Расчет стабилизатора напряжения

Для обеспечения устойчивой работы микросхем во всем диапазоне допустимых значений входного напряжения и выходного тока рекомендуется применять шунтирующие на землю конденсаторы. Использовать в качестве шунтирующих, предпочтительнее керамические и танталовые конденсаторы, так как они имеют хорошие характеристики на высоких частотах. При использовании алюминиевых электролитических конденсаторов, их емкость должна быть не менее 10 мкФ. Монтаж шунтирующих конденсаторов должен выполняться предельно короткими проводниками и, по возможности, непосредственно рядом с соответствующими выводами стабилизатора.

При аварии ток VТ1 может превысить максимальный внутренний ток стабилизатора в h21э раз, доходя до 20 А и больше. Этого вполне достаточно для разрушения транзистора VТ1, а также устройства, которое, будет в этот момент присоединено в качестве нагрузки.

В схеме транзистор VТ2 реагирует на ток нагрузки за счет изменения перепада напряжения на резисторе R2 ограничивая сигнал возбуждения транзистора VТ1, когда этот сигнал превышает диодный перепад. У этой схемы есть два недостатка: во-первых, большая рассеиваемая мощность, так как при максимальных токах нагрузки входное напряжение должно превосходить стабилизированное выходное напряжение на величину, равную сумме минимального перепада напряжений трехвыводного стабилизатора и удвоенного диодного перепада; во-вторых, VТ2 должен быть способен выдерживать большой ток (равный предельно допустимому току стабилизатора) при большом напряжении, так как из-за малого сопротивления резистора базы трудно реализовать ограничивающую схему с обратным наклоном характеристики.

При построении стабилизаторов на большие токи важно добиться малого перепада напряжений для снижения рассеиваемой мощности до приемлемой величины. В  схеме это достигается за счет того, что эмиттер-базовый перепад транзистора VТ1 не входит в общий перепад на стабилизирующих элементах. 

3 РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЙ. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

 

 

Рисунок 9 – Схема стабилизатора  напряжения с повышенным током нагрузки и защитой от КЗ

Исходные данные:

U_вх = 15 - 20 В;

U_вых = 9 В;

I_н = 4 А;

I_кз = 4,2 А.

 

Выбираем микросхему КР142ЕН8А [3].

Параметры:

U_вых = 9 В;

U_{вх max}= 35 В;

I_max = 0,5 А;

Р_рас = 8 Вт;

I_потр = 10 мА.

 

Выбираем шунтирующие  конденсаторы. Емкость на входе 0,33 мкФ, а на выходе 0,1мкФ. Используем керамические конденсаторы постоянной емкости, предназначенные для работы в цепях постоянного тока, так  как они имеют хорошие характеристики на высоких частотах.

Тип конденсатора К10-17-1.

Полное обозначение для  С1 К10-17-1-25-0,33 10%, для С2 К10-17-1-25-0,33 10%.

I_н = I_к+ I_рег

U_ЕН = U_вх - U_вых - U_R = 20 В – 9 В - 0,8 В = 10,2 B;

 

;

 

Выбираем I_рег < I_{рег max}

I_рег = 0,5 А;

 

 

Выбираем транзистор VT1 по следующим параметрам:

I_{к max} = I_н - I_рег = 4 А – 0,5 А = 3,5 А;

U_{кэ max} = U_вх - U_вых = 20 В – 9 В = 11 В;

Р_рас = I_{к max} ∙ U_{кэ max} = 3,5 А ∙ 11 В = 38,5 Вт.

 

По рассчитанным значениям  выбираем биполярный транзистор p-n-p типа серии КТ818А, который имеет статический коэффициент передачи тока h_21э =20.

I_{к max} = 10 А;

U_{кэ max} = 40 В;

Р_рас = 60 Вт.

Следовательно, сопротивление  R1:

 

 

P_R1 =U_R1I_R1;

P_R1 =0,8 В 0,5 А = 0,4Вт.

Из стандартного ряда сопротивлений  Е24 выбираем резистор Rном=2,5 Ом.

Так как необходим резистор общего назначения, предназначенный  для работы в цепи постоянного  тока, то выбираем тип резистора  С2-23 [4].

Полное обозначение: С2-23-0.5 2.5 Ом 5%.

Сопротивление R2:

 

 

P_R2 =U_R2I_R2;

P_R2 =0,8 В 3,7 А = 2,96 Вт.

Из стандартного ряда сопротивлений  Е24 выбираем резистор Rном = 0,22 Ом.

Так как необходим резистор общего назначения, предназначенный  для работы в цепи постоянного  тока, то выбираем тип резистора  С5-16 [4].

Полное обозначение: С5-16-3 0.25 Ом 5%.

Выбираем транзистор VT2 по следующим параметрам:

U_{кэ max} = U_эб + U_R2 = 0,8 В – 0,8 В = 1,6 В;

I_{к max} = I_рег = 0,5 А;

Р_рас = I_max ∙ U_{кэ max} = 0,5 А ∙ 1,6 В = 0,8 Вт.

По рассчитанным значениям  выбираем биполярный транзистор p-n-p типа серии  КТ505А, который имеет статический коэффициент передачи тока h_21э =25.

I_{к max} = 1 А;

U_{кэ max} = 60 В;

Р_рас = 1 Вт.

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данной курсовой работе был  изучен стабилизатор напряжения с повышенным током нагрузки. Проанализирован  принцип действия схемы, обоснован  выбор типов материалов, рассчитаны их номинальные значения. Разработана  печатная плата устройства.

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Титце У. Полупроводниковая схемотехника / У. Титце, К. Шенк.- Москва: Мир,1982.– 512с.
2. Стабилизаторы напряжения [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://msb440v.narod.ru.- Дата доступа 25.03.11.
3. Интегральные микросхемы. Микросхемы для линейных источников питания и их применение: справочник – Москва: Додека,1998.– 399с.
4. Аксенов А. И. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Резисторы. Конденсаторы: справочник/ А. И. Аксенов, А. В. Нефедов,- Москва: Радио и связь, 1995.– 272с.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Печатная плата устройства