При расчете однокаскадных (и многокаскадных) параметрических стабилиза-
торов обычно задаются следующие данные:
Исходные данные: (пример дан в скобках)
1. Номинальная величина выходного напряжения UВЫХ (UВЫХ=8В) и допуски на разброс выходного напряжения в сторону уменьшения и увеличения( UВЫХ.m,
UВЫХ.м ). Причем допуск может быть несимметричным и симметричным (
UВЫХm.м = 1В).
2. Максимальный и минимальный токи нагрузки (IНм=5мА, IНm=3мА) стабилизатора.
3. Допустимое относительное изменение среднего значения входного напряжения ЕВХ ненагруженного выпрямителя в сторону уменьшения (аm) и увеличения (ам)
(12)
4. Относительная амплитуда напряжения (коэффициент) пульсаций входного напряжения
(13)
где UП – амплитуда напряжения пульсаций входного напряжения.
5. Максимально допустимая относительная нестабильность выходного напря-
жения при изменении тока от IНм до IНm
. Вместо
может задаться RВЫХ
стабилизатора.
6. Максимально допустимая относительная нестабильность выходного напряжения при изменении входного (
= ±0.3%, “±” означает, что указано изменение в сторону увеличения или уменьшения входного напряжения от номинального значения). Вместо
может задаваться коэффициент стабилизации КСТ.
7. Максимально допустимая относительная амплитуда пульсаций входного напряжения (коэффициент пульсаций (
≤0,3%)).
8. Номинальная (TC= +200C), минимальная (TCm= -100C) и максимальная (TCм= +500C) рабочая температура среды.
9.Максимально допустимая относительная температурная стабильность выходного напряжения ∆UВЫХ.T при изменении температуры на ∆TСm= TC - TCm и ∆TСм= TCм - TC (∆UВЫХ.T= ±2.5%). Вместо ∆UВЫХ.T может задаваться температурный коэффициент напряжения стабилизатора.
Необходимо: рассчитать величину номинального значения входного напряжения ЕВХ, величину сопротивления Rг, определить необходимые для расчета выпрямителя максимальный ток IВХм, максимальную мощность PВХм, к.п.д. (η) в номинальном и максимальном режимах, а также обеспечить такой ток выбранных стабилитронов, а соответственно и мощность рассеяния, чтобы их величины не превосходили допустимых по ТУ с соответствующим коэффициентом запаса.
3.1.1 Расчет однокаскадной схемы производим в следующей последовательности:
1. Выбираем тип и количество стабилитронов – один или несколько последовательно – и находим из справочных данных номинальное значение напряжения UСТ.НОМ и допустимый разброс ∆UСТ.НОМ. . В определенных случаях задаются UСТm и UСТм. Тогда
(14)
Для выбранного в качестве примера Д814А (UСТ.НОМ= 7,75В, ∆UСТ.НОМ= ±0,75В, UСТm= 7,75 – 0,75= 7В, UСТм= 7,75 + 0,75= 8,5В). При заданном UВЫХ= 8В получаем ∆UВЫХm=1В, ∆UВЫХм=0,5В, что удовлетворяет заданным требованиям.
2. Находим среднее значение требуемого выходного сопротивления стабилизатора
Ом (15)
∆UВЫХi относится к 0,5 диапазона по току ∆IН.
3. Выбираем IСТm, при котором суммарное дифференциальное сопротивление было бы меньше RВЫХ. Из справочных и опытных данных находим:
а) R∂~ , указанное в технических условиях (при IСТм= 5мА, R∂~≤ 6 Ом);
б) по формуле (6) или из справочных данных определяем gСТ
для UСТм : gСТ= 2+1,25(8,5-6)=5,1 мВ/0С;
в) по формуле (4) определяя из справочных или опытных данных значения теплового со-
противления, определяем R∂t ( в нашем примере Rt @ 0,15 0С/мВт, т.е.
R∂t = 8,5·0,15·5,1= 6,5 Ом );
г) определяем по (5) полное дифференциальное сопротивление R∂
R∂ = 6+6,5= 12,5 Ом , т.е. оно меньше RВЫХ (16 Ом). Если R∂ > RВЫХ , то используется каскадное соединение ПС , а
для двухкаскадного ПС. Для трехкаскадного
и т.д. Проверка ΔUВЫХi производится, если эта величина задана как одна из характеристик ПС.
4. Находим среднее значение допустимого коэффициента стабилизации
(16)
где В – наибольшая из разностей (ам – 1) или (аm – 1). Для рассматриваемого
примера
5. Определяем максимальный коэффициент стабилизации:
, (17)
где Аm= аm – аПВХ (Аm= 0,9 – 0,1= 0,8) и убеждаемся, что КСТ < КСТм Желательно для инженерных расчетов, чтобы КСТ КСТм ≈ (0,5¸0,7).
Если КСТ > КСТм, то однокаскадная схема не может обеспечить заданной стабильности при изменении UВХ и необходимо перейти к двухкаскадной или мостовой схеме.
6. Вычисляем необходимое входное напряжение ЕВХ, обеспечивающее заданное КСТ.
(18)
Выбираем ЕВХ= 35В. Так как КСТ= (0,5¸0,7)КСТм , то
(19)
7. Задаемся или определяем внутреннее сопротивление выпрямителя по приближенной формуле:
Ом
8. Находим номинальную величину реального гасящего сопротивления R/Г (без учета внутреннего сопротивления),
Ом (20)
Выбираем резистор с минимальным производственным допуском. Например, при
Rг/= 1,6кОм ± 5% (R/m= 1520 Ом, R/м= 1680 Ом).
9. Уточняем значение коэффициента стабилизации по общей формуле:
(21)
с учетом, что Rr= Rr/ + RВХ.
10. Определяем коэффициент сглаживания пульсаций стабилизатора и относительную (в процентах) амплитуду (коэффициент пульсаций) на выходе стабилизатора:
(22)
Т.е. аП.ВХ < аП.ВЫХ, заданного (0,17 < 0,3)
- Уточняем мгновенное значение минимального тока стабилитрона:
(23)
12. Находим среднее значение максимального тока стабилитрона:
(24)
(IСТ.М ГУ= 40мА).
13. Определяем максимальное и минимальное (или минимальное) значение входного тока и максимальное и номинальное значения входной мощности выпрямителя:
(25)
14. Вычисляем минимальный и номинальный к.п.д. стабилизатора (без выпрямителя):
15. Исходя из определения максимального температурного коэффициента (α СТ= 0,07%/0С), определяем:
∆UВЫХ.Т= α СТ · ∆TC = 0,07 · 30= 2,1% ,
что удовлетворяет поставленным требованиям (2,5%).
16. Если задана величина ЕВХ, то расчет ведется аналогично. При этом проверяется зависимость (18). В этом случае КСТ (при вычисленном по формуле (20) значении Rг/ ) будет больше заданного значения. Суммарное отклонение напряжения ∆UВЫХ= ∆UВЫХi+ ∆UВЫХu+ UВЫХт .