книги из ГПНТБ / Белопольский, И. И. Стабилизаторы низких и милливольтовых напряжений

[Л. 24]:

где Т' — постоянная времени транзистора в области насыщения, зависящая от параметров нормального и инверсного включения и определяемая по формуле

Здесь аи и аи — коэффициенты усиления транзистора при нормальном и инверсном включении; гаи и таи—

соответствующие постоянные времени.

В стабилизаторах напряжения регулирующий тран­ зистор работает без существенного превышения тока базы по сравнению с минимальным, поэтому величиной Тѵ можно пренебречь. Время запирания Т3 при идеаль­ ном импульсе тока базы находится из уравнения (3-61), правая часть которого должна быть соответственно из­

Нетрудно заметить, что время запирания будет при­ мерно равно времени включения при выбранных зна­ чениях £ві= 1,2-г-1,5, если коэффициент насыщения при запирании принять равным kB2~ (—0,2) ч-(0,5).

Определим теперь мощность рассеяния на коллек­ торе регулирующего транзистора, работающего в клю­ чевом режиме. Режим отсечки характерен малыми то­ ками при значительных напряжениях, а режим насы­ щения, наоборот, — малыми напряжениями при больших токах.

Очевидно, что мощности, рассеиваемые транзисто­

в ключевом режиме может значительно превышать ток, допустимый для непрерывного усиления. Однако при решении вопроса о допустимых токах в ключевом ре­ жиме не следует забывать о мощности, рассеиваемой при формировании фронтов, когда транзистор находит­ ся временно в активном режиме. При большой частоте переключения эта мощность играет существенную роль.

Оценим мощность во всех трех режимах ключа, выпол­ ненного по схеме с общим эмиттером. В режиме отсечки ток коллектора равен /к.о, а мощность отсечки

Во время формирования фронтов будем считать, чтоизменение коллекторного тока и напряжения происхо­ дит по линейному закону, а длительность обоих фрон­ тов одинакова (Тв= Т а).

Тогда мгновенная мощность, рассеиваемая на кол­ лекторе, будет иметь вид:

Рк = h UK— £ к/к JT- (l - ' (124)

Проинтегрируем функцию рк в пределах от 0 до Тв, а результат разделим на период переключения Twpr затем, удвоив его, получим среднюю мощность за время

°1 иеР

Обозначая через /0тс и tnас — время нахождения транзистора в состоянии отсечки и насыщения и исполь­ зуя выражения (122) —(125), запишем полную мощ­ ность, рассеиваемую на транзисторе, в виде

где т = 1 —для насыщенного ключа; т = 2 —для нена­ сыщенного ключа.

Эта мощность не должна превышать допустимой мощности для данного типа транзистора.

Таким образом, пользуясь выражениями (112) — (126), можно выбрать регулирующий транзистор с не­ обходимыми частотными свойствами и допустимой мощ­ ностью рассеяния на коллекторе.

130

16. М ЕТ О Д И К А ИНЖ ЕНЕРН ОГО РАСЧЕТА СТ АБИ Л И ЗАТО РО В

Рекомендуется следующая методика расчета стабилиза­ торов низких и милливольтовых напряжений, в которых в качестве измерительного элемента используются ре­ лаксационный генератор, выполненный на туннельном диоде, и индуктивности.

ДО /и.мансі б ) ;

5)нестабильность выходного напряжения при за­

■Среды (ОТ 70кр.міш ДО Дкр.м аксі С ) ;

8)температурная нестабильность выходного напря­

жения (іДДвых)ь б- 'В качестве базовой схемы стабилизатора принимаем

■схему на рис. 50.

Расчет ведется в следующей последовательности.

где а — относительное изменение входного напряжения при колебаниях напряжения питающей сети.

2.Выбираем предварительно величину емкости вы­ ходного конденсатора и по формулам (95) и (97) опре­ деляем время t и tf+lAtf.

3.По формулам (98) и (99) определяем количествоимпульсов в пачке Пі и п2, задаваясь при этом частотой колебаний генератора из условия £>1//геп.

4. По формуле (103) с учетом (100) — (102) и при­ нятых в § 13 допущениях определяем коэффициент пе­ редачи измерительного элемента kn3.

5. Согласно рекомендациям, изложенным в § 13, вы­ бираем тип туннельного диода и по справочным данным' или его вольт-амперным характеристикам определяем параметры іи і2, «і, и2, щ.

6. По формуле (94) определяем величину сопротив­ ления делителя выходного напряжения.

7. По формуле (87) с учетом формул (80), (81), (83) и (93) для выбранной частоты переключения генера­ тора /геп, принимая Т3= l/2freH> определяем величину индуктивности дросселя L.

8.Температурная нестабильность выходного напря­ женія в ключевых стабилизаторах в основном опреде­ ляется температурной зависимостью измерительногоэлемента. Поэтому ее можно определять по формуле (104), учитывая при этом, что кц остается отрицатель­ ным как при повышении температуры, так и при ее понижении относительно номинальной.

9.Определяем величину сопротивления резистора Rz по формуле (109).

10.Величину сопротивления резистора Ri опреде­ ляем из условия необходимости перемещения рабочей точки транзистора Т2 в область отсечки в момент насы­

щения транзистора Т3, т. е. при ыэтгОбтгПолагая «бт2=0,5 в, можно определять величину сопротивленияиз условия EbxR2/ (R1 +R2 ) >0,5 в.

11.Величину сопротивления резистора R3 опреде­ ляем по формуле (108).

12.Входное сопротивление усилительного каскада должно удовлетворять требованиям, предъявляемым не­ равенством (106), и вычисляется по формуле (107). Задаваясь величиной сопротивления резистора R^, про­

веряем выполнение неравенства (106).

132

13.По формуле (ПО) определяем величину сопро­ тивления резистора Т?5.

14.Определяем коэффициент усиления интегрирую­ щего усилителя по формуле (105).

15.Коэффициент стабилизации стабилизатора по

входному напряжению feCT определяем по формуле

17.Мощность рассеяния регулирующего транзисто­ ра определяем по формуле (126) с учетом формулы (117).

18.По формуле (118) определяем ток запирания регулирующего транзистора Ту при выбранном коэффи­ циенте насыщения feB2 и на основании этого определяем величины сопротивлений резисторов Rn, Ra— для стаби­ лизатора, выполненного по 'схеме рис. 50, или величину

сопротивления резистора Rn — стабилизатора, выпол­ ненного по схеме рис. 51.

На этом расчет стабилизатора можно считать окон­ ченным.

Г Л А В А Ч Е Т В Е Р Т А Я

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА И ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ НИЗКОВОЛЬТНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ И СТАБИЛИЗАТОРОВ

17. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА НИЗКОВОЛЬТНЫ Х ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ

Пример. 1. Произвести расчет выпрямителя для транзисторного стабилизатора напряжения по следующим данным: а) выпрямленное напряжение Uq= 3 в; б) выпрямленный ток / о = 4,2 а; в) коэффици­ ент пульсации &п=3%; г) питание схемы осуществляется от трех­

барит — минимальные.

Расчет выпрямителя проведем по методике, изложенной в § 11. Выбор схемы. Выбираем 12-фазную схему выпрямления, приве­ денную на рис. 3,г. Ее выбор обусловлен необходимостью получе­ ния малых габдритов и массы, что обеспечивается использованием выпрямителя без дроссельного фильтра и распределением тока на­

133

грузки по маломощным вентилям. Выбор схемы обусловлен также требованием по величине пульсации, которое может быть обеспечено без применения дополнительного фильтра. К достоинствам схемы рис. 3,в, г следует отнести также возможность применения в ней однофазных однотипных трансформаторов, что улучшает техноло­ гичность изготовления и снижает затраты, а также позволяет более простым путем, чем в других многофазных схемах, создать условия

видно, что 12-фазный выпрямитель не будет работать в первом дограничном режиме. Поскольку, кроме того, величина приведенного напряжения смещения не входит в число заданных и оценить ее в

кам диодов. Все характеристики приведены для температуры окру­ жающей среды, равной 20±10°С . Для дальнейших расчетов прини­ маем среднюю характеристику.

При использовании метода аппроксимации вольт-амперных характеристик, изложенного в § 10, верхняя точка располагается на линейном участке реальной характеристики диода. Поэтому выбор этой точки практически мало влияет на наклон аппроксимирующей прямой и при предварительном расчете, когда амплитуда тока вен-

134

тиля еще неизвестна, верхнюю точку можно выбирать ориентировоч­

ведя из нее прямую через верхнюю точку до пересечения с осью напряжений, получаем £см='1,12 в и Д£/Пр = 0,065 в, откуда гПр = = 0,065/0,3=0,217 ом.

Теперь необходимо найти ориентировочное значение сопротивле­ ния фазы трансформатора по формуле (70). Эта формула получена для трансформатора с простой первичной обмоткой. Соединение первичных обмоток в зигзаг по схеме рис. 3,г вносит некоторое из­ менение в величину эквивалентного сопротивления первичной обмот­ ки гівкв, которое необходимо предварительно оценить.

Величина Г|0КП может быть определена следующим образом. Первичные обмотки каждого из шести трансформаторов, образую­ щих 12-фазную схему выпрямления, электрически не связаны друг с другом. Напряжения основной и дополнительной первичных обмо­ ток, расположенных иа каждом трансформаторе, сдвинуты по фазе, как это видно из схемы рис. 3,г, иа 120 °, так как они питаются от разных линейных э. д. с.

Обе первичные обмотки одного трансформатора могут быть за ­ менены одной эквивалентной. Условие эквивалентности состоит в том, что эквивалентная обмотка должна создавать в сердечнике трансформатора магнитный поток такой же величины, какая созда­ ется двумя расположенными на нем обмотками.

Соответствующим расчетом может быть показано, что для полу­ чения симметричной 12-фазной схемы выпрямления напряжения на

соединены последовательно, то приложенное к ним напряжение должно относиться к напряжению эквивалентной обмотки, как 0,815+0,295=1,11 : 1. Поскольку основная и дополнительная обмотки обтекаются одинаковым током, в таком же соотношении должны находиться и сопротивления указанных обмоток, т. е. Гіэкв = 1,11 п.

Дальнейший расчет проводится в соответствии с рекомендация­ ми § 10.

■По табл. 5 находим суммарную типовую мощность трансформа­ торов схемы Ятпп г = 6 Д Тп п = 6 -1 • 0,352 • 12,6^27 в ■а, где произведе­ ние коэффициентов BubDbb принято равным единице. Мощность одно­

Учитывая требование наименьших размеров и массы выпрями­ теля, наиболее целесообразно в данной схеме использовать транс­

=0,037, А£/2= 0,03, öi = 9 а/ммЪ. Величину АСт принимаем равной 0,S8.

135

где коэффициент 1,-11 учитывает увеличение сопротивления первич­ ной обмотки вследствие использования в ней двух отдельных обмо­ ток. Действующее значение фазного напряжения найдено предвари­ тельно из табл. 5.

Принимая сопротивление внутренних соединительных проводов равным 7 мом, получаем сопротивление фазы равным /"=0,306-1- +0,007 + 0,217 = 0,53 ом и относительное внутреннее сопротивление л = 0,53/0,715=0,74.

Из графика рис. 41 определяем, что схема работает во втором коммутационном режиме, причем, если бы не учитывать напряже­ ние смещения (е = 0 ), состояние схемы соответствовало второму кри­

находим действующее значение тока фазы и амплитуду тока венти­

нованию действующее значение тока вентиля определяем из выра­ жения (73) 5 ,*в(,-)=0,82 ■0,53/5,3=0,082. Тогда по формуле (42) опре­ деляем действующее значение фазного напряжения в безразмерных единицах

к значению, ориентировочно взятому выше равным единице при оп­ ределении типовой мощности по табл. 5, согласно которой РТип= = 0,352- 1,127 - 12,6=5 в ■а.

Полученные данные позволяют приступить к конструктивному расчету трансформатора.

По (56) Ра.пр=0,217(0,82)2 + 0,35 • 1,12=0,54 аг<Рв.пр.доп=

= 1,2 вт.

Таким образом, выбранные вентили пригодны для работы в про­ ектируемом выпрямителе.

136

В заключение расчета следует отметить, что если после расчета трансформатора его сопротивление окажется несколько меньшим найденного выше, то это приведет к некоторому уменьшению пара­ метра п. Из рис. 41 видно, что с уменьшением п менее 0,7 пульса­ ция уменьшается при фиксированном е. Вместе с тем уменьшение п потребует некоторого уменьшения амплитуды э. д. с., что в свою очередь повысит значение е. Из рис. 41 видно, что при фиксиро­ ванном п увеличение е приведет к дальнейшему уменьшению пуль­ сации.

германиевые диоды типа Д305. Выбор диодов этого типа обусловлеи следующими соображениями, важными для выпрямителей весь­ ма низких напряжений. Мощность рассеяния и связанное с ней ко­ личество выделяемого тепла у германиевых вентилей значительно меньше, чем у кремниевых; к. п. д. источника с их применением выше, а его габарит и масса меньше; разброс прямой ветви харак­ теристик для одинаковых партий у германиевых вентилей в пятьшесть раз меньше, чем у кремниевых.

Основные параметры выбранных диодов следующие: допустимое

равное 0,55 в, допустимую мощность потерь можно ориентировочно считать -равной £ Ѵ п р . д о п = 0 , 55X 3= 1,65 er.

1 3 7

Дальнейший расчет ведется по статическим вольт-амперным ха­ рактеристикам, приведенным на рис. 68. Характеристики были сняты

дущем примере поправочный коэффициент, обусловленный наличием

ками на рис. 46—4S, выписываем все необходимые для расчета гтр

Учтем влияние сопротивлений других элементов. Сопротивление соединительных проводников примем равным 2—4 мом. Таким об­ разом, получим г = 0,01 +0,081 +0,004=0,095 ом.

В сопротивление общей нагрузки наряду с сопротивлением по­ лезной нагрузки R = 1,2/20=0,06 ом входят сопротивления контак­ тов в разъемах Гр, соединительных кабелей г„ и токоведущих проводников в устройствах потребителя гп. Принимая г'Р= = 1 мом и учитывая разъемы на выходе источника и входе по­

При этом напряжение нагрузки, на которое следует вести расчет, бу­

138