатора,
т. е. неговото топлинно съпротивление /?/р. Зададени са още след-
нитл И1ХОДНИ даняи:
— максималната температура на околната среда
— максималната допустима температура на прехода колектор—
емитер на транзистора f7-max;
— топлинното съпротивление на преход—корпус на транзис-
тора А>/Л:
— начинът на закрепване на транзистора върху радиатора —
със или без изолационна подложка.
Редът на изчисленичта е следният:
1. Определи се сумарного топлинно съпротивление преход —
околна среда
= /?Г/к + ^кр + ^ °C/W.
Ако RtjK не е дадено в каталога, то се определи по формулата
^Jk-ПЛХ-20
°c/w.
Стах
2. Определи се максималната температурна разлика между
прехода колектор — емитер и околната среда:
M = tj—tQf °C.
3. Изчислява се мощчостта, отделена в колектора, при конто
се досгига тази температура:
Пример 8. Да се изчисли максималната мощност, конто
може да разсейва транзисторът 2 N 3055, монтиран върху една
злуминева стена, на кутия от електронна апаратура с размерн
265X230 mm. Между транзистора и стената има изолационна
подложка с /?/кР = 1 °C/W. Максисмалната температура на окол-
ната среда е /О = 45°С; максималната допустима температура на
прехода колектор — емитер е /у = 150°С; топлинното съпротив-
ление преход — корпус на транзистора е /?/Ук=1>5 °C/W.
Изчисляване
1. Изчислява се активната охлаждаща повърхност на радиа
тора. Понеже това е стена^ от кутия на апарат, рабогна повър-
хност е само външната:
5Р=26,5.23,0 = 610 ст2.
26
2. Изчислява се топлинното съпротивление на радиатора:
р ___1200 _ KOO QC/VJ
/?/р C/w.
3. Изчислява се сумарното топлинно съпротивление преход —
юкол на среда:
/?rz=^K+/?/Kp+/?ZP= 1,5+1+2=4 °C/W.
4. Определи се максималната температурка разлика между
прехода и околната среда:
M=tj—/0=150—45= 105° С.
5. Изчислява се максималната допустима мощност, която тран-
зисторът може да отдели при тези работни условиг:
рс=^=-^2б W.
27
4. ЗАЩИТА НА СТАБИЛИЗАТОРИТЕ И ТОВАРА
ОТ СВРЪХТОКОВЕ И ПРЕНАПРЕЖЕНИЯ
4.1. ЗАЩИТА ОТ СВРЪХТОКОВЕ
По-силен ток от номиналния (свръхток) на изхода на стабили-
затора може да се появи като следствие от включването на не-
подходящ товар, авария в захранваното уствойство или късо съе-
динение в изходната верига. Понеже стабилизатбрът се стреми
да поддържа напрежението на изхода си постоянно и вьтреш-
ното му съпротивление е малко, токът нараства многократно и
довежда до повреда в стабилизатора или товара. За да се защи-
ти стабилизаторът от свръхток, се използуват специални методи
и схемни решения. Според използуваните средства за реализация
защитите се делят на две групи:
а) с обикновени средства,
б) с елекгронни схеми.
Обикновените защити биват:
1. Разтопяем предпазител. Това е защ/та, която се отличава
с абсолютна сигурност и безотказност. Използува се задължи-
телно във всяко токозахранващо устройство. Когато има вграде-
на и друга защита, разтопяемият предпазител едублираща защита.
Предимствата на разтопяемите предпазители са:
— безотказност,
— ниска цена,
— проста изработка.
Недостатъците им са:
— неточно фиксиран праг на задействуване,
— невъзможност за автоматично самовъзстановяване,
— необходимост от резервни вложки.
Изброените предимства и недостатъци правят този вид за-
щита необходима като дублираща при по-сложните токозахран-
ващи устройства и като основна при най-простите и маломощни
токозахранващи устройства.
2. Автоматични предпазители (автомати). Товд са електроме-
ханични апарати, които разкъсват веригата на тока по механичен
път при възникване на свръхток. Използуват се главно при ти-
ристорните устройства.
3. Релейна защита. Използува се токово реле като измервате-
лен апарат, което въздействува върху някакъв изключвател. При-
лага се по рядко (за големи мощности).
Елекгронните защити биват:
1. Защита чрез токоограничаваие.
2. Защита с релейно действие.
28
4.11. Електронна защита от свръхток
чрез токоограничаване
Тази защита въздействува върху регулиращия транзистор на
стабилизатора по такъв нпчин, четой ограничава максималнияток
или тока на кьсо съединение до определена, безопасна стойност.
Фиг. 7. Електронна защита от свръхток чрез токоограничаване
а— принцппна схема;
б—нолт-ампери 1 характеристика на стабилизатора
Най-простият вариант е показан на фиг. 7 а. Транзисторы 7\ е
регулиращият елемент на стабилизатора, а транзисторы Г, е от
схемата за защита. Товарният ток създава пад на напрежение
върху измервателното съпротивление Ur Когато това на-
напрежение надхвърли праговото напрежение UВЕг2 на транзи-
стора той се отпушва и като шунтира прехода база — еми-
тер на 7 р ограничава тока през него.
Товарната характеристика на стабилизатора с такава защита
е показана на фиг. 7 б.
Пр им е р '9. За последователен компенсационен стабилиза-
тор на напрежение да се проектира защита по ток от вида, по-
казан на фиг. 7 а. Изходните данни са: максимално входно на-
прежение t7Omix=20V; изходно напрежение 67M3x=12V; товарен
ТОк/т = 2 А. Токътназадействуваненазащитата дабъде /кР=2,5 А.
Схемата на защитата е показана на фиг. 8. Регулиращият тран-
зистор е съставе I по схема Дарлингтон. Транзисторы Тх е от
тип 2N3055, а транзисторы Г2—2Т9135. Базовият ток на със-
тавния транзистор е /Дт2=0,ь6 mA. Резисторы Z?t = 2,4 kQ.
Изчисляване
1. Изчислява се максималният ток през в режим на късо
съединение:
А-
Изчислява се максималният колекторен ток през тран-
зистора Г3:
29
Iстз^!R^.z—8,3 mA.
3. Работното напрежение на транзистора Г3 е
^СЕТЗ = ^Rm + Увел + UbET2 ~ UВЕТЗ + UВЕТЛ + U8ЕП —
=0,64-0,6 + 0,6=1,8 V
Фиг. 8. Схема на эашитата от пример 9
4. Избира се маломощен транзистор тип 2Т3168А със след-
ните данни: t/c£ro„-25 V; t/c£ie/=0,3 V; A21f=240; /^«lOOmA;
^cni»x=0>2 \¥.Даннитесазаколекторен ток 10 mA.
5. Проверява се условието за задействуване на защитата:
UcEsat ТЗ < UbeTI + UВЕТЪ
0,3<0,6+0,6= 1,2—транзисторът отговаря на условието.
6. Определи се стойността на Ra-
Q-
7. Определи се входното съпротивление на Г3:
. _0.03 Л21£гз _0,03.240 _ЙА7 о
П'Г8~—----------8?3.10^з —
8. Изчислява се стойността на тока на късо съединение:
/ =/ . к. 867.8Л.1О-3 ~ д
/к.с 7кр^-^з- —,5 +---------240 А-
9. Изчислява се мощността, отделена върху резистора /?ш:
Р*ш /к2с=0,24.2.532= 1,54 W.
Избира се резистор с мощност 2 W.
10. Изчислява се мощността, разсейвана върху колектора на Г3:
PcTb~UcET* Л?тз=1»8.8,3.10 3=15.Ю 3 W.
С това проектираието на защитата е извършено. Понеже във
формулите участвуват много нелинейни величини, като входните
съпротивления на транзисторите, праговите напрежения на пре-
ходите база — емитер, резултатите от изчисленията са прибли-
зителни. За точна настройка на тока на задействуване на защи-
тата /кр съпротивлението на /?,„ трябва да може да се подбира
при монтажа или да се регулира в известии граници.
30
На фиг. 9 а е показана схема на защита за ток на късо съе-
динение, по-малък от тока на задействуване (фиг. 9 б). Новото
тук евключването делителя на напрежение /?3, който въвеж-
да допълнително прагово напрежение, пропорционално на изход-
Фиг. 9. Електронна защита от свръхток с
подобрена характеристика
а—принципна схема;
О—аолт-амперна характеристика на стабилизатор
ното. Тази схема се прилага при стабилизатори с фиксирано из-
ходно напрежение.
Оразмеряването на елементите на схемата се извършва по на
чин, подобен на предишната задача. В следващия пример изход
ните данни са сидите, за да се направи сравнение в действието
на двете схеми (фиг. 8 и 9 а).
Пример 10. За последователен компенсационен стабили-
затор на напрежение да се проектира защита по ток от вида,,
показан на фиг. 9 а със следните данни: максимално входно на-
прежение £7Оп1«х = 2О V; иэходно напрежение £/M3x = 12V; товарен
ток I-t—2 А; токът на задействуване на зашитата да бъде 2,5 А._
Регудиращият транзистор е съставен, по схема Дарлингтон, тран-
зисторът 7\ е от тип 2N3055, а транзисторът Т2— от тип
2Т9135. Базовият ток на съставния транзистор е /ег2=0,66 mA.
Резисторът 7?! има съпротивление 2,4 kQ.
31
Изчисляване
1. Изчислява се максималният ток през в режим на късо
съединение:
/„ Чипах 20 _п,.л-зд
'Я1К.С — 2>4.ЮЗ " °’4Л U
2. Максималният колекторен ток през транзистора Т3 е
/^уЯ=/^1кд. = 8,3 mA.
3. Изчислява се токът на кьсо съединение, при конто загу-
бите в регулиращия транзистор оставят същите както при но-
минален режим на работа:
А.
4. Изчислява се съпротивлението на резистора /?ш:
/?ш=/°’“=^р = О,б Q.
1 к.с 1
5. Изчислява се падът на напрежение върху резистора /?3:
= А>ш /кР—0,6=0,6.2,5—0,6 = 0,9 V.
6. Определи се коефициентът на деление на делителя R3t
k = 1— —13 3
7 Избира се токът през делителя:
/^=10 mA.
8. Изчислява се съпротивлението на резистора /?3:
«•-Члет-.“эо а
К 3
Избира се резистор със съпротивление 91 Q.
9. Изчислява се съпротивлението на резистора /?4:
/?4 = (£—1) /?3 = (13,3-1) 91 =1119 2.
Избира се резистор със съпротивление 1,2 kQ.
10. Иэчисляват се мощностите на резисторите:
Я?Ш=Ч2Р /?ш=2,52.0,6 = 3,75 W.
Избира се резистор с мощност
P# /?3=0,012.91 =9,1.10-3
3
Избира се резистор с мощност
pRt -/£/?4=0,012.1200=0,12 W.
Избира се резистор с мощност 0,5 W.
11. Избира се типът на транзистора Т3—2Т3168А със след-
4 W:
W.
0,125 W:
32
"ите Дачни: yc£ln.x=25 V; UCEstt =0,3 V; Л,1Я=240; /СПМ1=100 mA;
< С max — 0,2 W.
12. Проверява се условието за задействувзне на защитата:
U С Esat ВЕГ l +UВЕТ*
0,25 V<0,64-0,6=l,2 V—транзисторы отговаря на условието.
13. Изчислява се мощността, разсейвана от транзистора Г8:
РсТЗ—^СЕГЗ IcTS^iRm Iк.с + ^BETl + UВЕТ2) IcT3m
—(0,6.1 -f- 0,6 + 0,6) 0,0083=15.1о-’ W.
С това оразмеряването на елементите на схемата е завърше-
не. За да може прагът на задействува зе на защитата да се ре*
гулирз в известии гртници. коефициентът на делене на делителя
“«> (ft) се прави променящ се чрез тример-потенциоиетър.
На фиг. 10 е показана схема на защита от свръхток, която
мз същото действие и се прэектира по същия начин както тази
Фиг. 10. Защита по ток с управление от
минусовата шина
от фиг. 9 а. Разликата се състои само в това, че транзисторы
Т3 в нормален работен режим на стабилизатора е включен към
напрежение Uctr3=Umt и трябва да може да го издържа. Тази
схема се използува, когато по някои съображеяия резисторы
трябва да се включи във веригата на отрицателния полюй.
Разгледаните до ту к.. защити от свръхток са с автоматично
самовъзстановяване при изчезване на причината за токовото пре-
товарване.
3 Рьководство. ..
33
4.1.2, Електронна защита от свръхток с релейно действие
Защитата от свръхток с релейно действие се хцрактеризира
с това, че при задействуване тя прекъсва товарния ток (/к с=0) и
пстава в това състояние, докато не й се окаже външно въздей-
ствие за възстановяване. Ако през това време причината за пре-
товарването е била отстранена, стабилизаторът заработва нормал-
но. Ако причината за претоварването продължава да съществува,
защитата отново веднага прекъсва тока.
За реализирането на такава защита е необходим електронен
елемент с релейно действие. Най-подходящ за това е тиристорът.
На фиг. 11 е показана схема за подобна защита, в която е из-
полэуван маломощен тиристор.
Действието на схемата е следното. Тиристорът Th е свързаи
между базата на транзистора Г2 и минуса на стабилизатора. В
нормален работен режим тиристорът е изключен и не оказва вли-
яние на работата па стабилизатора. Когато токът през резистора
/?ш нарасне до такава стойност, че падът на напрежение върху
него стане достатъчно голям, за да се отпуши транзисторът
колекторният токнаГ3 включва тиристора Th. През включения ти-
ристор Th базата на транзистора Г2 се свързва с ютрицателната
шина на стабилизатора и транзисторите Г2 и 7\ се запушвдт.
Тиристорът остава във включено състсязие, докато не се пре-
късне токът през него. Това става чрез ключа К, който изключва
веригата на цзлия стабилизатор. Поставянето на този ключ ди-
рзктно във веригата на тиристора е недопустимо, защото при от-
варянето му стабилизаторът остава без защита по ток.
Стабилитронът Дх и резисторът /?б осигуряват допълнителен
ток за задържане на тиристора във включено състояние, ако
токът през резисторът не е достатъчен за това.
4
Пример 11. Да се проектира защита от свръхток (фиг. 11)
с релейно действие на последователен стабилизатор. Изходни
данни: входно напрежение f7omix=2O V; t/omin= 16 V; изходно на-
прежение 4/изх= 12 V; товарен ток 1Т=2 А; регулиращ транзи-
стор— съставен, схема на Дарлингтон с транзистори 2N3055 и
219135. Базовият ток на Г2 е 0,66 mA. Резисторът /?г=2,4 kQ.
Прагьт на задействуване на защитата да бъде /кР—2л5 А.
Изчисляване
1. Максималното работно напрежение на тиристора е
4Лтах=£Лзх=12 V.
2. При включено състояние на тиристора през резистора Rx
се осигурявзт следните токове през тиристора:
тхх = ^-1=2ЛГ16^с=8’3-10“3 А’
1о ----^Qtnin 16 —7 1()-3 д
z^nin— 2,4.10*
3. Избира се тиристор тип КУ 101 със следните данни: мак-
симална стойност на правото напрежение С'гм?пах —50 V; макси-
мален ток в права посока /глг=75 mA; ток на задържане
/т.4т1п=0.8 mA; максимално напрежение на управляващия електрод
^Gr<n«x=8 V; максимален ток на управление ^сгтах~^
Този тиристор има малък ток на задържане във влючено съ-
стояние и затова не е необходимо включването на групата /?Б.
4. Изчислява се съпротивлението на резистора /?3:
Р «- и*3* ~ и°т mat _ 15-8 _ coo Q
1.5 7Огт.х 1Г75.10-3—533
Избира се стандартна стойност 7?3=510 Q.
5.. Избира се напрежението върху /?3 при незадействувана за-
щита (0,5-И) V:
UR> = 0,5 V.
6. Изчислява се токът през делителя /?3, /?,:
, up °.5
lR=IRt= R*= -0,98.10~3 A^l mA.
7. Изчислява се съпротивлението на резистора /?4:
= = =n 490Q
Избира се стандартна стойност /?4 = 11 kS-
8. Избира се типът на транзистора Т3. Подходящ е 2Т3308А
със следните данни: ^/С£так = 25 V; /Стах=100 mA; Pc=3C0mW;
Л21£=160; Ube^Q,7 V.
35
9. Изчислява се измерителното съпротивление Кш:
<М8 Q.
*кр *•*>
10. Мощността, отделяла в Ra при ток на късо съединегие, г
/Ч = /;р/?™ = 2,52.0,43=3 W.
Избира се резистор с мощност 3 W.
С това изчисляването на защитата е завършено.
При избора на тиристор възможно е да се получи така, че
мннималният ток през резистора RY в режим на включен тиристор
да е по-малък от тока на задържане (вж. т. 2). Тогава се налага
включването на групата Д1( R5 и се правят следните допълнител-
ня начисления:
II. Ако е избран тиристор тип КУ 109 със следните данни:
^o.?inax = 200 V; /Г4И=3 А; ток на задържане /гЛт!п = 30 mA;
максималчо напрежение на управляващия електрод Z/or=8 V; мак-
симален ток на управление /ог= 100 mA; допълнителният ток на
удържане с
/д. = 1Л = (30—7) = 26 mA.
12. Работното напрежение на стабилитрона е
f/z = l,l (£/От„ Л (20-12)=8,8 V.
Избира се стабилитрон тип Д815Г.
13. Изчислява се съпротивлението на резистора R6'.
^5_ _ o o26 ? Ы.
Избира се стандартна стойност /?5=160 О.
14. Максималният ток през стабилитрона е
Г *4 max- иЛт1п-иВЕП
Zmax-
20-9-0,7
160
=0,062 А.
15. Изчислява се мощността на /?5:
Р*. = R,т„/?6 =0,0622. 160-0,63 W.
Избира се резистор с мощиост 1 W.
42 ЗАЩИТА НА ТОВАРА ОТ ПРЕНАПРЕЖЕНИЕ
Таэи защита е предвидена да защити консуматора Ьт прена-
прежение при повреда в стабилизатора. Самият стабилизатор
не се нуждае от защита от пренапрежение, защото такова в за-
хранващата мрежа не се появява.
36
Защитата на консуматора от пренапрежение бива два вида —
чрез ограннчаване на напрежението и чрез късосъединител.
Защита чрез ограннчаване на напрежението. Един вариант
на подобна защита е показан на фиг. 12. Последователно с ос*
Фиг. 12. Зашита от пренапрежение чрез ограиича*
мне на напрежението
ноения стабилизатор на напрежение и преди него е включен спо-
магателен стабилизатор с не особено високи качества (Гг, Т8, Тл
и J7t). В нормален работен режим транзисторът Г4 е запушен, а
транзисторите Т3 и Г2 са наситени. Стабилизацията на напреже-
нието се осъшествява от освоения стабилизатор, чнйто регули-
ращ транзистор е 7\. В случай >>а авария в осиовния стабилизатор,
например пробив на транзистора изходното напрежение се
увеличава малко, транзисторът Г4 заработва в активен режим, а
допълнителният стабилизатор Г„ Т, и Г4 поема функцията на
стабилизация.
Таэн схема на защита е твърде скъпа и с повншен разход иа
енергия и се прилага само в случайте, когато е необходима мно-
го голяма сигурност на електрозахранването. Оразмеряването на
елементите се извършва по следния начин.
Пример 12. Да се проектира защита от пренапрежение на
изхода на стабилизатор, изпълнена по схемата от фиг. 12 със
следните данни: изходно напрежение Umt=5 V; макснмално до-
пустимо нзходно напрежение £/И1Хам1=5,5 У;товаренток /Т=2А;
праг на задействуване на защитата по ток /иР=2,5 А; промени на
входного напрежение At/O=±10%; коефициент на пулсации на
входного напрежение Лп=150/0.
Изчисляване
1. Относителното увеличение на входного напрежение е а=0,1,
а относителното му намаление — д«=0,1. Относителният коефи-
циент на пулсации е k„ =0,15.
37
2. Иэчисляват се стойностите на входного напрежение на
стабилизатора:
Uii3x +-WCE sat Tl+UcEsat Tl) __
UC m in Г _ ь
л
_ 54-2(1.5 + 1.5) v.
~ 1-0,15 d V>
{/. . 13
/7----____________—14 4 V-
uo- - 1-0,1 V,
+ *> 144(1 + 0,1) = 15,8 V.
3. Максималнотэ напрежение върху транзисторите 7\ и Т2 е
UCETI = UceTi = Ц) max ^СЕ sat Т1 Uизх =
= 15,8 — 1,5—5 = 9,3 V.
4. Изчислява се максималната мэгцност върху транзистора 7\:
=^с^п4.р = 9,3.2.5 = 23 W.
5. Изчислява се токът на късо съединение, при конто загуби-
те в транзистора се запазв^т същите:
/ -7 fl__________и"3* _
1 к.с 1 ьг I 1 77 77 ~ 1 —
\ -UCEsatT2)
6. Избират се транзисторите 7\ и Г2— подходящ тип е 2N3055
със следните данни: t/C£nnx = 60 V; UCEsat = \.\ V; A21£min = 15;
Ze mux= 15 A; Pcmax=117 W
7. Изчислява се стойността на базовия ток на Г2:
/ п 2,5
а—~= =0,17 А-
h2\ETt 15
8. Избира се тилът на транзистора Г3. Подходящ е 2Т9135С
със следите данни: UCE П13Х = 45 V; UCEsatm^ = Q$ V; /Стах=1 А;
Л21/?= 175; ^стах”^ W.
9. Изчислява се стойността на базовия ток на Г3:
1втз - -T^- = T5V=0,97.10—э А=0,97 mA.
Л 217*3 1 IО
10. Избира се коефициентът на насищане на Г2 и Г3 при нор-
мална работа на стабилизатора и най-ниско входно напрежение:
^ = 1,3.
11. Изчислява се съпротивлението на резистора /?2:
U0 in in ~ ^ИЗХ - UCE sat Tl
IВГЗ ^sat
13-5—1,1
0,35. 10-* . 1.3
= 5,3.103 2.
38
Избира сё резистор със стандартна стойност = 5,1 кЙ.
12. Изчислява се мощността на резистора
р _ ("omax-<W_ (13-5Я
~ "ЗТоо---------
Избира се резистор с мощност 0,125 W.
13. Избира се типът на транзистора Г4. Подходящ е 2Т3168С
със следните данни: UCEmax -- 25 V; Uc[. aa/max = 0,6 V; lcmax = 100mA;
6ц£=560 при Ic-^ mA; PCmax—200 mW
14. Избира се типът на стабилитрона. Напрежението му на
стабилизация трябва да бъде Uz=(0,54-0,8) £/изх:
Uz=0,7 6/изх = 0,7.5 = 3,5 V.
Подходящ е стабилитронът КС133А със следните данни:
U7=2,97-е-3,63 V;/Zirax = 81 mA; /zmin = 3 mA; rz = 65 й при
/z= 10 mA.
15. Изчислява се съпротивлението на резистора R$
U„ —Ut
__ 0 min Z max____
1Z min
13-3,63
To 1U-3
= 927 Q.
Избира се резистор със стандартно съпротивление 910 Q.
16. Разсейваната мощност от резистора е
(<Л -U- . )-’ (15,8-2.97)*
Omax Zn..nJ '----------- = 0(181
К} У1U
W.
Избира се резистор с мощност 0,5 W.
17. Максималният ток през стабилитрона е
z _____ ^Omax Z mln । шах ^изх
^Zrnax- Ri г -ft* ~
_ 15.8-2.97
— 910 +
-- = 16,2.10~3 А.
blUU ’
Тази стойност е допустима.
18. Из'бира се токът през делителя па напрежение /?4, /?б:
Л?4 — Л>5 = Ю га^‘
19. Изчислява се съпротивлението на резистора /?б:
R& = Uz+UBFTi = (2.97-^3,63)4-0.6 = (357423) 2
Резисторът се прави секциониран от /?.' = 320 2 — постоянен,
и /?"=100 Q— тример./?' иА?"са свързанипоследователно.
20. Мощността, разсейвана от резистора R., е
Р' =ГЪ R\; = 0,012.320 = 0,32 W.
АЗ As О
39
Избира се резистор с мощност 0,125 W.
p"r~ 1к Лв-0,0Р. 100=0,01 W.
При тази мощност е подходящ всеки тример със съпротив>
ление 100 Q.
21. Изчислява се съпротивлението на резистора /?4:
---(/?;+^)= 10^--(320+Ю0)=80 а.
Избира се стандартна стойност 82 Q.
22. Мощността, разсейвана от Rit е
PR> = 4 ₽4=0,012.82 = 0,0082 W.
Избира се резистор с мощност 0,125 W.
С това проектнрането на защитата е завършено.
Защита чрез късосъединител. Тази защита предпазва товара
от пренапрежение, като съединява накъсо изводите на стабили-
затора. Ако при това токовата защита е в изправност, тя ограни-
чава тока до допустима стойност. Ако пренапрежението е въз*
иикнало поради пробив на регулиращия транзистор на стабили-
затора и токовата защита не може да функционира, изгаря раз-
топяемият предпазител и веригата на захранването се прекъсва.
Схема на такъв вид защита е показана на фиг. 13. Действие-
то й е следното. При нормално изходно напрежение напрежение-
то на стабилитрона Rx — Uz е по-гол ям о. от напрежението Ux.
Фиг. 13. Защита от пренапрежение чрез късо-
съединител
Транзисторът Т\ и тиристорът Thx са эапушени. Защитната схема:
ие оказва влияние на работата на стабилизатора. Ако изходното
напрежение се увеличи, напрежението £7j става по-голямо от на-
прежението Uz и транзисторът 7\ се отпушва. Неговият колек-
торен ток включва тиристорът Thu който свързва изходните кле-
ми на стабилизатора накъсо.
40
Тази схема има предимството, че иредпаэва консуматора ве>-
зависимо от произхода на пренапрежението — например случайно
допиране на други тоководещи проводници към шините на ста-
билизатора.
Въвстановяването на защитата се извършва чрез изключване
на захранването, за да се прекъсне токът през тиристора Tht.
Оразмеряванет о на елементите на схемата се извършва по
следния начин.
Пример 13. Да се проектира защита от пренапрежение на
взхода на стабилизатор, изпълнена по схемата от фиг. 13 със
следните давни: июх — \2 V; £7n.im»i=13 V; /т=2 А; ток на изга-
рине на разтопяемия предпазител във веригата при късо съеди-
нение на изхода /«.mix = 20 А.
Изчисляване
1. Избира се типът на тиристора Th} по зададените данни:
Л.с“20 А и работно напрежение t/e=12 V. Подходящ е тиристо-
рът КУ 109 със следните данни: работно напрежение UoRmn =
=200 V; номинален ток 1Tav=^ А; максимален ток за време 10
ms—/г5п!»х = 30А; максимален ток на управление /ог=100тА;.
максимално напрежение на управлявашия електред UGT = 8 V; ток
на задържане във включено състояние „^=30 mА.
2. Изчислява се напрежението на стабилитрона Д,:
£/^0,5 (£/„„- £/ог) = 0,5 (12-8) = 2 V.
3. Вместо стабилитрон га такова ниско напрежение могат да
се използуват два последователно евързаь и диода тип Д5606 със
следните данни: напрежение в права посока UD=Q,1 V; ток в
права посока 4 max=30 mA; динамично съпротивление rz=3 S.
Тогава опорного напрежение е
64=2.0,7=1,4 V.
4. Изчислява се съпротивлението на резистора при ток пре3‘
диодите 4=10 mA:
о 12-1,4
4 “ 16. Го-3
= 1060 Q.
Избира се резистор /?а = 1,1 kfi.
5. Мощността, раз:ейвана от резистора /?а, е
„ (tA,.x-t4)* (12—1.4)2
Я?,= = -Поп2- = 0,102 W.
А 2 11UU
Избира се регистор с мощност 0,125 W.
6. Избира се транзисторът Т\. Подхонящ е типът 2Т6821 (със
синя точка) със следните данни: 64r max=50 V; UCEsal^i,3 V;:
/сmax=500 mA; h^E—130.
41
7. Изчислява се съпротивлението на резистора /?х:
Д _ Uz-UcF sat т\ - GT
Igt
__ 12 —1,4 —1.3-8 о
~ 100.10-3 “ J
Този резистор работи в режим на еднократен къс токов им-
пуле и затова не е необходимо да се оразмерява по мощност.
8. Избира се токът пр?з делителя на напрежение /?3, /?4, /?5:
/1=(10ч-20) 7^-=(10^20)^=(717ч-15).10-3 А.
Избира се стойност на /(= 10 mA.
9. Изчислява се съпротивлението на резистора /?я:
Р 0.5(t/Zin.-^ri)_0.5(1.2+0.6.)_
«s- д ~ "ш. 10-3' У1 “•
10. Мощността, разсейвана от резистора R3, е
= '"z~..^^=™ = O|O44W.
АЗ У1
Избира се резистор с мощност 0,125 W.
11. Изчислява се съпротивлението на резистора /?4:
/?4 = 2 Uz ~ Uz min — 2 - - = 20 Я.
Избира се тример със съпротивление 47 2. Мощността, pis
сейвана от тримера /?4, е по-малка от мощността, разсейвана от
/?3, затова не е необходимо да се изчислява.
12. Изчислява се съпротивлението на резистора /?5:
12
₽6=-?~-(₽з+₽Э= To7TtrT-(2°O + 47) = 953 Я.
Избира се резистор със стандартно съпротивление 910 2.
13. Мощността, разсейвана от резистора /?б, е
р^/2/^0,012 910 = 0,091 W.
Избира се резистор с мощност 0,125 W.
42
5. ИЗБИРАНЕ НА РЕЖИМА НА РЕГУЛИРАЩИЯ
ТРАНЗИСТОР В ПОСЛЕДОВАТЕЛНИТЕ
КОМПЕНСАЦИОННИ СТАБИЛИЗАТОРИ НА НАПРЕЖЕНИЕ
С НЕПРЕКЪСНАТО ДЕЙСТВИЕ
Регулиращият транзистор в последователчите компенсационни
•стабилизатори на напрежение е най-натовареният по мощност
електронен елемент в скематз. Неговияг работен режим се изме-
ня в широки граници и товз допълнително усложнява задачата
за правилното му оразмеряване. Тази задача се състои във:
— избор на типа на транзистора;
— проверка на граничите му натоварвания;
— избор на начина за охлаждане и проектиране на охладителя.
Като изходни данни за оразмеряването се задават:
— изходното напрежение на стабилизатора по стойност и по
вид — неизмезящо се или изменящо се;
—изходният, товарният ток на стабилизатора по стойлост и
по вид — постоянен или изменят се;
— границите на изменение на входното напрежение;
— коефициентът на пулсации на входното напряжение;
— вътреш^ото съпротивление на захранващия токоизправител.
Изборът на типа на транзистора се извършва по следния
начин:
1. Според схемното решение се избира типът на проводимост —
NPN или PNP.
2. Спэред предварителчо пресметчатите максимални стоимости
на напрежението и тока се избира конкретен тип тран:и_тор.
3. След изчисляването на разсейв^ната топлинна мощност вър-
ху колектора на транзистора се изчислява охлаждащият радиа-
тор. Често се среща и обратната задача — радиаторът е опреде-
лен предварително от други конструктивни изисквэния. Тогава
се изчислява допустимата мощност, която транзисторът може да
издържи при този радиатор.
4. При необходимое? се избира друг тип транзистор или се
прави трупа от паралелно или последователно евързани транзи-
стори.
За избора и проверката на режима на работа на регулиращия
транзистор има два метода — аналитичен и графоаналитичен.
Аналитичен метод. Редът на изчисляване е следният:
1. Определят се минималната, номиналната и максималната
стойност на захранващото напрежение.
2. Определят се минималната и максималната стойност на
тока през транзистора.
3. Определи се максималната стойност на тока при късо съе-
43
динение и наличие на електронна защита от свръхток с токоограни-
чаване.
4. Определи се максималната стойност на напрежението върху
транзистора.
5. Изчислява се мощ юстта на топлин.знте загуби в транзит
стора.
6. Оразмерява се охлаждащият радиатор.
Стойностите на захранващото напрежение се определят по
формулите:
»г ^иэх тах“^’^СЕsat .,
t/ Omin— [Т7п • V’
V;
U0m„=Uo(\+a), V.
Минималинят и максималният ток на транзистора зависят от
характера на консуматора и се задават от него.
Токът на късо съединение според вида на изполэув ната
електронна защита може да бъде по-малък или по-голям от мак-
сималния товарен ток. Когато е необходимо транзисгсрът да
разсейва еднаква топлинна мощност, както при максимален то-
варен ток, така и при ток на късо съединение токът на късо
съединение трябва да се изчисли по формулата
/ —Z (1 ^ИЗж
f к.с *С max I 1 [/ I
\ w0maxZ
Ако напрежението U„3t е регулируемо, използува се най мал-
ката стойност, при която Ьтабилизаторът може да дава макси-
малния си товарен ток.
Максималното работио напрежение върху транзистора е
UСЕ ~ ^0 max ^Л|«х mln» V.
В режим на късо съединение транзисторът трябва да издър-
жа напрежението
UСЕ max = max» V"
Най-големите топлинни загуби в транзистора са:
PCmn^UCElCmn — за работен режим;
^ск.с=^с£тах4.с —за режим на късо съединение.
Охлаждащият радиатор се оразмерява по методнте, описан»
в гл. 3.
Пример 14. Да се оразмери регулиращият транзистор на
последователен компенсационен стабилизатор на напрежение със
следните данни:
44
— изходно напрежение £/„„ = 12V, нерегулируемо;
— ток на товара 'т—3 А, постоянен;
— промени на входното напрежение ДС/0—± 15%;
— коефициент на пулсации на входното напрежение Лп—10%.
Предварително се определи, че транзисторът е силициев, тип
NPN с приблизнгелло напрежение на насищане UCEsat™^& V-
Изчисляване
1. Промените на входното напрежение са: относително увели-
чение а = 0,15, а относителното намаление — 6=0,15.
2. Огноснтелният коефициент на пулсации е kn в0,1.
3. Изчислява? се стойностите на входного напрежение:
г j __ ^ИЗХ + 1,ШС£1в, 12+1,1.1,5 _.с у.
^Omln- j_£n “ |_0I -1О *♦
V;
М>т.ж-Ц>(1+л)= 17,6(1 + 0,15)=20 V.
4. Максималната стойност на напрежението върху транзистора
в работен режим е
UCE^UOmn-U,l3K=2Q-\2^8 V.
5. В режим на късо съединение най-високото напрежение
върху транзистора е
l^CE max = ^0 max = 20 V.
6. Токът на късо съединение, кой го трябва да бъде ограни-
чен от елекгронната защита, за да се залазят същчте топлинни
загуби в транзистора, как то в работен режим, е
4,с = /ст.х( 1-^-) = 3(1-^)-1,2 А.
7. Изчисляват се топлин иге загуби в транзистора:
а) в работен режим
/>Cmax=</«/cm.x = 8.3 = 24 Wj
б) в режим на късо съединение
PCK.e«t/omxx4.c = 2O. 1,2-24 W.
Транзисторът се избира от каталог по получените данни.
Пример 15. Да ее оразмери регулиращият транзистор на
последователен компенсационен стабилизатор на напрежение със
следните данни:
— изходно напрежение £7ИЭ1С=5+12 V,x регулируемо;
45
— ток на товара /т=14-3 А, променящ се;
— промени на входното напрежение At/o=±lO%;
— коефициент на пулсации на входното напрежение #п = 15%^
Предварително се определи видът на транзистора — силициев
тип NPN, UCEsat 1,5 V.
Изчисляване
1. Измененията на входното напрежение се дефинират, както
следва: относително увеличение а-^0,1 и относително намаление
2. Коефициентът на пулсации се привежда £п=0,15.
Изчисляват се стрйностите на входното напрежение:
г г __^И9х sat_ 124-1,1 . _«/*
Dornin- 1 1 — ОД5 10 V’
"17'8V;
l/„„,-l/0(l+o> = 17,8(1 +0.|) = 10,6 V.
4. Максималната стойност на напрежението върху транзисто-
ра в работен режим е
^=^0шах-^зхт1п=19,6-5=14,6 V.
5. Най-високото напрежение върху транзистора в режим на
късо съединение е
4/сдт«-^п»х=19,6 V.
6. Изчислява се токът на късо съединение, който трябва да
се ограничи от защитата, за да се залазят същиге топлинни за-
губи в транзистора както при номинален режим:
4,c = /Cmax( l— ) = 3(1— 1ЭГ) = 2’23 А>
7 Изчисляват се топлинните загуби в транзистора:
а) в работен режим
PCm^UCElCm» = 14,6.3=44 W;
б) в режим на късо съединение
Рс к.с = Uo тах /к.с= 19,6.2,23=44 W.
Транзисторът се избира от каталог на основание на получе-
ните резултати.
Графоаналитичен метод. Графоаналитичният метод позво-
лява да се получи нагледна представа за работния режим на
транзистора и да се прецени визуално степента на не-
46
говото натоварване, както и резервите му по мощност,
ток и напрежение. За да се извърши това оразмеряване, необ-
ходими са графиките на семейството колекторни характери-
стики на транзистора.
Оразмеряването се извършва по следния начин (фиг. 14). На-
Фиг. 14. Гра^оаналитичен метод за подбиране на режима на регулиращия
транзистор
чертава се координатната система U, /0. Върху оста на напреже-
нието се нанася изходното напрежение 67113Х; в същата точка се
построчва оста на тока /с. В новата координатна система се пос-
троява семействотоколекторни характеристики на избрания регу-
лиращ транзистор. Нанасят се граничните условия — максимален
допустим колекторен ток /Стах и максимално допустимо напре-
жение колектор—емитер конто представляват лрави
линии, успоредни на координатните оси. Според типа на тран-
зистора и начина на охлаждането му се изчислява и построява
хиперболата на допустимите топлинни загуби върху колектора
РСтах. С това възможната работна облает на транзистора се
ограничава от напрежението му на наеншане, максимално до-
пустимия ток на колектора, максимално допустимите колектор-
ни загуби, максимално допустимото напрежение колектор — емитер
и обратния колекторен ток при /я = 0. На фиг. 14 сграничава-
щите линии са зашриховани към забранената облает.
Понеже транзисторът не може да работи с базов ток /в=0>
47
минималният колекторен ток /С1п1п се избира така, че да е по-
голям от обратния колекторен ток. Когато стабилизаторът рабо-
ти на празен ход, това е токът на усилвателните стъпала, пара-
метричния стабилизатор на опорно напрежение и делителя на
напрежение за обратната връзка. На графиката се прекарва пра-
ва линия, успоредна на оста на напрежението с височина /Сгп1п.
Максималната стойност на колекторния ток е равна на су-
мата от номиналния товарен ток /Гном и минималния колекто
рен ток:
4 min4 ном*
На графиката се прекарва права линия с тази ордината,
успоредна на линията на /Cmin. Това са двете граничим работни
линии на транзистора при минимален и при максимален товар.
Най нлското въэможно напрежение колектор — емитер при
максимален товар се получава в пресечната точка на ICfn с линията
на иапрежението на насищане (т. Л). Тази точка обаче е гранич-
на, затова крайната точка 7 на тази работна праза се избира с
известен запас по напрежение. Същото важи и за точка 2 — тя
не трябва да навлиза в забрапената облает на превишена топлин-
на мощност, т. е. вдясно от т. 5.
При намаляването на товарния ток правата 7—2 се измества
надолу, успоредно сама на себе си. Поради наличието на вътреш-
но съпротивлечие на токоизправителя точките 3 и 4 са изместе-
ни надясно спрямо точките 7 и 2, като линиите 3—I и 4—2 са
товарните характеристики на токоизправителя. Пресечните точки
на тези характеристики с оста на напреженията дават стойности-
те на f'omin (определя се от избраного местоположение на точка /)
м f'omax* което е равно на
р ____р I 1 । О i Ь \ .
^-0 max *-*0 mini * । 100 /
С построяването на четириъгълника 1, 2, 3, 4 определянето
на работната облает на регулиргщия транзистор е завършено.
Точка 1 лежи на характеристиката с най-голям базов ток, точка
4— на характеристиката с най малък базов ток и от тях се опре*
деля Д/д.
Описаното дотук графоаналитично оразмеряване важи за слу-
чая, когато изходното напрежение не е регулируемо. Ако обаче
Z7HJ1 е регулируемо, с неговото изменение се изменя и положе-
нието на оста /с. Заедно с нея се придвижват характеристиките
на транзистора с ограничителните линии (защрихованата облает).
В същото време четириъгълникът /, 2, 3, 4 остава неподвижф<
«прямо началото на координатвата система £0, /0, понеже е твър-
до евързан с нея. В такъв случай разрешената работна эона на
транзистора трябва да бъде достатъчно голяма, за да може и в
граничните режими на входното и изходното напрежение четири-
ъпл шкът ла остане вътре в нея.
48
Когато зададените ток, напрежение или мощност на стабили-
затора не могат да се постигнат с един регулиращ транзистор,
използуват се схеми от няколко транзистора, свързани по опре-
делен начин.
5 1. ПАРАЛЕЛНО СВЪРЗВАНЕ НА ТРАНЗИСТОРИ
Чрез това свързване (фиг. 15) се постига по-голям изходеи
ток на стабилизатора при използуваче на по-мзломощни тран-
зистори. Транзисторите, които се свързват паралелно, трябва да
са от един и същи тип и с приблизително еднакви статиччи кое-
фициенти на усилване по ток. За изравняване на винаги съще-
«ствувашите малки разлики в параметрите на транзисторите се
«вземат мерки за равномерно разпределение на токовете между
тях. Това се постига чрез резисторите REi, RE2 и RB3. Тяхната
стойност се подбира така, че при протичане на максималния ток
на транзистора падът на напрежение върху резистора да е в
траниците от 0,3 до 0,6 V Резисторите /?Я1, RB2 и RB3 служат
за изравняване на входните съпротивления на паралелно свърза-
ните транзистори и намаляват възможността за самовъзбуждане
на схемата. Стой юстга им се подбира близка до стойността на
входното съпротивление на отделния транзистор — /?Д1=(0,5~
1,5)
Влючването на резистори в базовите и в амитерните вериги
:иа паралелно свързаните транзистори
увеличава входчото съпротивление и
напрежението на насищане на екви-
валентния транзистор. Това се отра-
зява неблагоприятно върху параме-
трите на стабилизатора, затова съп-
ротивленията на тези резистори тряб-
ва да са по възможност най малки.
При паралелно свързване на го-
лям брой транзистори се получава
голям общ базов ток на схемата. За
да може групата паралелно свърза-
ни транзистори да се съгласува с
управляващата схема на стабилиза-
тора. трябва базовия г й ток да бъ-
де в границите /в2=0,5~50 mA.
Това се постига чрез схема на със-
тавен транзистор.
•4 Ръко) одство. ..
49
5.2. СЪСТАВЕН ТРАНЗИСТОР
Схемите на съставни транзистори са показами на фиг. 16.
Фиг. 16 а е т. нар. схема на Дарлингтон, а фиг. 16 б е схема
на съставен транзистор с т. нар. допълнителна симетрия. Първа-
та схема има следните качества:
Фиг. 16. Съставни транзистори
а—схема Дарлингтон; б—схема с допълнителна симетрия
— статичен коефициент на усилване пр ток, равен на пропз-
ведеиието от коефициентите на усилване на отделяйте транзистори;
— входно съпротивление — сравнително голямо и увеличаващо
се с уве лича ване на броя на транзисторите в схемата:
Ац = Ац еТ2~^ ^21 ЕТ2 • Ац еТ1>
— напрежение на насищане, нарастващо с увеличаване на броя
на транзисторите в схемата:
&СЕ sat£~UcE sat T2~^~^BETV
Втората схема има следните качества:
— статичен коефициент на усилване по ток, равен на произ-
ведение™ от коефициентите на усилване на отделните тран-
зистори;
— входно съпротивление, равно на входното съпротивление
на входния транзистор и независещо от броя на транзисторите
в схемата;
— напрежение на насищане, равно на
UcE satS^UcEsat T* + UBEti
и независещо от броя на транзисторите в схемата.
От сравнението между двете схеми се вижда, че втората
схема (с допълнителна симетрия) е по-подходяща за регулиращ
транзистор поради по-малкото си вход* о съпротивление и по-
малкото напрежение на насищане. Характерно за тази схема е„
че типът на проводимост на съставния транзистор (PNP или
NPN) се определи от типа на прсводимост на транзистора, на
50
чиято база се подава входният сигнал. В схемата, показана на
фиг. 16 б, проводимостта на съставния транзистор е PNP.
Двете схемы на съставни транзисторы могат да се изработят
с произволен брой стъпала. За регулнрашия транзистор в после-
дователште компенсационни стабилизатори на напрежение броят
на стъпалата се определи от условието базовият ток на състав-
ния транзистор ла е:
а) 52 0,5 mA при схемите, изработени с дискретны елементи;
б) 1В 10 mA при схеми на стабилизатори с операционни
усилватели;
в) 1В 30 mA при схемите, използуващи интегралната схема
рА 723;
г)/в 52 100 mA при схеми на стабилизатори, използуващи
интегралната схема рА 78ХХ.
Пример 16. Да се ораэмери регулиращият транзистор на
последователен компенсационен стабилизатор на напрежение със
следните данни: изходно напрежение 47H>x=5 V, нерегулируемо;
товарен ток /т = 15 А, непроменящ се; промени на входното на-
прежение Д4/о= ± 15%; коефициент на пулсации на входного на-
прежение kn = ±20%.
Избира се типът на регулиращия транзистор — 2N3055, със
следните данни: £7CFmax = 60 V; UCE,at=\,\ А21т1п=15; /Стах=
= 15 А; РСтах=117 W; /?,/k=1,5’C/W; /,тах=200°С.
Топлинното съпротивление на използувания радиатор е Rtv—
1,2°C/W, а температурата на околната среда — /О=45°С.
Изчасляаане
1. Промените на входното напрежение се определят като: от-
носително увеличение а=0,15; относително намаление 6 = 0,15.
2. Коефициентът на пулсациите на входа се привежда
Лп =0,2.
3. Предварително определяне на входното напрежение:
It _ U^--bUCEsat _ 5+2,5. 1,1 Q~ ...
L'Omin 1—0.2 -У,/ V’
^=^=-^5- = 11-4V;
Uo max(1 + a) = 11,4 (1 + 0,15) = 13,1 V.
4. Максималното напрежение на транзистора в работен режим е
Uce~Uq™* — ^/и>х=13,1—5=8,1 V.
5. В режим на късо съединение най-високото напрежение
върх транзистора е
UcE пих=^Л) ш»х= 13,1 V.
6. Токът на късо съединение, който трябва да се ограничи
51
от защитата, за да се залазят същите топлинни загуби в тран-
зистора, както при номинален режим на работа, е
7кс=/стз,(1-7^-)=15(1—Д-)=9,3 А.
\ и0тах/ I ldI '
7. Иэчисляват се топлчнните загуби в транзистора:
а) в работен режим
Рс max = С/СЯ/ттаж=8,1.15 = 122 W;
б) в режим на късо съединение
PcKC=i/0m.x4c=13,1.9,3=122 W.
8. Изчислява се пълното топлинно съпротивление между пре-
хода на транзистора и околната среда. Транзисторът е закрепен
директно върху‘радиатора — /?/кр = 0,5 °C/W, а
Rr=Rtj к+Rt кР+/?,₽ = 1.5 4-0,5 +1,2=3,2 ° C/W.
9. Изчислява се максималната температура на прехода на
транзистора:
tJni=t0+M = 4+ Pc max /?,=454-122.3,2=435 ° С.
Толкова висока температура е абсолютно недопустима. Нала-
га се да се използува схема на паралелно свързване на тран-
зистори.
10. Изчислява се максималната мощност, която може да раз-
сейва транзисторът 2N3055 при зададения радиатор.
Максималното допустимо прегряване на прехода му е
М = tj —10 = 200 — 45 = 165 0 С.
Следва, че максималната допустима мощност е
‘ ci дон— ffi з,2 51,5 W.
11. Минималният брой на паралелно свързаните транзистори е
К=- - = 122- = 2 4
Ллдоп 5'«5 ’
Приема се цяло, по-голямо число — Л/=3.
12. Токът през един транзистор е
/ I — I Л? max _ 15 _ед
/с1=/с«“"/сз— —дГ” — 3 “°
13. Изчислява се съпротивлението на резистора в емитерната
верига RE.
/?£’1=^2=^яз= ~Т^~ = 5
lRE
52
14. Максималното напрежение върху един транзистор е
UCET1 = Uo шах - t/изх ~ ^=13,1 -5-0,6 = 7,5 V.
15. Максималният ток през един транзистор при ±10% раз-
балансиране на тока е
/С1п..1=1Л -^— = 1,1 у=5,5 А.
16. Максималните топлинни загуби в най-натоварения тран-
зистор са
Рci max = ^С£1 max Л?1 max в 7,5.5,5 = 4*lt25 W.
17. Изчислява се максималната температура на прехода на
най-натоварения транзистор:
tj = Pci m^Rt+tQ=4\^.^2+^=\lVC.
Тази температура е допустима.
18. Изчислява се базовият ток на
един транзистор:
19. Изчислява се съпротивлението
и» °,5
Rbi=Рв2~^вз= ~7^~=-0^37 ~
Избира се резистор със съпротив-
ление 1,5 Q
20. Общият базов ток на трите
транзистора е
^=^1 = 3.0,37 = 1,11 А.
Този ток е много голям и се на-
лага да се използува схема на със-
тавен транзистор (фиг. 17). Избира
се схемата с допълнителна симетрия.
21. Избира се типът на входния
транзистор Т4. Подходящ е 2Т7532С
(PNP) със следните данни: UCE шах =
= 25 V; UCE,at= 1.0 V; = 100;
/стах= 4 A; Ptot = 40W; /?^ = 3,1 °
С/W; /Утах=150 °C.
22. Базовият ток на входния транзистор /4 е
'«'sH»-11'1-10"*'"’1 гаА-
Фиг. 17. Схема на съставния
транзистор от пример 16
53
Този ток е приемлив, ако управляващата схема на стабилиза-
тора е нзрабртена с интегралните стабилизатори |хА 723 или рА
7805, а също така и с операционен усилвател. Ако управляващата
схема е изработена с дискретни елементи, налага се да се свър-
же още един транзистор на входа, за ла се получи базов ток на
съставния транзистор, по-малък от 1 mA. В този пример такъв
вариант няма да бъде решен.
23. Топлинните загуби в транзистора 7\ са
РС max 74 = СЕ max В = 8,1.1,11=9 W
24. Изчислява се повърхнината на охлаждащия радиатор ьаГ4.
Закрепването на транзистора върху радиатора е с изолационна
подложка с /?/кр=1 °C/W. Топлинното съпротивление преход —
радиатор е
/?,/₽ = Я,л + /?мр = 3,1 +1 = 4,1 ° C/W
Топлинното съпротивление радиатор — околна среда е
/?/р = p^^-Rtjp = —• -4.1= 7,6° С/ W.
*С max T4 У
Активчата охлаждаща плот на радиатора е
е 1200 1200 1CQ о
5р= —5— = -—=158 ст2.
р 7'6
25. Изчислява се напрежението на насищане на съставния
транзистор:
UcEsat 2 =UcEsat Вз 7’1+^R ~ 1 +0,6+ 0,5 =2,1 V.
£5 1
26. Преизчислява се входното напрежение:
^иэх+ы UCEsat* 54-1,1.2,1 л , „
Т J* ИэА 7 ЛШ 7 Q | 1У
U0mln "" 1—0,2 V’
[}• =C/()_miA==_ 9,1 _=10 7 V-
о \-Ь 1—0,15 1 ’ V’
^max = t/o(1+^^IO>7(l+O>15)=12,3 V.
Получените стойкости на угочненотэ входно напрежение са
по-малки от предварително избраните (т. 3). Това гарантира по-
малко топлинно натоварване на транзисторите и затова не са не-
обходими други допълнителни начисления.
54
5.3. ПОСЛЕДОВАТЕЛНО СВЪРЗВАНЕ НА ТРАНЗИСТОРИ
Последователното свързване на транзистори се използува ряд»
ко само когато се работи с много високи напрежения. На фиг. 18
е показана схемата на т. нар; транзисторен стълб. Транзисторите
ьв
Фиг. 18. Транзисторен стълб
Tt — Г4 трябва да са от еднакъв тип и с еднакви параметри.
Напрежението върху всеки транзистор е равно на пада на напре-
жение върху резистора, свързан към базата му и към базата на
по-горния транзистор, т. е. UCEi=URx\ UCEi = URt-, UCE3 = UKt',
Ucfa = UR' За да бъдат равни тези напрежения, делителят тряб-
ва да се оразмери по съответен начин. Това се постига, ако са
изпълнени равенствата:
1r>
Ir* ~'1r< —Ibi — 1вз>
Iri = I Bl Ib3 Ib*-
Тогава при зададен ток IRl се определят останалите токове.
Съпротивленията на резисторите се определят от равенствата
= R2^Jri /?i = const <(7C£max.
Стабилитронът Д шунтира транзистора Ть като предпазва
транзисторите в стълба от пробив при евентуалното запушване
на Гх. Напрежението му трябва да удовлетворява условието
UZ<UCE max.
55
6. ПРОЕКТИРАНЕ НА СТАБИЛИЗАТСРИ НА НАПРЕЖЕНИЕ
С ИНТЕГРАЛНА СХЕМА рА 78ХХ
— о-
/КА 78 XX
£ 1т.
\Uu3x
С2 U I
Фиг. 19. Стабилизатор на напрежение с рА
78ХХ
В
С
Интегралната схема на стабилизатор на напрежение тип рА 78ХХ
с предназначена главно за стабилизиране на фиксирани напреже-
ния с най-често употребяваните стойности. Последните две цифри
от обозначението, отбеля-
зани по-горе с XX, показ-
ват стойността на изход-
ното напрежение. Стаби-
лизаторът е оформен ката
Т-образен четириполюс-
ник с три извода в кор-
пус ТО-3 или ТО-220 В
него са вградени защити
от токово претоварване и
от прегряване на кристала.
Подобии на стабилизаторите рА 78ХХ са и стабилизаторите
от серията рА 79ХХ, конто са предназначени да стабилизират
напрежения с отрицателна полярност.
Проектирането на стабилизатори на напрежения и с двата ви-
да интегрални схеми се извършва по напълно еднакъв начин.
На фиг. 19 е показана най-простата схема на стабилизатор на
напрежение с рА 78ХХ. Нейното оразмеряване всъщност се със*
той в определяне на топлинните загуби в схемата и оразмерява-
не на охлаждащия радиатор. Трябва също да се определи капа-
цитетът на кондензаторите и С2.
Капацитетът на кондензатора Сг се определя при изчислява-
нето на захранващия токоизправител, понеже той е елемент от
изграждащия му филтър. Ако схемата се захранва от химически
токоизточник, кондензаторът Сг служи само за предпазване на
схемата от самовъзбуждане и се избира със стойност 0,5—1 pF.
Капацитетът на кондензатора С2 се определя по приблизител-
ната формула
С2 = (1600 16000) ?--т- pF.
^ИЗХ
Коефициентът в скобите варира в много широки граници и зави-
си от вида и режима на работа на товара. Ако товарът е със
силно изразен импулсен характер и работа на ниски честоти, из-
бира се по-голяма стойност на коефициента. При товар с постоян-
на консумация или товар, работещ на висока честота, коефициен-
тът се избира с по-малка стойност.
56
6.1. НАЧИНИ ЗА УВЕЛИЧАВАНЕ НА ИЗХОДНОТО НАПРЕЖЕНИЕ
НА СХЕМА ;хА 78ХХ
С интегралната схема р.А 78ХХ може да се получи по-високо
изходно напрежение от номиналната му стойност чрез използува-
не на подходящо свързване (фиг. 20).
Изходното напрежение на стабилизатора от схемата нафиг. 20л
е по-високо от напрежението на интегралната схема с пада на
напрежение върху резистора /?2-
Схемата от фиг. 20 б се използува, когато се иска да се на-
мали влиянието на тока на собствената консумация на интеграл-
ната схема върху изходното напрежение.
Стабилизаторът, показан на фиг. 20 в, дава възможност за
плавно регулиране на изходното напрежение в известии граници.
Операционният усилвател ОУ трябва да е с достатъчна мощност,
за да осигури вътрешния ток на собствена консумация на ин-
тегралната схема.
Следващите примери илюстрират практическое изчисляване
Фиг. 20. Схеми за повишаване на изходното напрежение
а—чрез резистивен делител;
б—чрез стабилитрон;
в—чрез операционен усилвател
ла показаните схеми. Понеже схемата от фиг. 19 е елементарна
за оразмеряване, подобен пример не е даден.
Пример 17. Да се проектира стабилизатор на напрежение
със следните данни: (/изх = 14 V; /т=1 А; промени на входното
напрежение А//о=-+-Ю, —15%; коефициент на пулсации на вход-
ного напрежение £п=20%; коефициент на стабилизация £Ст^150.
Изчисляване
I. Зададените коефициент на стабилизация и товарен ток поз-
воляват да се използува интегрална схема от типа рА 78ХХ. Из-
бира се тип рА 7812. Понеже нейното изходно напрежение е
(/иС = 12 V, налага се да се коригира до С/изх= 14 V. Избира се
схемата на стабилизатора от фиг 20 а.
2. Относителната стойност на увеличението
прежение е а=0,1, а относителната стойност
му — Ь =0,15.
3. Относителната стойност на коефициента на пулсации е
йп=0,2.
4. Избира се отношение™ между тока на резистора R2 и т0*
ка на консумация на интегралната схема:
ь — 1r* —4
/j{ -4.
5. Изчислява се съпротивлението на резистора
_ бис 12
на входното на-
на намалението
р —____ис__—____2_____ —900 0
— (4—1) 20.10-3 v
6. Мощността на резистора е
pRi = (4—1)2(20.10"3)2.200 = 0,72 W.
Избира се резистор със стандартна мощюст 1 W.
7. Изчислява се съпротивлението на резистора /?2:
_ ^ис 14“12
«"-ТТГ^-’ГЙТО--.’25 2
8. Мощността, разсейвана в резистора е
Р& =£2/^2 = 42(20.10“3)2.25 = 0,16 W.
Избира се резистор с мощност 0,5 W.
За точно нагласявапе на стойностга на изходното напрежение
коефицнентът на делене на делителя /?х, /?2 трябва да може да
се измени в малки граници. Това се постига чрез свързване на
тример-потенциометър последователно с един от резисторите. В
тоэи случай по удобно е резисторът да се регулира.
9. Входното напрежение на схемата е
п И (^ис-Ып-^+^изх) 1,1(14—12+14)
t/omiQ=---------------------=----------= 22 V,
58
mln 2^ nr V*
^0 = Т^Т=1-б,15~ 26 V’
UorM^Ua(\ +a)=26(l +0,1)~29 V.
10. Максималната топлинна мощност, разсейвана от интеграл-
ната схема, е
Л.с = £Л)тах(/т + *Л)=29(1+4 20.10-’)=31 W
Необхоаимо е да се проектира охлаждащ радиатор.
11. Капацитетът на кондснзатора С2 е
Ct=2000 77-— =2000 = 144 pF.
^ИЗХ
Избира се конденэатор с капацитет 220 ptF/16 V.
12. Кондечзаторът Сх участвува във филтъра на эахранвашия
токоизправител и капацитетът му fe изчислява при изчисляването
на токоизправителя.
13. Изчислява се средният коефициетг на полезно действие
на схемата:
аизх /т н .1
2би+4.20 . 10-3) = 0,5‘
Пример 18. Да се проектира стабилизатор на напрежение
по схемата от фиг. 20 б със следните данни: £7ПЗХ=17,5 V; /т=
“0,5 А; изменение на входното напрежение Д(7о -±20%: косфи-
цие.чт на пулсации на входното напрежение &п=1Оэ/о; коефициент
на стабилизация &ст > 200.
Изчисляване
1. Избира се интегралната схема рА 7812. Понеже нейното на-
прежение е С/ис=12 V, налага се коригирането му до 17,5 V.
Това се извършва чрез стабилитрона Дх,
2. Избира се стабилитронът Дг. Напрежението му трябва да
бъде
Uz =7/изх —7/ис=17,5 — 12 = 5,5 V.
Подходящ за целта е стабилитронът тип KG 156А със след-
ните данни: rz = 46 Q при ток Zzmin = 10 mA; максималез ток
Zzmax = ,55 ГЛ А.
3. Избира се работният ток на стабилитрона
/z=//?+/zmin =20.10~3 + 10.10-3=30.10“3 А.
4. Отношение™ между тока на стабилитрона и тока на кон-
с>мация на интегралната схема е
k _ /z_30 = 15
Лг 7^~2О *’
5. Изчислява се съпротивлението на резистора
U 19
иг =__________1________— 19 I ()3 Q
(1,5-1). 20. IO’®
разсейвана от резистора е
122
0,12 W.
(*2~1) Ъ?.
6. Мощността,
и2
р __ ИС =___________
/?1 /?1 1,2.10*
Избира се резистор с мощност 0,5 W
7. Относителната стойност на увеличението на входното на-
прежение е а = 0,2, а относителното му намаление—6 = 0,2.
8. Относителната стойност на коефициента на пулсации е
9. Изчислява се захранващото напрежение:
Ы^вхиспнп -</Ис+"изх)_М(14-12+17,5)_
1-£п ~ 1-0,1 -23,8 V,
23,8
Т=О2 =29’6 V;
^0 mln —
r j ^0 min
Uo m„ = Uo{ 1 + а) = 29,6(1 + 0,2) = 35,5 V.
10. Максималната топлинна мощност, от деляна в интегралната*
схема, е
Ростах =47omax(/T + W/?) = 35,5(O,5+l,5.O,O2)=19 W
Необходимо е да се проектира охлаждане с радиатор.
И. Изчислява се капацитетът на кондензатора С2.
/т 0,5
С2=1600 ..-- = 1600 -4^ = 460 nF.
^ИЭХ 1 ‘
Избира се стандартен кондензатор 470 ptF/25 V.
12. Кондензаторът Ct участвува във филтъра на захранващия
токонэправител и капацитетът му се определи при неговото из-
числяване.
13. Изчислява се средниятк. п.д. на стабилизатора:
„ "из, Л_________________17,5.0,5
^Ср +*1 Л?) 29,0(0,5-1-1,5 . и,и2; ’
С това проектирането е эавършено.
Оразмеряването на схемата от фиг. 20 в се състои в избор на
типа на операционния усилвател и в изчисляване на съпротивле-
нията на делителя на напрежение /?2 и Кз-
60
6.2. НАЧИНИ НА У ВЕЛИЧА ВАНЕ НА ИЗХОДНИЯ ТОК
НА ИНТЕГРАЛНА СХЕМА »iA 78ХХ
Когато е необходим изходен ток, поголям от 1 А, това може
да се посгигне и с ингегралната схема рА 78ХХ по начините, по-
дКазани на фиг. 21.
Схемата на фиг. 21 а е от най-прост тип. Използуван е мощ-
Фиг. 21. Схем» за увеличаване на товарния ток
л—чрез емитерен повторител
6—усъвършенс вувана схема със защита от свръхтск
ният транзистор Т{9 койго рабоги като усилвател на ток — еми-
тереи повторител. Изходното напрежение С/ИЗх се получава
по-малко от изходното напрежение на интегралчата схема
(поради пада на напрежение UBE в транзистора 7\). Затова се
нЯ/iara да се компенсира чрез диода Д. Резисторът /?х осигурява
начален ток през диода, за да му осигури стабилна работна точка.
61
Сьществен недостатък на тази схема е, че при нея отпада:
действието на защитата от претоварване по ток.
Пример 1 9. Да се проектира стабилизатор на напрежение по
схемата от фиг. 21 а със следните данни: {7ИЗХ=5 V; /т=10 А:
промяна на входното напрежение At7o=±150/0; коефициент на
пулсации на входното напрежение kn = 1Оа/о-
Изчисляване
1. Избира се типът на интегралната схема — рА 7805.
2. Относителната стойност на увеличение™ на входното на-
прежение е а = 0»15, а относителната стойност на намалението
му — 6 = 0 15.
3. Относителната стойност на коефициента на пулсации е
лп=о,1.
4. Изчислява се входното напрежение на стабилизатора:
„ M(t/ll„+itA,c!nin) 1.1(54-2)
c/Omin=-----—=-1-0,1- =8’6 v?
и— c°m|n__56 _=ц V
° 1— Ь 1-0,15
t/om.x =C7o(l+fl)=ll(l+0,15)=12,6 V.
5. Избира се мощният транзистор. Понеже токът е голям, под-
ходящ тип е 2N 3055 със следните данни: Ucem.x=60 V; UcEsat =
= 1,1 V; /с max = 15 А; А21 154-120; Рс m„ = 117 W; /?,л= 1,5° C/W
tjm.r = 200° С
6. Изчислява се напрежението колектор — емитер на Т,:
UCE=U0 max - t/иэх = 12,6 - 5 = 7,6 V.
7. Мощността, отделена върху колектора на 7\, е
РС=(7С£/Т=7,6.10 = 76 W< 117 W.
Необходим е охлаждащ радиатор.
8. Максималният базрв ток на транзистора 7\ е
1В=—^ 0,66 А.
9. Избира се диодът Подходящ типеКДЮО! със следните
данни: /£тах = 300 mA; t//?max = 100 V; t/f=0,7 V.
10. Изчислява се съпротивлението на резистора Rx при ток,
протичащ през него /1=3/^Mc=3.20 = 60 mA:
*^=о,об=в° а
Избира се стандартната стойност 82 Q.
11. Мощността, разсейвана върху резистора е
62
и 1 5»
р* =-;г=82-=°’3 w-
Избира се резистор за мощност 0,5 W.
12. Изчичлява се изходният ток на интегралната схема:
/Ис=/в + Л=660+60=720 mA.
13. Максималната топлинна мощност, отделена в интегралната
схема, е
Рис = [U max - (t/ис + 0,7)]/„с = [ 12,6- (5 + 0,7)]0,72 = 5 W.
За разсейването й също е необходим радиатор.
14. Изчислява се капацитетът на кондензатора С2:
С2=1600 ^—=1600-2-=3200 (1F.
с/изх о
15. Капацитетът на кондензатора С\ е определен при изчисля-
ването на токоизправителя.
16. Определи се средният к. п. д:
____ £/иэх/и»х _____ 5.10____________П 4S
^₽_4/о(/изх+/1+/^~Г1(10+0,06+0.02) ’°’
С това оразмеряването на схемата е приключено.
На фиг. 21# е показана схема на стабилизатор за голям ток
която няма недостатъка на схемата от фиг. 21а — липсана токо-
ва защита. Действието й е следното. Докато товарният ток е
малък, по-голямата част от него протича през интегралната схе-
ма, а само една малка част — през делителя /?2, /?д, /?4. Падът
на напрежение върху резистора Rx не е достатъчен, за да отпу-
шн транзистора 7\, и той не провежда ток. При нарастване на
товарния ток падът на напрежението върху Rx надвишава праго-
вото напрежение UBETX на транзистора Ть той се отпушва и зара-
ботав в активен режим. Протичащият през него ток се сумира с
тока на интеграл^та схема и понеже може да е многократно по-
голям от него, обхватът по ток на стабилизатора се разширява
чувствително.
Чрез подбор на резисторите /?2> /?з и се осъществява защи-
та на транзистора Тх от прегряване. Върху резистора R2 има
напрежение, пропорционално на тока през Тх, а върху резистора
R3— напрежение, пропорционално на напрежението колектор —
емитер на Тх. Двете напрежения се сумират и се подават на пре-
хода база—емитер на Г2 като отпушващо напрежение. При пови-
шаване на тока и напрежението над определени стойности тран-
зисторът Г2 започва да провежда ток и като шунтира R} и пре-
хода база—емитер на транзистора Г3, ограничава тока през него.
Понеже интегралната схема има вградена защита по ток,
63
цялата схема, показана на фиг. 21 б, е защитена от токово претэ-
варване.
Пример 2 0. Да се проекгира стабилизатор на напреже-
ние, изпълнен по схемата от фиг. 2 Id, със следните данни:
£7ИЭК= 12 V; /т =5 А; промени на входното напрежение ДС70=
= ±1О°/о; коефициент на пулсации на входното напрежение
Л„=±15 %.
1. Изчислязане.
Избира се типьт на интегралната схема — р.А 7812.
2. Относителното увеличение на входното напрежение е а —0,10,
а относителното му намаление — 6 = 0,10.
3 Относителната стойност на коефициента на пулсации е
ka -0,15.
4. Изчислява се входното напрежение:
rr 1,1(1/изх+М/ис min)_1.1(12 + 2) 1 0
^omin fz.*; - 1—0,13 v*
, , _ t/o min _ 18 _ OA w.
U0 i_b t_0,l V’
^nux^f/o(l+a)=20(l+0,l)=22 V
5. Избира се мощният транзистор Поради сравнително го-
лемия ток и свързаните с тода големи топлинни загуби избира се
по мощен транзистор—KD615 (ЧССР) със следните данни:
I/cfnux = 40 V; /Спиж=10А; PCnux = 70 W; Ого„=155сС; 6а1 ,=30.
6. ।1риема се разпределението на тока през интегралната схе-
ма и тршзистора 7\: при работен ток през рА 7812 /|1С=1 А,
работният ток през 7\ ё\
/с rt =/т—/г,с=5—1 =4 А.
7. Напрежението върху транзистора 7\ е
^СЕГ1 = ^отах-^изх = 22-12 = 10 V.
8. Мощността, отделена върху транзистора Ть е
РСГ1=/7С£Г1/С.7.1_1О.4 = 4О W<70 W
9. Изчислява се максималният допустим ток през транзисто-
ра при зададено входно напрежение:
/ _ max п _70 _ 7 .
'стахП - Uceti -10-' А-
Интегралната схема рА 7812 и транзисторът 7\ се монтират
върху един охлаждащ радиатор, за да се постигне сбщ темпера-
турен режим и ефнкасна защита на 7\ от прегряване.
10. Определяне на съпротивлението на резистора /?2
За да се изравни степента на влиянието на напрежението и на
тока върху транзистора Ть приема се разделянето на праговото
напрежение на защитата по равно върху резисторите /?2 и 7?3.
64
При прагово напрежение, което е равно на напрежението UDE ri—>
=0,6 V, падът на напрежение върху /?2 е
V,
а върху /?3
L/R = ^££I?=0^6=0,3 V.
При протичане на ток /с7-1=4 А през транзистора 7\ съпро-
тивлението на резистора /?2 е
Rt=0,9 УЛ>! =0,9-^=0,07 Й.
'СП 4
II. Проверява се стойността на максималтия ток при наси-
тен транзистор Г2:
Г —9^= 9’6 =йя А
1с л “ ~о,О7
Г2. Топлинната мощност, разсейвана върху /?2, е
^=/2с„и«г)^ = 8,8\0,07=5,4 W
Избира се резистор с мощност 8 W.
13. Избира се токът през делителя /?», Ако е зададен ми-
нималният ток през консуматора /Tmin, токът през делителя тряб-
ва да е по-малък от този минимален ток. В случая такова усло-
вие не е поставено. Затова се избира
iRs=iR=^\ к.
14. Изчислява се съпротивлението на резистора /?3:
^3—7--од--о «•
15. Мощността, разсейвана от резистора /?„ е
Pr, = Ir ₽з = 0,12.3 = 0,03 W.
Избира се резистор с мощност 0,5 W.
16. Изчислява се съпротивлението на резистора /?/
/?4 = — /?з= 22о~1‘2 — 3=97 2.
Избира се резистор /?4=100 Й.
17. Мощността, разсейвана от резистора /?4, е
=/д>/?4=0,12.100=1 W.
^4 ^4 *
5 Ръковолство . . .
65
18. Изчислява се съпротивлението на резистора Rx:
Ubeti+_ 0,6+4.0,07 Qgg q
19. Мощността, разсейвана от резистора R19 е
I2.0,88=0,88 W.
Избира се резистор с мощност 1 W.
20. Проверява се стойността на максималния ток през тран-
зистора 7\ (ако липсваше транзисторът Г2):
__ ^ис UВЕ7\_ 1,50,88 —0,6 1 Л О д
lC max Л- R2 0~07 1 ’°
Тази стойност на тока е недопустимо голяма. С това е дока-
зана необходимостта от включването на транзистора Г2.
21. Изчислява се максималният ток през транзистора Гэ:
/ __ / _С Esat Т2 -I к__О’А. _ л си д
*СтахГ2'“* 7 ис max 0 88
22. Избира се транзистор тип 2Т9133 със следните данни:
^CEmaxe30 V; Uqe sat~®fi Vi h2\ £=40 +• 250; ^Cmax^^ А; ^Стах=
=8 W; RtJk = 10°C,W.
23. Максималната топлинна мощност, отделена върху Т2, е
Р Стах Г2=^СтахГ2^СЕ sat Г2=62.0,5=0,31 W.
24. Изчислява се средният к. п. д.:
__ t/изх/т 12.5 _
~ 2СЙГ~0,6,
66
7. ПРОЕКТИРАНЕ НА СТАБИЛИЗАТОРИ НА НАПРЕЖЕНИЕ
С ИНТЕГРАЛНА СХЕМА нА 723
Интегралната схема рА 723 е стабилизатор на напрежение с
вграден източник на опорно напрежение, усилвател и маломощен
регулиращ транзистор. Схемата се произвежда в корпус ТО-100
Фиг. 22. Функционална схема на стабилизатора
рА 723
(с десет извода) или в корпус DIL-14. На фиг. 22 е показана
блоковата схема на рА 723. Номерацията на изводите отговаря на
корпус ТО-ЮО. Вътрешните вериги на схемата се захранват през
изводите 8 (+) и 5(—) с напрежение от 8 до 37 V. На извсд 4
е изведен източник с опорно напрежение Ua^7 V Усилвателят
У е диференцнален, извод 2 е инвертирашият му вход, а извод 3 —
неинвертиращият му вход. Транзисторът Г1Б е изходен, колекто-
рът (7) и емитерът (6) са му изведени на отделни изводи, което
позволява многостранното приложение на схемата. Транзисторът
Тк служи за реализиране на схеми за токова защита.
Най-прост вариант на стабилизатор на напрежение с рА 723 е
показан на фиг. 23. В този случай се използуват само вградените
елементи за получаване на сравнително малък ток. Защитата е с
токоограничаване без намаляване на тока на късо съединение.
Пример 21. Да се проектира стабилизатор на напрежение
по схемата от фиг. 23 със следните данни: £7,,„=12 V; /т = 50 mA;
промяна на вхо'дното напрежение Д67О=±15%; коефициент на
пулсации на входното непрежение k„ = 10%; ток на задействуване
на защитата от претоварване Лр=70 mA.
Изчисляване
1. Относителното увеличение на входното напрежение е в=0. 15,
а относителното му намаление — 6=0,15. Относителният кое-
фициент на пулсации е ka в 0,1.
2. Изчислява се съпротивлението на резистора /?ш:
о 0’6 О’® — Я6 Q
7«Р 0,07 -8,b
67
1—0,1
3. Изчислява се входното напрежение:
г г С/нзх4~/т /?ш + 2 12+0,05.8,6+2 __ir ,,
io v;
г» l/0min 16 _iqq w«
U"~ ~ 1-0,15 18,8 V’
M).nax = t/o(l +*>18,8(1 +0,15) = 21,6 V.
Фиг. 23. Олростен стабилизатор на напрежение
4. Изчислява се максималната топлинна мощност, отделят в
схемата в работен режим:
РиС=(^0тх-£7Мзх)/т = (21,6-12)0,05=0,48 W.
6. Толлинната мощност в режим на късо съединение е
Я.с=^отах/кр = 21,6.0,07=1,51 W.
Тази мощност е недопустимо голяма. Трябва или да се нача-
ли работният ток на стабилизатора и заедно с това и токът на
късо съединение или да се използуват вариантите на схеми, по-
казами на фиг. 24 и 25.
6. Избира се токът през делителя /?2> #з:
Irz = I r = 1 mA.
7. Изчислява се съпротивлението на резистора /?3:
/?з=^;=ттрз=7()00 2-
Избира се стандартна стойност 6,8 kQ.
8. Изчислява се съпротивлението на резистора /?2:
а
Избира $е резистор със съпротивление 5,1 kQ.
68
9. Изчислява се съпротивлението на резистора
р __ R* ____5,1.6,8 . q
5,14-6,8“6 KW*
10. Капацитетът на кондензатора Сх е препоръчан от фирмата—
производител на интегралната схема, и е
^=(100—1000)pF.
Фиг. 24. Стабилизатор на напрежение с подобрена токо-
ва защита
С това оразмеряването на схемата е завършено. Препоръчва
се в делителя /?2, /?3 да се включи тример-потенциометър за точ-
на настройка на изходното напрежение.
На фиг. 24 е показана схема с подобрена характеристика на
токовата защита. Токът на късо съединение е по-малък от но-
миналния ток на стабилизатора. Оразмеряването й става по същия
начин както на схемата от фиг. 23. Разликата се състои само в
изчисляването на стойността на /?ш и на съпротивленията на до-
лълнителния делител на напрежение /?4, /?Б.
Пример 22. Да се проектира стабилизатор на напрежение
съгласно схемата от фиг. 24 със същите данни както стабилиза-
тора от пример 21, но с ток на късо съединение. при конто за-
губите в интегралната схема остават същите както при номинален
режим.
Изчисляване
1. Определят се: <2 = 0,15; 6 = 0,15; ^„ = 0,1.
2. Изчислява се входното напрежение:
i/o min
^±^-1*2^= 16,6 V;
1— kn 1-0,1
г j U 0 min 16.6 .г
uo Г-ь~1—ъ,1$ ’
t7Omax--=t/o(l 4-а)=20(1 +0,15)-23 V.
3. Изчислява се токът на късо съединение:
4. Изчислява се съпротивлението на резистора
р — 0,6 — 06 — 25Q
Кш~ /к.с 24 10“3
5. Избира се токът през делителя /?4, /?5:
^/?5 = 2тА.
6. Изчислява се напрежението върху /?4:
UR< =* /?и/кр—0,6 = 25.0,07- 0,6 = 1,15 V.
7. Изчислява се съпротивлението на резистора /?4:
р — —575 О
-2.10-3“ "
Избира се резистор със съпротивление 560 Q.
8. Изчислява се съпротивлението на резистора /?б:
'?»=7?-'?‘=2-i^-560=5440 °'
Избира се резистор със съпротивление 5,6 kQ. За точното на-
стройване на прага на задействуване на защитата трябва във ве-
ригата да се включи и тримертлотенциометър.
Фиг. 25. Стабилизатор на напрежение с увеличен това-
рен ток
Съпротивлениета на резисторите /?р /?2, /?3 и капацитетът на
кондензатора Сх се определят по същия начин както в пример 21.
На фиг. 25 е показана схема на стабилизатор на напрежение
с увеличен ток на товара. Това е постигнато чрез включване на
70
допълнителния транзистор 7\. Заедно с изходния транзистор на
интегралната схема той образува съставен транзистор.
Съпротивленията на резисторите R6 се изчисляват по съ-
щия начин както в примери 21 и 22. Съпротивлението на рези-
стора /?в зависи от типа на транзистора Гх и ев границите от
100 2 до 300 Q.
Фиг. 26. Стабилизатор на напрежение с малко вътрешно
съпротивление
Най-големият ток, който може да се постигни с тази схема, се
определя по формулата
0,5 д
шах—f/изх’
Ако е необходимо, вместо един транзистор 7\ може да се
поставят трупа транзистори (фиг. 16 или 17), за да се получи необ-
ходимият ток. Във всички случаи обаче трябва да се провери
дали натоварването на интегралната схема отговаря на допусти-
мата стойност
На фиг. 26 е показан начин за намаляване на вътрешното съ-
противление на стабилизатора. Използува се положителна обрат-
на връзка по ток чрез резистора /?4. Токът на товара създава
върху него пад на напрежение с показаната полярност. Това на-
прежение се сумира с опорното (ако потенциалът на т. А се
приема за нулев) и предизвиква увеличаване на изходното напре-
жение, което компен’.ира падът от вътрешното съпротивление.
Ако преди компенсацията вътрешното съпротивление на ста-
билизатора е било след компенсацията то става
'J*-
където е коефициентът на предаванена входния делител
71
на напрежение. Когато = ----------11/?4, вътрешното съпротив-
ление на стабилизатора става равно на нула.
Възможен е и случаят, когато —1) /?4>/?г Тогава вът-
решното съпротивление на стабилизатора става отрицателно, т. е.
при увеличаване на товарния му ток се увеличава и изходното
напрежение.
На фиг. 27 е показана схема на стабилизатор на напрежение.
реалиэиран с р.А 723, в която са въведени всички описани дотук
подобрения. Оразмеряването на елементите й се извършва по
следния начин.
Пример 23. Да се проектира стабилизаторът на напрежение^
показан на фиг. 27, със следните данни: £7ИЗХ=5 V; /т=4 А; про-
фиг. 27. Схема на стабилизатора от пример 23
мяна на входното напрежение At/o=±lO%; коефициент на пул-
сации на входното напрежение Лп=10%; ток на задействуване на
защитата /кр=5 А.
Изчисляване
1. Изчислява се необходимият статичен коефициент на усил-
ване по ток на регулиращия транзистор за постигане на изходек
ток на |1А 723 /,|С^10 mA:
/ к
=500-
п
2. Избира се типът на транзистора 7\. Подходящ е 2N3055
със следните данни: t/c£max=60 V; UcEsat^A V; A2j£mln=15;
/ст„=15 А; Рс т.х= 117 W; /?,/к = 1,5° С/W; От„=200°С.
3. Изчислява,се максималният базов ток на 7\:
/вг=/кР_= 1 = 0,333 А = 333 mA.
"ПЕТ, 15
4. Избира се типът на транзистора Г2. Подходящ е 2Т9136А
със следните данни: t/Cfm«=45 V; UCEsat =0,5 V; /с®«х=1 А;.
А„£=50; Ptct =8 W.
5. Изчислява се максималният базов ток на Г2:
/вг =_^=2§1.6,7.10-3 А=6,7 mA.
"ПЕТ, &0
6. Изчислява се входното напрежение:
П = ^иах+3 — 5+3 _ о V.
Dornin !_дп -Г-Оа’-3 v’
ГТ tnin___ 9 _in V*
-i~b— Г-0,1- 0 V’
i7cmix = t70(l+a)= 10(1+0,1) = 11 V.
7. Изчислява се токът на късо съединение:
/-=/’(’-^>4(,-n)=42A-
8. Изчислява се съпротивлението на резистора Rlu:
^ = 7“42=0’273 2
9. Изчислява се мощността, отделена в резистора /?ш:
РггРРШ = 52.0,273 = 6,83 W.
ш
Избира се резистор с мощност 8 W.
10. Избира се токът през делителя /?6, /?7:
/₽6 =/р7 =20 mA.
11. Изчислява се напрежението върху резистора
=/?ш/«р—0,6=0,273.5—0,6 = 0,765 V.
12. Изчислява се съпротивлението на резистора /?е:
р __0,765 _„д q
/Лб-"М2 S"
Избира се тример-потенциометър със съпротивление 47 2..
13. Изчислява с< ст ротивлеиието на резистора /?7:
73
г?’=/”’-'?,“'Я2-47=203 “•
Избира се резистор със съпротивление 200 2.
14. Избира се токът през делителя /?4, 7?3:
^4 = 4 =1 гаА-
15. Изчислява се съпротивлението на резистора /?3:
^=^Н“ = -Оо^“3500 2.
Избира се резистор със съпротивление 3,6 к2.
16. Изчислява се съпротивлението на резистора /?4:
₽4 = - /?5 = ту^---з - 3600 = 3400 2.
Избира се резистор със съпротивление 3,6 к2.
17. Избира се токът през делителя 7?s, Т?9, Rl0:
Л = Ir =L 1 Ю-3 = 0,7 . IO"3 A.
^on 4 1
18. Изчислява се съпротивлението на резистора /?10:
__ 0,55(7изх _ 0,55.5 _ oqoq q
7i — оу 10-:Г-бУби “•
Избира се резистор със съпротивление 3,9 kQ.
19. Изчислява се съпротивлението на резистора /?9:
/?9=0^^_/?1о=_а85_5__39оо=2170 2.
Избира се тример-потенциометър със съпротивление 2,2 кЯ.
20. Изчислява се съпротивлението на резистора /?8:
-/?9-Я10 = -2200-3900= 1044 2.
Избира се резистор със съпротивление 1,1 к2.
21. Сьпротивленията на и /?2 се избират
/?1= 100 2 и /?2 = 47О 2.
22. Изчислява се приблизителната стойност на вътрешното съ*
противление на стабилизатора:
mF=10юоо=°’035
23. Изчислява се коефициентът на предаване на входния Де-
лител:
г _. ______________3900______ л г j
Rz+Rq+Riq i 100 -|- 2200-f-ЗУОо *
74
"24. Изчислява се съпротивлението на резистора /?3:
ё —1 0Д4—*
25. Изчислява се капацитетът на кондензатора С2:
С2 = 5000 /--=5000 4=4000 pF.
Избира се кондензатор с капацитет 4700 pF/6 V.
26. Кондензаторът Ct се избира с капацитет
Сх = 1000 pF.
27. След изчисляването на топлинните загуби в елементите и
оразмеряването на оклаждащиге радиатори на транзисторите 7\ и
Тг проектирането на стабилизатора е завършено.
75
Л ИТЕРАТУРА
1. Белчев, Д. М. Електронви токозах рай ваши устройства. С., Техника, 1930.
2. Го рю ное, Н. Н. и др. Справочник по полупроводниковым диодам, транзи-
сторам и интегральным схемам. М., Энергия. 1976.
3. Златаров, В. К.. Т. Б. Такое, г. М. К о н д а р е в. Български транзисто-
ри. С., Техника, 1983.
4. К у н е в, Н. К. и др. Справочник по полупроводвнкови прибори и интегрални
схеми, т. 1. С.» Техника, 1982.
5. М о с к о в. Т. П., Г. М. К о н д а р е в, Т. Б. Таков. Справочник по полу про-
водникови прибори и интегрални схеми, т. 2. С., Темника, 1979.
6. Начев, Н. А.» Н. Й. Стефанов. Токозахраивэшм устройства. С., Техни-
ка, 1979.
7. Савов, Г. Г. Маломощни дросели и трансфер матери. С.» Техника, 1978.
8. Савов, Г. Г., С. А. Вълков, П. С. Стоянов. Руководство по ко^струи
ране и технология на радмоелектронммте апаратури. С., Техника, 1973.
9. Стефанов, Н. Й. Наръчвик по елсктронни схемя, ч. 11. Токоизправителии
и стабилизатор». С. Техника, 1981.
76
•СЪДЪРЖАНИЕ
Предговор 4
1. Проектиране на параметрични стабилизатори за постоянно напрежение 5
2. Общи принципи за проектиране на токозахрамващи устройства с компен-1
сационни стабилизатори на напрежение от последователен тип . 22
3. Пргекгиране на охлаждащия радиатор за мощни траизисгоои и интеграл*
ни схеми 24
4. Защита на стабилизаторите и товара от свръхтокове и пренапрежения 28
5. И Тиране на режима на регулирашкя транзистор в последователните ком*
пексационни стабилизатори иа иаяреженне с непрекъснато действие 43
6. Проектиране на стабилизатори на напрежение с интегралиа схема
А 78ХХ 56
7. Проектиране на стабилизатори ма напрежение с интегралната схема
чА 723 67
Литература . 76
77
РЫСОВОДСТВО ЗА ПРОЕКТИРАНЕ НА ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА
Автор к.т.н. инж.Николай Йорданов Стефанов
Рецензента: доц.к.т.н. инж.Илион Богданов Стамболиев
доц.к.т.н. инж. Мария Любе нова Бобчева-Тянкова
Националност българска
Първо издание (допечатка)
9534626131
Код 03--------------
4805—454—88
Изд. № 14146
Научен редактор инж.Илиана Сумрова
Художник Иван Бъчваров
Художествен редактор Вихра Стоева
Технически редактор Дарина Асенова
К о ре к тор Божана Я ко у бе к
Дадена за набор на 27. VIII. 1987 г.
Подписана за гечат м. март 1988 г.
И зля зла от печат м. март 1988 г.
Формат 60X90/16
Печ. коли 5
Изд. коли 5
УИК 5,16
Тираж 4000+21
Цена 0,33 л в.
Държавно нздателство ^Техника*, бул. Руски 6, София
Държавна печатница «Я. Александров*, Враца
ПЕЧАТНИ ГРЕШКИ В КНИГАТА
P-во за проектиране на токозахранващи устройства
Стр. Pei Напечатано | Да се чете По вина на
10 7 ™б1 % печатнината
7 7 Максималната 6. Максималната корею ора
13 1 7 Мощността | 7. Мощността •
13 9 ч ! печатнината
Цена 0,33 лв.