Параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра ПрЭ

Контрольная работа

Тема: «Параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил  студент:

группа з68-2 Смирнов А.В.

Преподаватель: Саюн В.А.

_______________________

_______________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск

Исходные данные

Вариант	, Вт	, Ом	, мВ	, Ом	, Гц	, кГц	, оС
20	20	4	400	800	15	25	50

 

Расчет усилителя низкой частоты (УНЧ)

Стоит задача выбрать основные элементы двухтактного выходного каскада усилителя низкой частоты (УНЧ усилителя звуковых частот). Выбираем работу выходного каскада в режиме А,В для получения хороших энергетических показателей и небольших нелинейных искажений. В режиме покоя (Е_г=0) транзисторы VT2 и VT3 необходимо перевести в режим АВ. Для этого необходимо создать напряжение смещения на переходе база-эмиттер VT2 и VT3 на уровне 0.6 – 0.7 В. Смещение обеспечивается падением напряжения на резисторе R3. УНЧ содержит каскад предварительного усиления на транзисторе VT1, на вход которого поступает сигнал от генератора Е_г.

Исходные  данные:

P_н = 20 Вт – мощность нагрузки.

R_н = 4 Ом – сопротивление нагрузки.

Требуется рассчитать и выбрать  основные  элементы  двухтактного усилителя низкой частоты (УНЧ) с выходной мощностью P_н = 20 Вт и сопротивлением нагрузки R_н = 4 Ом.

1.Мощность нагрузки

,

где , – действующее значение напряжения и тока в нагрузке.

,

где – амплитуда тока в нагрузке.

  ,

где – амплитуда напряжения в нагрузке.

а). Найдем амплитуду тока в нагрузке:.

= = = 3.2А

б). Найдем амплитуду напряжения нагрузки:

В

2.Выберем величину напряжения источника питания Е_п1 и Е_п2.

Е_п1 =Е_п2 поскольку напряжение в нагрузке симметричное.

В

 В. Для идеального транзистора  .

Выбираем В

3. Максимальная мощность  потерь в каждом транзисторе  VT2 и VT3:

 

– коэффициент использования напряжения источника питания.

 

 

4.Выбираем транзисторы VT2  и VT3 по напряжению и току.

Условие выбора транзистора  по напряжению:

,

где U_кэmax – максимальное значение напряжения коллектор – эмиттер в схеме, U_кэдоп – максимально допустимое значение напряжения коллектор – эмиттер (приводится в справочнике).

Для рассматриваемой схемы:

 

В режиме АВ транзисторы  VT2 и VT3 работают поочерёдно. Один включен, другой выключен. Через включённый транзистор к выключенному транзистору прикладывается два источника питания. 0.8 – коэффициент загрузки. Чем выше требования к надежности изделия, тем меньше коэффициент загрузки. В изделиях военно промышленного комплекса коэффициент загрузки выбирают на уровне 0.1 – 0.3.

Условие выбора транзистора  по току:

,

где

I_{кэ max} – максимальное значение  коллекторного тока  в схеме.

I_{кэ доп} – максимально допустимый коллекторный ток (приводится в справочнике).

Для рассматриваемой схемы:

 – это амплитуда  тока нагрузки.

Итак,

_{28В < 0.8 Uкэ доп}

_{3.2А < 0.8 Iкэ доп}

Выбираем транзистор VT2 n-p-n типа КТ817В.

Его параметры:

U_кэдоп = 60 В,

I_кэдоп = 3А,

β_min = 30,

R_пк = 5⁰С/Вт,

f_β = 3 МГц – max рабочая частота,

P_доп = 1.5 Вт без радиатора,

P_доп = 25 Вт с радиатором,

150⁰C – максимальная температура перехода.

Необходимая поверхность пластинчатого  радиатора в квадратных сантиметрах  при условии, что максимальная температура  окружающей среды  = 50 ^оС, а температура перехода не превысит =120 ^оС:

 

Роль такого радиатора может выполнить алюминиевая  пластина со сторонами 10 и 7 см.

Выбираем транзистор VT3 p-n-p типа КТ816В.

Его параметры:

U_кэдоп = 60 В,

I_кэдоп = 3 А,

β_min = 40,

R_пк = 5⁰С/Вт,

f_β = 3 МГц – max рабочая частота,

P_доп = 1.5 Вт без радиатора,

P_доп = 25 Вт с радиатором,

150⁰C – максимальная температура перехода.

Транзистор VT3 также удовлетворяет условию выбора транзистора по напряжению коллектор-эмиттер и тока коллектора:

Необходимая поверхность пластинчатого  радиатора в квадратных сантиметрах  при условии, что максимальная температура  окружающей среды  = 50 ^оС, а температура перехода не превысит =120 ^оС:

 

 

 

Роль такого радиатора может  выполнить алюминиевая пластина со сторонами 10 и 7 см.

5.Ток покоя оконечных транзисторов VT2 и VT3 (когда Е_г = 0) выбирают в диапазоне (3…10)%  от максимального тока нагрузки.

 

6.Напряжение на  резисторе R2 и на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT1 в режиме покоя.

Оконечный каскад работает в режиме АВ. Верхнее плечо на транзисторе VT2 и нижнее на транзисторе VT3 являются симметричными. По этому в режиме покоя:

U_R2=U_кэVT1.

Определим U_R2 и U_кэVT1 из уравнения:

,

,

В режиме покоя напряжение U_R3 должно создавать напряжение смещения на база-эмиттерном переходе транзисторов VT2 и VT3. Величину напряжения U_R3 выбирают на уровне

 В.

 

Следовательно, В.

 

7.Ток по цепи  R₂ - R₃ – КЭ_VT1 от источника 2Е_п задаем на порядок больше тока базы транзистора VT2 и VT3 в режиме покоя:    

 

 

Затем определяем значения сопротивлений  резисторов:

 

 

 

Из ряда Е24 выбираем ближайшие значения R2=680 Om, R3=30Om

8.Выбор транзистора VT1

Максимальное напряжение на транзисторе  VT1:

 

Максимальный ток транзистора  VT1:

- максимальная амплитуда тока  базы транзистора VT3.

 

I_R3 – ток покоя транзистора VT1,  I_R3 = 0.04А.

 

 

Мощность, выделяемая на транзисторе, будет максимальна в режиме покоя:

 

В соответствии с условием выбора транзистора по напряжению и тока:

_{30 В < 0.8 UКЭ доп}

_{0.12A < 0.8 IКЭ доп}

Выберем в качестве транзистора  VT1 транзистор типа n-p-n КТ630Д с параметрами:

U_кэдоп = 60 В,

I_кэдоп = 1 А,

β_min = 80,

f_α = 50 МГц,

P_{к max} = 0.8 Вт.

9.Базовый ток покоя транзистора VT1:

 

 

 

10.Сопротивление  резистора R1:

 

 

Из ряда Е24 выберем R1= 56 кОм.

11.Сквозной коэффициент усиления по напряжению:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поз.обозн.

Наименование

Кол-во

Примечание

Резисторы

R1

С2-23-2-56 кОм ±5%

1

R2

С2-23-2-680 Ом±5%

1

R3

С2-23-2-30 Ом±5%

1

Транзисторы

VT1

КТ630Д

1

VT2

КТ817В

1

VT3

КТ816В

1

ФЭТ КП.5.034.015 ПЭ3

Изм.

Лист.

N0 докум.

Подп.

Дата

Разраб.

Усилитель низкой частоты  Перечень элементов

Лит.

Лист

Листов

Провер.

Э

1

Т.контр.

Н.контр.

Утв.