Расчет компенсационного стабилизатора напряжения начинают с выбора регулирующего транзистора VT1. Максимально допустимое его напряжение UКЭ.МАКС должно превышать наибольшее напряжение на входе стабилизатора (UВХ.МАКС), а максимально допустимый ток коллектора IK.МАКС - быть больше предельного значения тока нагрузки.
Максимальная мощность, рассеиваемая транзистором VT1, определяется по формуле:
[pic]
Значение этой мощности должно составлять не более 75% от максимально допустимой мощности РК.МАКС” приводимой в справочнике. Если это условие невыполнимо, необходимо выбрать другой транзистор — с большим значением РК.МАКС.
Определив по справочнику для выбранного транзистора VT1 минимальное значение статического коэффициента передачи тока базы h21E, рассчитывают максимальный ток базы, соответствующий максимальному току нагрузки:
Поскольку ток IБ макс транзистора VT1 является током нагрузки простейшего стабилизатора, состоящего из резистора R1 и стабилитрона VD, то по его значению находят сопротивление резистора R1 по условию:
(Uвх.макс-Uст.мин)/Iст.мах?R1?(Uвх.мин-Uст.мин)/ (Iст.мин-IБ.макс)
Сопротивление резистора R2 можно определить по формуле:
R2= Uвых/Iн*(0,05...0,1).
Для нормальной работы стабилизатора требуется, чтобы напряжение на переходе коллектор—эмиттер транзистора VT1 было не менее 1 В, если транзистор VT1 германиевый, и не менее 3 В — если кремниевый.
Cложность построения рассмотренных стабилизаторов возрастает с увеличением требований к параметрам выходного напряжения.
Задача конструирования высококачественных стабилизаторов напряжения значительно упрощается, если использовать интегральные стабилизаторы. Эти стабилизаторы отличаются малыми размерами и в то же время позволяют получить стабильные параметры выходного напряжения, малочувствительные к изменениям температуры, влажности и другим внешним воздействиям. Примером интегрального стабилизатора напряжения, получившего широкое распространение в радиолюбительской практике, является микросхема серии 142, имеющая множество разновидностей. ИМС этой серии позволяют получать фиксированное выходное напряжение, имеют защиту от перегрузок по току, выпускаются в металлополимерных корпусах, могут работать при температурах от -45 до +100°С и весят всего 2,5 г. У них всего три вывода—вход, выход и общий. Корпус микросхемы соединен с металлической пластинкой, в которой имеется отверстие для крепления на терморассеивающем радиаторе. Несмотря на наличие всего трех выводов, в миниатюрном кристалле этих микросхем выполнено более 17 биполярных транзисторов, 3 диода, два из которых являются стабилитронами, 19 резисторов и 1 конденсатор. 2. Описание электрической схемы выбранного устройства
В результате анализа технического задания было выяснено, что получить требуемые параметры, используя типовые схемы стабилизаторов не возможно, вследствие сложности проектирования: большое количество каскадов (больше 10) и большое количество элементов обвязки. Расчет такого стабилизатора также будет затруднен необходимостью подбора радиоэлементов по параметрам и согласование каскадов. Оптимальным решением в данном случае будет применение интегрального стабилизатора напряжения. Такие стабилизаторы содержат большое количество транзисторов (больше 10) , подобранных по параметрам, каскады включения согласованы. Не маловажным фактором является и то, что основные каскады стабилизации содержаться в одном корпусе. Это обеспечивает термостабильность (работу стабилизатора при температурах -40(С до +100(С).
На рис. 2.1 приведена типовая схема включения стабилизатора с обвязкой, необходимой для работы микросхемы.
На приведенной схеме стабилизатора напряжения резисторы R1, R2 и конденсатор C1 составляют обвязку микросхемы, их номиналы содержатся в справочнике по параметрах стабилизаторов.
Резистор R3 - это резистор защиты стабилизатора от перегрузки выходным током.
Пара резисторов R4, R5 задают порог срабатывания тепловой защиты стабилизатора.
Конденсатор C2 позволяет снизить уровень пульсаций и помех при большом входном напряжении.
Конденсатор С3 – для уменьшения броска тока при подключении нагрузки и снижения пульсаций выходного напряжения.
3. Расчёт элементов схемы
Из рассмотренных в справочниках микросхем выбираем интегральный стабилизатор напряжения зарубежного производства LM317T, параметры которого приведены в табл.3.1.
Табл. 3.1
Параметры микросхемы LM317T |Выходное стабилизированное напряжение UВЫХСТ, В |12…30 | |Максимальный ток нагрузки стабилизатора IНАГРMAX, А |1.5 | |Максимальное входное напряжение стабилизатора UВХMAX, В |40 | |Минимальное входное напряжение стабилизатора UВХMIN, В |20 | |Минимальная разность напряжений на входе и выходе |4 | |стабилизатора | | |(UВХ-UВыХ)MIN, В | | |Ток потребления микросхемы IПОТР, мА |4 | |Коэффициент стабилизации КСТ |50 | |КнI, % |0,5 | |Температурный коэффициент изменения выходного напряжения |0,5 | |ТКUВЫХ, %/К | |
Как уже говорилось в предыдущем разделе резисторы R1, R2 и конденсатор C1 составляют обвязку микросхемы, их номиналы были получены из справочника по интегральным стабилизаторам:
R1=1.2 кОм
R2=2 кОм
C1=0.1 мкФ
Резистор R3 - это резистор защиты стабилизатора от перегрузки выходным током. Сопротивление этого резистора определяется по формуле (3.1).
R3=(1.25-0.5*IПОТР-0,023(UВХ- UВЫХ))/IПОТР (3.1)
Подставив необходимые значения в формулу получаем значение сопротивления R3=199 Ом, по которому из ряда Е24, номинальных значений сопротивлений выбираем R3=200 Ом (2%.
Пара резисторов R4, R5 задают порог срабатывания тепловой защиты стабилизатора. Для отключения интегрального стабилизатора на третьей его ножке должно падать 1/3 выходного максимального напряжения, тогда R4/R5=3. Рассчитаем сопротивления так, чтобы рассеиваемая ими мощность не
превышала 0.125 Вт:
R4=(2/3*UВЫХMAX)/PРАСС (3.2)
R5=(1/3*UВЫХMAX)/PРАСС (3.3)
Подставив необходимые значения в формулы (3.2) и (3.3) получили значения R4=160 Ом, R5=80 Ом. Из ряда Е24, номинальных значений сопротивлений выбираем R5=82 Ом (2%, R4=160 Ом (2%.
Конденсатор C2 позволяет снизить уровень пульсаций и помех при большом входном напряжении. В справочнике интегральных стабилизаторов напряжения советуют ставить конденсатор емкостью 10 мкФ и более. Следовательно С2=16 мкФ.
Конденсатор С3 – для уменьшения броска тока при подключении нагрузки и снижения пульсаций выходного напряжения. Вследствие сказанного конденсатор должен иметь достаточно большую емкость (сотни микрофарад) и должен выдерживать напряжение в раза 1.5-3 больше чем максимальное выходное стабилизированное напряжение на выходе интегрального стабилизатора.
Выбираем С3=470 мкФ (5% -50 В.
Мощности резисторов схемы рассчитываются по следующей формуле:
PR=URIR=UR*UR/R (3.4)
По схеме видно, что мощности всех сопротивлений не будут превышать 0.125 Вт.
В результате проведенных расчетов, получили следующие номинальные значения элементов:
R1 - МЛТ-0.125- 1.2 кОм (5%;
R2 - МЛТ-0.125- 2 кОм (5%;
R3 - МЛТ-0.125- 200 Ом (2%;
R4 - МЛТ-0.125- 160 Ом (2%;
R5 - МЛТ-0.125- 82 Ом (2%;
C1 – К10-7B- 0.1 мкФ ±5%;
C2 – TESLA-16 мкФ ±5%;
C3 – TESLA-50 мкФ ±5%;
DA1 –LM337T;
4. Методика испытания устройства
Методика испытаний данного устройства состоит в замере напряжений на входе и выходе стабилизатора напряжения. Измерения будем проводить при помощи осциллографа, подключенного соответствующими каналами ко входу и выходу стабилизатора напряжения. Для получения входного напряжения для стабилизатора используем понижающий трансформатор (как наиболее простое и распространенное решение), со вторичной обмотки которого снимаем переменное напряжение, которое выпрямляем при помощи диодного моста (двухполупериодного) и подаем на вход рассчитанного стабилизатора, U=20 В. К выходу стабилизатора подключаем нагрузку, рассчитанную по формуле (4.1), Rнагрузки=10 Ом.
Rнагрузки=Uвых/ Iвых (4.1)
Схема испытаний приведена в приложении.
Заключение
В данной курсовой работе была рассмотрена методика разработки электронных устройств на стабилизатора напряжения на интегральной микросхеме, рассмотрены основные условия стабилизации напряжения и методы их реализации. Согласно техническому заданию была выбрана и рассчитана схема стабилизатора напряжения.
В результате проделанной работы была создана следующая документация:
- пояснительная записка;
- схема электрическая принципиальная и перечень элементов стабилизатора напряжения;
- чертёж печатной платы и компоновочный эскиз;
- схема испытаний устройства.
Данный стабилизатор может применяться в составе постоянных источников питания радиоаппаратуры.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Борисов В.Г. Кружок радиотехнического конструирования: Пособие для руководителей кружков. — М.: Просвещение, 1986.
2. Забродин Ю.С. Промышленная электроника.
3. Терещук Р.М., Терещук К.М. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: справочник радиолюбителя. — Киев: Наукова думка, 1988.
4. Полупроводниковые приборы: транзисторы, справочник под ред. Горюнова Н.Н. М.: Энергоатомиздат, 1983.
|40 |
-----------------------
Рис. 1.3. Схема транзисторного мощного регулируемого стабилизатора напряжения
Рис. 1.2. Схемы транзисторных стабилизаторов напряжения
Рис. 2.1. Схема стабилизатора напряжения
Рис. 1.1. Схема простейшего стабилизатора напряжения (а) и делителя (б), образованного балластным резистором R1 и дифференциальным сопротивлением стабилитрона
1
R5
МЛТ-0.125- 82 Ом (2%
R4
МЛТ-0.125- 160 Ом (2%
R3
МЛТ-0.125- 200 Ом (2%
R2
МЛТ-0.125- 2 кОм (5%
R1
МЛТ-0.125- 1.2 кОм (5%
Резисторы
X1
10x04MTA
Разъемы
DA1
LM337T
Микросхемы
С3
TESLA-50 мкФ ±5%
С2
TESLA-16 мкФ ±5%
C1
К10-7B- 0.1 мкФ ±5%
Конденсаторы
Кол.
Примечание
Наименование
Листов
Лит.
Стабилизатор напряжения
Н. Контр.
Провер.
Разраб.
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Изм.
Поз.
обозн.
Масштаб
Масса
Реценз.
Схема электрическая принципиальная
Утверд.
Т. Контр.
Схема испытаний
2:1
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Чертеж печатной платы
3:1
Компоновочный эскиз
Страницы: 1, 2
