Параметры элементов схемы мультивибратора

Длительности t_и1 и t_и2 рассчитываются через исходные параметры мультивибратора, приведенные в таблице 2.1, по формуле:

t_и = 0,7 · C_б·R_б. (2.5)

Длительность фронта у импульсов мультивибратора можно рассчитать через параметры схемы С_б и R_к, приведенные в таблице 2.1, по формуле:

t_ф = 2,3 С_б·R_к . (2.6)

Частота колебаний мультивибратора равна:

, (2.7)

Полная мощность, рассеиваемая в ключе:

, (2.8)

где t_отс, t_нас – время нахождения транзистора в состоянии отсечки или насыщения (соответствуют t_и1 и t_и2, приведенным в уравнении (2.7)).

3. Расчёт стабилизатора напряжения

3.1. Цель работы

3.1.1. Изучить влияние элементов схемы на режим ра­боты стабилизаторов.

3.1.2. Научиться производить расчет стабилизаторов с использовани­ем параметров транзисторов и микросхем.

3.2. Содержание расчетного задания

3.2.1. Выполнить расчет компенсационного стабилизатора напряжения (рис.3.1) с использованием параметров транзисторов и параметров операционных усилителей, взятых из справочников [7, 8].

Для расчёта стабилизатора, в соответствии с номером варианта, необходимы Е_пит и ток нагрузки. Е_пит берётся равным напряжению питания генератора тактовых импульсов. Значения Е_пит приведены в таблице 2.1. Ток нагрузки стабилизатора определяется током, потребляемым элементами схемы счётчика импульсов на микросхемах ТТЛ. Расчёт суммарного тока микросхем счётчика выполняется в соответствии с требованиями пункта 1.1.4 в разделе 1, по данным микросхем разработанной электрической принципиальной схемы.

Входные и выходные характеристики транзистора, выбранного по данным расчета, нужно взять в методических указаниях [5] и справочнике [7].

3.3. Методические указания

В большинстве силовых электрических сетей напряжение поддерживается с точностью не выше ±5 %. Для обеспечения заданной стабильности питающего напряжения применяют стабилизаторы напряжения.

Необходимо отметить, что низкое значение КПД (0,5–0,7) компенсационного стабилизатора, обусловленное потерей мощности на регулирующем элементе, является его основным недостатком. Несмотря на указанный недостаток в настоящее время стабилизаторы такого типа широко применяются в уст­ройствах электропитания.

Типовая схема стабилизатора с последовательным включе­нием регулирующего элемента приведена на рис. 3.1.

Стабилизатор состоит из регулирующего транзистора VТ1, усилителя постоянного тока VТ2,R1, источника опорного напря­жения VД, R2 и делителя напряжения R3, R4, R5.

При изменении входного напряжения U_вх, например, при увеличе­нии в первый момент, начинает увеличиваться выходное напряжение

U_вых, что приводит к увеличению напряжения U_д на ниж­нем плече делителя. Напряжение U_д сравнивается с опорным напряжением стабилитрона VД.

Увеличение напряжения приводит к увеличению отрицательного потенциала на базе транзистора VТ2 и, следовательно, увеличению тока коллектора тран­зистора VТ2, что уменьшает отрицательный потенциал на базе транзистора VТ1 относительно эмиттера.

Рис. 3.1. Схема транзисторного стабили­затора с последовательным включением ре­гулирующего элемента

Ток базы транзистора VТ1 уменьшается, что приводит к его запиранию и увеличению падения напряже­ния на переходе коллектор-эмиттер транзистора. Напря­жение на выходе стабилизатора уменьшается до первоначального зна­чения с определенной сте­пенью точности.

При изменении тока нагрузки, например уве­личении, выходное напря­жение в первый момент начинает уменьшаться за счет увеличения падения напряжения на переходе коллектор - эмиттер ре­гулирующего транзисто­ра VТ1. Это вызовет умень­шение напряжения на нижнем плече делителя. Уменьшаются отрицательный потенци­ал базы транзистора VТ2 и его базовый и коллекторный токи. Ток базы транзистора VТ1 увеличивается, что приводит к умень­шению напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзис­тора VТ1. Выходное напряжение увеличивается до первоначаль­ного значения.

Регулировка выходного напряжения в схеме осуществляет­ся потенциометром R4.

Коэффициент стабилизации стабилизатора

K_ст = К_у α (r_к + R1) U_вых /U_обр, (3.1)

где К_у – коэффициент усиления усилителя постоянного тока; r_к – сопротивление коллектора транзистора VТ2 в схеме с об­щим эмиттером; α – коэффициент передачи делителя; α = R3/(R4+ R5).

Подобные стабилизаторы имеют К_ст ≤ 500-700. Для повышения коэффициента стабилиза­ции необходимо применять более сложные схемы компенсаци­онных стабилизаторов напряжения. Широко применяют схемы с операционными усилителями обеспечивающие большой К_ст (рис. 3.2.).

Следует иметь в виду, что стабилизатор напряжения не толь­ко уменьшает нестабильность, но и сглаживает пульсации вы­прямленного тока приблизительно в К_ст раз.

При необходимости стабилизировать большие токи и для повышения коэффициента стабилизации компенсационного стабилизатора в качестве регулирующего элемента используют со­ставной транзисторVТ1. Использование составного транзистора увели­чивает коэффициент стабилизации на величину коэффициента уси­ления по току дополнительного транзистора.

Рис. 3.2. Схема транзисторного стабили­затора с ОУ и последовательным включением ре­гулирующего элемента

Коэффициент стабилизации компенсационных последовательных стабилизаторов достигает нескольких тысяч и зависит от коэффи­циента усиления усилителя ОУ.

Выходное сопротивление компенсационных стабилизаторов име­ет значение порядка нескольких Ом и даже долей Ом. Пример расчета стабилизатора напряжения приведён в [6].

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица П. 1

Типы транзисторов по вариантам

Библиографический список

1. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы: Справочное пособие / С. В. Якубовский, Н. А. Барканов, Л. И. Ниссельсон и др.; Под ред. С. В. Якубовского. - М: Радиоисвязь, 1994. - 432с.

2. Горбачев Г. Н., Чаплыгин Е. Е. Промышленная электроника. М.: Энергоатомиздат, 1988.

3. Миловзоров О. В., Панков И. Г. «Электроника». Учебник - М.: Высш. Шк.,2004.-288 с.

4. Маругин А. П. Физические основы электроники. Методические указания и расчетные задания по дисциплине для студентов направления подготовки 130400.65, специализация подготовки «Электрификация и автоматизация горного производства» – Екатеринбург: Изд - во УГГУ, 2015г., 17с.

5. Маругин А. П., Меженный Е. В. Физические основы электроники Часть 3: методические указания и расчетные задания для студентов очного и заочного факультетов специальности 140604 – «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» / А. П. Маругин, Е. В. Меженный. – Екатеринбург: Изд - во УГГУ, 2009г., 56с.

6. Промышленная электроника. Учебник для вузов / А. И. Котлярский,

С. П. Миклашевский, Л. Г. Наумкин, В. А. Павленко - М.: Недра, 1994.

7. Перельман Б. Л. Полупроводниковые приборы: справочник. «Солон», «Микротех», 1996. 246с.

8. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы: справочник.-Челябинск: Металлургия, 1998. 352с.

Учебное издание

А. П. Маругин

• ⇐ Назад
• 12