Меню

Расчет повторителя для стабилизатора



Параметрический параллельный стабилизатор напряжения. Схема, конструкция, устройство, проектирование, расчет, применение. Рассчитать

Расчет и проектирование параллельного стабилизатора. Особенности применения. (10+)

Параметрический параллельный стабилизатор

Принцип действия параметрического параллельного стабилизатора основан на том, то сквозь него пропускается фиксированный (или пости фиксированный) ток, заданный источником тока (это очень хорошо) или резистором (это немного хуже). Далее ток разделяется на два русла. Часть тока направляется на нагрузку. Другая часть проходит в обход нагрузки. Сила обходящего тока, а значит и сила тока нагрузки, поддерживается такой, чтобы напряжение на нагрузке равнялось заданному значению. Типичные схемы параллельных стабилизаторов приведены на рисунке.

Типичные схемы параллельных параметрических стабилизаторов

Вашему вниманию подборки материалов:

Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Вместо резистора R1 — в схемах может использоваться источник тока.

Схема A1 — классический вариант со стабилитроном. Стабилитрон обладает таким характерным свойством. При увеличении напряжения на нем выше напряжения стабилизации, ток через стабилитрон быстро возрастает. Таким образом напряжение поддерживается на заданном уровне, то есть весь лишний ток отводится через стабилитрон и не попадает в нагрузку. Напряжение на реальных стабилитронах все-таки немного зависит от тока (дифференциальное сопротивление стабилитрона не равно 0, но оно может быть очень малым), но эта зависимость слабая, что позволяет считать с определенной степенью точности выходное напряжение постоянным.

Если нужно получить небольшое выходное напряжение, то вместо стабилитрона устанавливаются несколько стабисторов или диодов в прямом направлении параллельно. Количество выбирается, исходя из нужного напряжения и падения напряжения на стабисторе или диоде.

В качестве низковольтного стабилитрона с неплохими характеристиками можно использовать транзистор, включенный так, как показано на рисунке A2. Напряжение стабилизации будет равно напряжению насыщения перехода база — эмиттер.

Для увеличения мощности стабилизатора можно применять транзистор включенный по схеме A3. Напряжение стабилизации будет равно напряжению стабилизации стабилитрона плюс напряжение насыщения перехода база — эмиттер транзистора.

Применение параметрических стабилизаторов

Параллельный параметрический стабилизатор находит применение, если одновременно соблюдаются три условия: (1) Напряжение питания сильно выше, чем напряжение, которое необходимо получить (в два или более раза). (2) Нагрузка имеет относительно невысокую мощность. (3) Потребляемый нагрузкой ток изменяется в небольших пределах.

Читайте также:  Втулка стабилизатора hyundai matrix

Расчет параметрического стабилизатора

[Сопротивление резистора R1, Ом] = ([Минимально возможное напряжение питания, В] — [Напряжение стабилизации, В]) / ([Максимально возможный ток нагрузки, В]. Иногда делается запас по току на 10%

[Мощность R1, Вт] = ([Максимально возможное напряжение питания, В] — [Напряжение стабилизации, В]) ^ 2 / [Сопротивление резистора R1, Ом]

[Мощность стабилизирующего элемента (стабилитрона, диода или транзистора), Вт] = (([Максимально возможное напряжение питания, В] — [Напряжение стабилизации, В]) / [Сопротивление резистора R1, Ом] — [Минимально возможный ток нагрузки, А]) * [Напряжение стабилизации, В]

Из приведенных формул видно, чем обусловлены три условия применения таких стабилизаторов, описанные выше.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Составной транзистор. Схемы Дарлингтона, Шиклаи. Расчет, применение.
Составной транзистор — схемы, применение, расчет параметров. Схемы Дарлингтона, .

Конструирование (проектирование и расчет) источников питания и преобра.
Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Прим.

Защита от перегрева транзисторов — силовых ключей в импульсном источни.
Температурная, тепловая защита силовых элементов (диодов, транзисторов). Термоза.

Понижающий импульсный источник питания. Обратная связь по напряжению. .
Шаг 4. Метод расчета цепей компенсации усилителя ошибки. Как применять полевые т.

Регулируемый последовательный стабилизатор с низким падением напряжени.
Как спроектировать и рассчитать регулируемый последовательный стабилизатор с низ.

Источник

Расчет параметрического стабилизатора напряжения на транзисторах

Приведена техника упрощенного расчета параметрического стабилизатора напряжения на транзисторах. Схема простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе показана на рисунке 1.

Простой параметрический стабилизатор напряжения

Входное напряжение Uвх должно быть существенно выше напряжения стабилизации стабилитрона VD1. А чтобы стабилитрон не вышел из строя ток через него ограничен постоянным резистором R1. Выходное напряжение Uвых будет равно напряжению стабилизации стабилитрона, а с выходным током ситуация сложнее.

Дело в том, что у каждого стабилитрона есть некий диапазон рабочего тока через него, например, минимальный ток стабилизации 5 mA, а максимальный 25 mA. Если мы подключаем на выходе такого стабилизатора нагрузку, то часть тока начинает протекать через неё.

Читайте также:  Rav4 2008 втулки стабилизатора

И величина максимального значения этого тока будет зависеть и от сопротивления R1 и от минимального тока стабилизации стабилитрона, — максимальный ток нагрузки будет уменьшен на минимальный ток стабилизации стабилитрона. То есть, получается, что чем меньше сопротивление R1, тем больший ток можно отдать в нагрузку. В то же время, ток через R1 не должен быть больше максимального тока стабилизации стабилитрона.

Схема простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе

Рис. 1. Схема простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе.

Так как, во-первых, стабилитрону необходим некий запас на поддержания напряжения на выходе стабильным, а во-вторых, стабилитрон может выйти из строя при превышении максимального тока стабилизации, что может при отключении нагрузки или её работе на режиме с низким током потребления.

Стабилизатор по такой схеме очень не эффективен и годится для питания только цепей, потребляющих ток не более максимального тока стабилитрона. Поэтому стабилизаторы по схеме на рис.1 используются только в схемах с небольшим током нагрузки.

Стабилизатор напряжения с применением транзистора

Если нужно обеспечить более-менее значительный ток нагрузки и снизить его влияние на стабильность нужно усилить выходной ток стабилизатора при помощи транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя (рис.2).

Схема параметрического стабилизатора напряжения на одном транзисторе

Рис. 2. Схема параметрического стабилизатора напряжения на одном транзисторе.

Максимальный ток нагрузки данного стабилизатора определяется по формуле:

Ін = (Іст — Іст.мин)*h21э.

где Іст. — средний ток стабилизации используемого стабилитрона, h21э — коэффициент передачи тока базы транзистора VT1.

Например, если использовать стабилитрон КС212Ж (средний ток стабилизации = (0,013-0,0001) / 2 = 0,00645А), транзистор КТ815А с h21 э — 40) мы сможем получить от стабилизатора по схеме на рис.2 ток не более: (0,006645-0,0001) * 40 = 0,254 А.

К тому же, при расчетах выходного напряжения нужно учитывать, что оно будет на 0,65V ниже напряжения стабилизации стабилитрона, потому что на кремниевом транзисторе падает около 0,6-0,7V (примерно берут 0,65V).

Попробуем рассчитать стабилизатор по схеме на рисунке 2.

Возьмем такие исходные данные:

  • Входное напряжение Uвх = 15V,
  • выходное напряжение Uвых = 12V,
  • максимальный ток через нагрузку Ін = 0,5А.

Возникает вопрос, что выбрать — стабилитрон с большим средним током или транзистор с большим h21э?

Если у нас есть транзистор КТ815А с h21э = 40, то, следуя формуле Ін = (Іст -Іст.мин) * h21э, нам потребуется стабилитрон с разницей среднего тока и минимального 0,0125А.

Читайте также:  Электронные стабилизаторы с двойным преобразованием

По напряжению он должен быть на 0,65V больше выходного напряжения, то есть 12,65V. Попробуем подобрать по справочнику.

Вот, например, стабилитрон КС512А, напряжение стабилизации у него 12V, минимальный ток 1 мА, максимальный ток 67 мА. То есть средний ток 0,033А. В общем подходит, но выходное напряжение будет не 12V, а 11,35V.

Нам же нужно 12V. Остается либо искать стабилитрон на 12,65V, либо компенсировать недостаток напряжения кремниевым диодом, включив его последовательно стабилитрону как показано на рисунке 3.

Принципиальная схема параметрического стабилизатора напряжения, дополненного диодом

Рис.3. Принципиальная схема параметрического стабилизатора напряжения, дополненного диодом.

Теперь вычисляем сопротивление R1:

R = (15 -12) / 0,0125А = 240 Ом.

Несколько слов о выборе транзистора по мощности и максимальному току коллектора. Максимальный ток коллектора Ік.макс. должен быть не менее максимального тока нагрузки. То есть в нашем случае, не менее 0,5А.

А мощность должна не превышать максимально допустимую. Рассчитать мощность, которая будет рассеиваться на транзисторе можно по следующей формуле:

Р = (Uвх — Uвых) * Івых.

В нашем случае, Р = (15-12)*0,5=1,5W.

Таким образом, Ік.макс. транзистора должен быть не менее 0,5А, а Рмакс. не менее 1,5W. Выбранный транзистор КТ815А подходит с большим запасом (Ік.макс.=1,5А, Рмакс.=10W).

Схема на составном транзисторе

Увеличить выходной ток без увеличения тока через стабилитрон можно только увеличив h21э транзистора. Это можно сделать если вместо одного транзистора использовать два, включенных по составной схеме (рис.4). В такой схеме общий h21э будет примерно равен произведению h21э обоих транзисторов.

Принципиальная схема стабилизатора напряжения на основе составного транзистора

Рис. 4. Принципиальная схема стабилизатора напряжения на основе составного транзистора.

Транзистор VT1 берут маломощный, а VT2 на мощность и ток, соответствующий нагрузке. Все рассчитывается примерно так же, как и в схеме по рисунку 3. Но теперь у нас два кремниевых транзистора, поэтому выходное напряжение снизится не на 0,65V, а на 1,ЗV.

Это нужно учесть при выборе стабилитрона, — его напряжение стабилизации (при использовании кремниевых транзисторов) должно быть на 1,ЗV больше требуемого выходного напряжения.

К тому же появился резистор R2. Его назначение — подавлять реактивную составляющую транзистора VТ2, и обеспечивать надежную реакцию транзистора на изменение напряжения на его базе.

Величина этого сопротивления слишком уж существенного значения не имеет, но и за пределы разумного выходить не должна. Обычно его выбирают примерно в 5 раз больше сопротивления R1.

Источник