Температурная нестабильность выходного напряжения:

В качестве ИЭН применяем стабилитрон Д815АП, его параметры:

U_{ст ном} = 5.6 В,

U_ст = 15 %,

_ст = 0.056 %/С,

t_раб = -60…+70 С.

Температурная нестабильность выходного напряжения, вызванная температурным дрейфом стабилитрона, будет оцениваться так:

U _ст = _ст * t*U_вых / 100,

где t = t_max – t_min = 0+50 = 50 С.

U _ст = 0.056*50*10/100 = 0.28 В.

U _{вых ст}=U _ст*( R₂ +R_п +R₄ )/(R₄ +R_п )=0.28*10000/9500=0.29 В_.

Максимальную нестабильность от дрейфа входных цепей УПТ ΔU_{Вх УПТ} рассчитываем, предварительно выбрав тип операционного усилителя К574УД3.

=

=0.0013мВ;

где:

- температурный дрейф смещения нуля, = 50*10^-6 В,

- рабочий интервал температур,

I_вх – входной ток, I_вх = 500*10^-3 А,

U_см – смещение нуля, U_см = 10^-3 В,

I_{вх_t} – температурный дрейф входного тока, I_{вх_t} = 5*10^-6 А/С,

r_ст – диф-е сопротивление стабилитрона, r_ст = 200 Ом,

r_{вх упт} – вх-е сопротивление усилителя (рассматривается режим максимального выходного напряжения, т. к. при этом нестабильность имеет максимальное значение), r_{вх упт} = 10⁹ Ом.

U _{вых упт}=U _{вх упт} *( R₂ +R_п +R₄ )/(R₄ +R_п )=0.0013*10000/9500=0.0014 В_.

Максимальная температурная нестабильность делителя:

=0.046 B.

Суммарная температурная нестабильность:

U_Σ = U_r+U_{Вх УПТ} +U_{Вых ст}= 0.3373 В.

Коэффициент стабилизации:

К_ст=К_ДВН*U_ВЫХ*К_УСО/(U_ВХ*(К_е+К_пр0))

где КДВН, КУСО, Ке - коэффициенты передачи соответствующих звеньев НКСН;

h21э= h_21э1* h_21э2 = 100*50 = 5000.

КДВН = (R4+Rп)/(R4+R3+Rп) = (2700+3300)/(2700+6800+500) = 0.566.

КУСО =30000 (техническая характеристика ОУ).

К_е = rэ/(r_к^* + h_21э2*S_б) = 0.0026/(1.4+100*0.0026/(0.0026+29.6+100)) = 0.00185.

К_е - коэффициент передачи возмущения по напряжению питания на выход НКСН через мощный транзистор.

К_пр0= h21э 2*(R_н /R_см )/(1+h21э 2* R_н/ R_см)=100*(13/100) /(1+100*13/100) = 0.928.

К_пр0- коэффициент передачи возмущения по напряжению питания на выход НКСН через резистор R_см.

Коэффициент стабилизации равен:

Кст = 0.566*10*30000/(15.8*(0.928+0.00185)) = 11557.6, что удовлетворяет требованиям ТЗ.

R _вых = R _{вых рэ}/ (1+ (К_пр0 +Ке) * К_двн * К_усо);

где:

R_{вых рэ}- выходное сопротивление регулирующего элемента:

R_кэ h21э *(r э+Rз)

R_{вых рэ} =  *( 1+  ) = 10 Ом.

1+ h21э r б +(rэ +Rз)

Выходное сопротивление стабилизатора равно:

R_вых=10/(1+(0.928+0.00185)* 0.566*30000)=0.00063 Ом.

Для улучшения выходной характеристики необходим фильтр. Расчет емкости выходного конденсатора произведем, задавшись относительным выбросом выходного напряжения при скачке тока нагрузки, примерно равном 0.1 и определяющем величину выходной емкости:

Сн = 0.23*_/(*Rвых) = 0.23*31.8*10^-9 /(0.1*0.00063) = 0.12*10^-3 Ф [11];

по стандартным рядам выбираем конденсатор КМ-6-150 мкФ10%.

Защита схемы от перегрузки и КЗ:

Элементы схемы защиты от короткого замыкания на выходе выбираем следующим образом: резистор R_защ должен открывать транзистор VT3 при перегрузке напряжение насыщения транзистора:

U_БЭ  0.7 В (для кремниевых структур);

максимальный ток нагрузки I_Н = 3А;

=0.23 Ом.

Транзистор VT3 при перегрузке открывается и, шунтируя базовую цепь регулирующего транзистора, переводит его в режим стабилизации тока. Транзистор VT3 выбираем из условия: P_{К КЗ}  U_Вх∙I_Н = 10*3=30 Вт. По данному условию выбираем транзистор КТ812А.

П осле вычисления основных статистических параметров, следуя техническому заданию можно сделать вывод о достаточной приемлемости полученной схемы стабилизатора.