напряжением стабилизации, то изменится и напряже¬ние на нагрузке. Это позволяет создавать регулируемые стабилиза¬торы напряжения. Одна из схем такого стабилизатора дана на рис. 1.2, в. В ней кроме ограничительного резистора R1 использует¬ся дополнительный переменный резистор RУСТ, подключаемый па¬раллельно стабилитрону VD. Напряжение на нагрузке UH вместе с напряжением на переходе эмиттер—база UЭБ транзистора VT равно напряжению UУСТ, снимаемому с переменного резистора RУСТ, т. е. UH+UЭБ=UУСT, откуда следует: UH=UУСТ-UЭБ.
При перемещении движка переменного резистора RУСТ будет изменяться снимаемое с него напряжение и, следовательно, напря¬жение на нагрузке UH. Таким способом можно регулировать нап¬ряжение на нагрузке от нуля до значения, равного напряжению стабилизации стабилитрона VD (точнее, до значения UCT-UЭБ).
Если ток базы регулирующего транзистора VT1 велик, в ста¬билизатор вводят дополнительный усилитель постоянного тока. Одна из схем такого стабилизатора приведена на рис. 1.3. Напряжение, подаваемое с движка потенциометра R3 на базу тран¬зистора VT2, на котором выполнен дополнительный усилитель постоянного тока, называется напряжением обратной связи (UOC). Из рисунка видно, что UOC=UCТ+ UЭБ. Ток, протекающий через потенциометр R3, не должен превышать 10...15 мА. Сопротивле¬ние резистора R1 обычно составляет несколько килоом.
Коэффициент стабилизации стабилизатора около 100, а выходное сопротивление составляет десятые доли ома.
Расчет компенсационного стабилизатора напряжения начина¬ют с выбора регулирующего транзистора VT1. Максимально до¬пустимое его напряжение UКЭ.МАКС должно превышать наиболь¬шее напряжение на входе стабилизатора (UВХ.МАКС), а максималь¬но допустимый ток коллектора IK.МАКС - быть больше предель¬ного значения тока нагрузки.
Максимальная мощность, рассеиваемая транзистором VT1, оп¬ределяется по формуле:
Значение этой мощности должно составлять не более 75% от максимально допустимой мощности РК.МАКС” приводимой в спра¬вочнике. 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, соответ¬ствующий максимальному току нагрузки:
Поскольку ток IБ макс транзистора VT1 является током нагруз¬ки простейшего стабилизатора, состоящего из резистора R1 и стабилитрона VD, то по его значению находят сопротивление ре¬зистора 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 напря¬жение 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 ис¬пользовать интегральные стабилизаторы. Эти стабилизаторы от¬личаются малыми размерами и в то же время позволяют получить стабильные параметры выходного напряжения, малочувствитель¬ные к изменениям температуры, влажности и другим внешним воздействиям.
Примером интегрального стабилизатора напряжения, по¬лучившего широкое распространение в радиолюбительской прак¬тике, является микросхема серии 142, имеющая множество разновидностей. ИМС этой серии позволяют получать фиксированное выходное напряжение, имеют защиту от перегрузок по току, вы¬пускаются 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 от¬верстие для крепления на терморассеивающем радиаторе. Несмотря на наличие всего трех выводов, в миниатюрном кристалле этих микросхем выполнено более 17 биполярных транзис¬торов, 3 диода, два из которых являются стабилитронами, 19 ре¬зисторов 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 -40С до +100С).
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 стабилизатора
(UВХ-UВыХ)MIN, В 4
Ток потребления микросхемы IПОТР, мА 4
Коэффициент стабилизации КСТ 50
КнI, % 0,5
Температурный коэффициент изменения выходного напряжения ТКUВЫХ, %/К 0,5
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