Iкумах 2...5мА.
Определяем максимальное напряжение на участке коллектор - эмиттер усилительного транзистора
Uкэу мах Uвых мах – Uст (6.11)
Uкэу мах = 15,5 – 11 = 4,5В
Определяем максимальную мощность рассеиваемую на коллекторе усилительного транзистора
Рку = Uкэу мах * Iку мах (6.12)
Рку 22,5 мВт
Выбираем транзистор КТ201В с параметрами
Uкэ=10В , Iк=20мА , Рк=150 мВт.
При питании УПТ через ТД необходимо рассчитать эмиттерный повторитель состоящий из транзистора VT2 , резисторов R3и R4 и диода VД5.
Сопротивление резистора R3 в цепи диода ТД рассчитывается по
формуле
R3= ( Uвх мин - n ˑ Uд.пр мах ) / Iд.пр мин (6.13)
Выбираем диод КД102А с параметрами
Uд.пр мах = 1В , Iд.пр.ср.мах=100мА, Iд.пр=50 мА.
R1=360 Ом.
Максимальный ток , проходящий через резистор R3 равен
I R1 MAX = (Uвх мах - nUд.пр мах ) /R3 (6.14)
I R1 MAX = 735 Ом
Максимальная мощность , рассеиваемая на резисторе R3 равна
РR3 MAX =I 2 R1 MAX ˑR3 (6.15)
РR3 MAX = 2,98 Вт
Выбираем резистор марки С-5-5.
Сопротивление резистора R4 находим по формуле
R4 = [nUд.пр мах - (0,2...0,5)] / ( Iку мах + Iбр) (6.16)
Iбр - ток базы регулирующего транзистора (принимается порядка (0,2...0,5) мА).
R4 = 90,97 Ом.
Транзистор VT2 в схеме ТД выбираем исходя из соотношений
Iк2мах = Iкумах+ Iбр (6.17)
Iк2мах = 5,15 мА
Рк2мах =Uкэ2мах ˑ Iк2мах (6.18)
Рк2мах = 0,145 Вт = 145мВт
Uкэ2мах=Uкэрмах - nUд.прмах (6.19)
Uкэ2мах = 29,3В.
Выбираем транзистор КТ501Г с параметрами
Uкэ=30В , Iк =300мА , Рк = 350мВт.
Максимальная мощность рассеиваемая на резисторе R4, равна
РR4 MAX = I2к2мах ˑ R4 (6.20)
РR4 MAX = 2,7Вт
Выбираем марку резистора R4- C-5-5 [ 9].
Определяем величину сопротивления R5
R5 Uвыхмин /IR5, (6.21)
IR5 Iкбомах =20мА , R5= 725 Ом.
Выбираем тип резистора
R5- МЛТ-0,125.
Сопротивление резистора R8 в цепи стабилитрона VD6 находим из выражения
R8 = (Uвых мин - Uст) / Iст мин (6.22)
R8 = 1181,9Ом 1,2кОм.
Необходимо найти ток IR8 MAX через стабилитрон VD6, чтобы определить максимальную мощность PR8 MAX , рассеиваемую на резисторе R8.
I R8 MAX = (Uвых мин - Uст ) / Iстмин (6.23)
I R8 MAX = 0,0038А
P R8 MAX = I^2R8 MAX * R8 (6.24)
P R8 MAX = 29 мВт.
Выбираем тип резистора
R8 - C2-23.
Для расчёта сопротивлений резисторов делителя R9,R10 и R11 задаёмся током делителя
(обычно Iд=( 5...10)мА). Далее находим общее сопротивление делителя
Rд =R9+R10+R11 =Uвых мах / Iд (6.25)
Rд =15,5 / 0,01 =1550 Ом.
Вычисляем максимальный и минимальный коэффициенты делителя
мин =Uст мин /U вых мах (6.26)
мин = 0,655
мах = Uст мах / Uвых мин (6.27)
мах = 0,794
Сопротивление резистора R11 равно
R11 = мин* Rд (6.28)
R11 = 1,1кОм
R20 = R11 ˑ (1- мах) / мин (6.29)
R20 = 320 Ом
R9 = Rд -R10 -R11 (6.30)
R9 = 215,45 Ом
Уточняем ток делителя
Iд = Uвых мах/ (R9+R10+R11) (6.31)
Iд = 10мА.
Мощности , рассеиваемые на резисторах равны
PR9 =Iд2 ˑ R9 (6.32)
PR9 = 0,022Вт
PR10 = I2 ˑR10
PR10= 0,037 Вт
PR11 = I2 ˑR11
PR11 = 0,114 Вт
По справочнику уточняем тип постоянных резисторов R10 и R11 , и тип переменного резистора R9.
R9 - СП4 - 1 , Rн = 0,125Вт
R10 - С2 - 23 , Rн = 0,062Вт
R11 – МЛТ - 0,125 , Rн = 0,125 Вт.
8. Ёмкость конденсатора С4 на выходе стабилизатора определяется по формуле
(6.33)
где h21эр - коэффициент передачи тока регулирующего транзистора ,
Rвых - выходное сопротивление стабилизатора ,
fh21бр - предельная частота коэффициента передачи тока наиболее мощного регулирующего транзистора
h21эр = 60 , hбр = 10мГц
С4 31 пФ 0,031мкФ.
Выбираем тип конденсатора
С4 - К53-1.
9. Определяем КПД стабилизатора
=Рвых / Рвх = Uвых*Iн / Uвх*Iвх = 0,35
10. Рассчитываем коэффициент стабилизации и выходное сопротивление стабилизатора по формулам
(6.34)
(6.35)
где КU p - коэффициент усиления составного регулирующего транзистора по напряжению;
KUУ -коэффициент усиления усилителя постоянного тока;
-коэффициент передачи делителя
= ( мин+ мах) / 2 = 0,73 ;
’- коэффициент , учитывающий входного сопротивления на коэффициент передачи делителя ;
n ПОСЛ - число регулирующих транзисторов включённых последовательно;
rКу - сопротивление коллектора усилительного транзистора ;
RУ ЭКВ. - эквивалентное сопротивление нагрузки усилительного транзистора ;
Sp- крутизна регулирующего транзистора ;
КU p =800
KUУ определяем по формуле
(6.36)
h21эу мин = 30 ( минимальный статический коэффициент передачи тока усилительного транзистора VT5.
(6.37)
где h21э2мин - минимальный статический коэффициент передачи тока транзистора VT2;
rк2 - сопротивление коллектора транзистора VT2;
rд.пр = 20В - прямое сопротивление диода в схеме токостабилизированного двухполюсника ТД ;
n - количество диодов в схеме ТД.
Величина сопротивления Rн.у шунтирующего выход усилителя постоянного тока , определяется по формуле
(6.38)
где h11эр - входное сопротивление регулирующего транзистора ;
Rн.мин =Uвыхмин / Iнмах=7,07Ом - минимальное сопротивление нагрузки стабилизатора;
rкр - сопротивление коллектора регулирующего транзистора;
h21эрмин - минимальный статический коэффициент передачи тока регулирующего транзистора.
Значение сопротивления
Rвх.у =2ˑh11эу + rст, (6.39)
где h11эу - входное сопротивление усилительного транзистора VT5 ;
rст = 15 Ом - дифференциальное сопротивление стабилитрона , используемого в качестве источника опорного напряжения ( VД6 ).
rку = 200 Ом , rк2 = 1500 Ом , rкр =200 Ом,
h11эр = 5 Ом , h11эу = 0,05 Ом .
Rвх.у =15,1 Ом .
Коэффициент ’- вычисляется по формуле
’= Rвх.у / [ Rвх.у+(R9+R10) ˑ R11 / (R9+R10+R11)] (6.40)
’= 0,047.
10. Крутизна регулирующего транзистора Sp рассчитывается по формуле
Sp =Iкр / Uбэр , (6.41)
где Iкр и Uбэр - приращения коллекторного тока и напряжения на участке база - эмиттер регулирующего транзистора определяются в семействах входных и выходных характеристик.
Определение крутизны регулирующего транзистора по характеристикам:
а - определение значения токов Iбр1 и Iбр2 по заданному приращению напряжения Uбэр ; б - определение Iкр , соответствующего изменению тока от Iбр1 до Iбр2 (при Uкэр = const = Uвх-Uвых)
Iкр = 0,6А , Uбэр = 0,2В.
Sp = 0,6/0,2 = 3.
Подставляем полученные данные в приведённые ранее формулы и получаем:
Rу.экв= 28911,2 Ом;
Rн.у = 110,27 Ом ;
KUУ =386,8;
Кст.расч = 589;
Rвых.расч = 0,147 Ом ( Rвых Rвых.расч).