fon5

Расчет параметрического стабилизатора

Схема простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе показана на рисунке 1.
raschet stabilizatora1 Входное Uвx напряжение такого стабилизатора должно быть существенно выше напряжения стабилизации Ucт стабилитрона VD1. А чтобы VD1 не вышел из строя стоит токоограничительный постоянный резистор R1.
Выходное напряжение (Uвых) будет равно напряжению Ucт, а с выходным током ситуация сложнее. Дело в том, что у каждого стабилитрона есть некий диапазон стабилизированого рабочего тока через него; например, минимальный - Iстmin = 5 mА, а максимальный - Iстmax = 25 mА. Если мы подключаем на выходе такого стабилизатора нагрузку, то часть тока начинает протекать через неё. И величина максимального значения этого тока нагрузки Iн будет зависеть и от сопротивления R1 и от Iстmin стабилитрона, - максимальный Iн будет уменьшен на Iстmin стабилитрона. Получается, что чем меньше сопротивление R1, тем больше ток можно отдать в нагрузку стабилизатора.
В то же время, токоограничение через R1 не должен быть больше Iстmax. Так как, во-первых, VD1 необходим некий запас на поддержания напряжения на выходе стабильным, а во-вторых, VD1 может выйти из строя при превышении Iстmax, что может при отключении нагрузки или её работе на режиме с низким токовым потреблением. Стабилизатор по такой схеме очень не эффективен и годится для питания только цепей, потребляющих не более величины Iстmax. Поэтому стабилизаторы как на рис.1 используются только в стабилизаторах с небольшой токовой нагрузкой.

Если нужно обеспечить более-менее значительный Iн стабилизатора и снизить его влияние на стабильность нужно усилить выходной Iст при помощи VT1, включенного по схеме эмиттерного повторителя (рис.2).
raschet stabilizatora2 Максимальный Iн данного стабилизатора определяется по формуле:
Iн = (Iст - Iстmin)·h21э,
где:
Iст.ср - средний ток стабилизации используемого VD1,
h21э - коэффициент передачи тока базы VT1.
Например, если использовать:
стабилитрон КС212Ж (Iст = (0,013-0,0001 )/2 = 0,00645А),
транзистор КТ815А (с h21э = 40),
мы сможем получить максимальный Iн от стабилизатора как на рис.2:
Iн = (0,006645-0,0001)·40 = 0,254 А.
К тому же, при расчетах Uвых нужно учитывать, что оно будет на 0,65V ниже Uст, потому что на кремниевом транзисторе падает около 0,6-0,7V (примерно берут 0,65V).
Попробуем рассчитать стабилизатор по схеме на рисунке 2. Возьмем такие исходные данные:
Uвх = 15V,
Uвых = 12V,
Iн = 0,5А.
Возникает вопрос, что выбрать, - стабилитрон с большим Iст.ср или транзистор с большим h21э?
Если имеется КТ815А с h21э = 40, то, следуя формуле Iн = (Iст - Iстmin)·h21э, потребуется VD1 с разницей Iст.ср и Iст.мин - 0.0125А. По напряжению он должен быть на 0,65V больше Uвых, т.е. 12,65V.
Попробуем подобрать по справочнику. Вот, например, КС512А:
Uст = 12V,
Iстmin = 1 mА,
Iстmax = 67 mА.
Т.е. Iст.ср = 0,0ЗЗА.
В общем подходит, но Uвых будет не 12V, a 11,35V. А нужно 12V. Остается либо искать стабилитрон на 12,65V, либо компенсировать недостаток напряжения кремниевым диодом, включив его последовательно с VD1 как показано на рисунке 3.
raschet stabilizatora3 Теперь вычисляем сопротивление R1:
R = (15 -12) / 0.0125А = 160 Ом.
Несколько слов о выборе транзистора стабилизатора по мощности и максимальному току коллектора (Iк.max).
Iк.max должен быть не менее максимального Iн. В нашем случае - не менее 0,5А. А мощность должна не превышать максимально допустимую. Рассчитать мощность можно по следующей формуле:
Р=(Uвх - Uвых) Iвых.
В нашем случае: Р = (15-12)0,5=1,5W.
Таким образом, Iк.max должен быть не менее 0,5А, а Рmax не менее 1.5W. Выбранный КТ815А подходит с большим запасом (Iк.max.=1,5А, Рmax.=10W).

Увеличить выходной ток стабилизатора без увеличения тока через стабилитрон можно только увеличив транзисторный h21э. Это можно сделать если вместо одного транзистора использовать два, включенных по составной схеме (рис.4).
raschet stabilizatora4 При таком включении общий h21э будет примерно равен произведению h21э обоих транзисторов. VT1 берут маломощный, а VT2 на мощность, соответствующий нагрузке. Все рассчитывается примерно так же, как и в стабилизаторе по рисунку 3. Но теперь у нас в стабилизаторе два кремниевых транзистора, поэтому выходное напряжение снизится не на 0,65V, а на 1,3V. Это нужно учесть при выборе VD1, - его Uст (при использовании кремниевых транзисторов) должно быть на 1,3V больше требуемого Uвых.
К тому же появился резистор R2. Его назначение - подавлять реактивную составляющую VT2, и обеспечивать надежную реакцию транзистора на изменение напряжения на его базе. Величина этого сопротивления слишком уж существенного значения не имеет, но и за пределы разумного выходить не должна. Обычно его выбирают примерно в 5 раз больше сопротивления R1.

Иванов В.

РК 2017/11
"Упрощенный расчет параметрического
стабилизатра напряжения на транзисторах".

<< Предыдущая Cледующая >>

Вверх

radionet