Главная страница
Навигация по странице:

  • Техническое задание

  • 1. Общие сведения об источниках вторичного электропитания ИВЭП.

  • 2. Стабилизаторы постоянного напряжения (СПН) и их параметры.

  • 3. Проектирование интегрального стабилизатора напряжения на уровне инженерного синтеза схемы. 3.1. Выбор функциональной схемы ИСН.

  • 4. Проектирование ИСН на уровне анализа и расчёта принципиальной схемы.

  • 4.3. Расчет статического режима принципиальной схемы

  • Список литературы

  • Курсовик по схемотехнике вариант 1. Пояснительная записка к курсовому проекту Проектирование интегрального стабилизатора постоянного напряжения


    НазваниеПояснительная записка к курсовому проекту Проектирование интегрального стабилизатора постоянного напряжения
    АнкорКурсовик по схемотехнике вариант 1.doc
    Дата03.05.2017
    Размер369 Kb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаКурсовик по схемотехнике вариант 1.doc
    ТипПояснительная записка
    #1733
    КатегорияЭлектротехника. Связь. Автоматика


    Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»


    кафедра САПР

    Пояснительная записка

    к курсовому проекту

    «Проектирование интегрального стабилизатора

    постоянного напряжения»

    вариант 1

    Выполнил

    ст.гр.3371

    Артемьев Ю.Г.


    Преподаватель:

    Соколов Ю.М.

    Санкт Петербург

    2005

    Содержание:

    Введение…………………………………………………………………………………………………….3

    Техническое задание………………………………………..………………………………………………3

    1. Общие сведения об ИВЭП…..……………………….…………………………….…………………..4

    2. Стабилизаторы постоянного напряжения и их параметры…………………………………….……6

    3. Проектирование ИСН на уровне инженерного синтеза схемы

      1. Выбор функциональной схемы ИСН………………………………………………………….…9

      2. Выбор основных функциональных узлов ИСН

        1. Регулирующий элемент………………………………………………………………..…11

        2. Источник опорного напряжения…………………………………………………………12

        3. Дифференциальный усилитель сигнала рассогласования……………………………..13

    1. Проектирование ИСН на уровне принципиального расчета

    функциональной схемы

      1. Выбор начального варианта схемы и его анализ………………………………………………14

      2. Корректировка принципиальной схемы, расчет цепей защиты………………………………16

      3. Расчет статического режима принципиальной схемы…..………….........................................18

    Заключение.

    Список литературы……………………………………………………………………..…………………19
    Введение
    Целью данной курсовой работы является проектирование интегрального стабилизатора напряжения (далее ИСН) для источников вторичного электропитания (далее ИВЭП).

    Вообще, ИСН представляет собой функционально законченную трехвыводную интегральную микросхему, целиком и полностью реализованную в одном кристалле кремния, размером примерно 1 кв.мм. Все элементы схемы – фрагменты этого кристалла, – которые вычленить и рассмотреть по отдельности можно только абстрактно.


    Техническое задание



    Параметры


    Обозначение

    Значение

    Номинальное выходное напряжение

    Uвых, В

    15

    Максимально допустимый ток нагрузки

    Iн.max, А

    1

    Падение напряжения вход-выход

    Uвх-вых, В

    не более 3

    Диапазон допустимых входных напряжений

    Uвх.min, В

    18

    Uвх.max, В

    30

    Ток потребления в режиме холостого хода

    Iпотр, мА

    не более 10

    Коэффициент стабилизации

    Kст

    не менее 104

    Выходное сопротивление

    Rвых, Ом

    не более 0.001

    Относительная температурная

    нестабильность выходного напряжения

    %/ C

    не более 0.01

    Коэффициент сглаживания пульсаций

    дБ

    не менее 60

    Диапазон рабочих температур

    C

    -10…+70



    1. Общие сведения об источниках вторичного электропитания ИВЭП.

    ИВЭП, как правило, преобразуют напряжение сети переменное нестабилизированное Uс = 220 В ± 10% с частотой fс = 50 Гц в напряжение с малой пульсацией Uвых = 15 В ± 0.1%.

    Это обусловлено тем, что большинство электронных устройств и приборов питается от стабилизированного постоянного напряжения.

    Традиционная структура ИВЭП.





    1. силовой понижающий трансформатор, преобразующий высоковольтное переменное напряжение в низковольтное переменное напряжение;

    2. выпрямитель и фильтр, преобразующие низковольтное переменное напряжение в низковольтное постоянное напряжение со сравнительно большой пульсацией.

    3. – стабилизатор постоянного напряжения, стабилизирующий выходное напряжение при изменении напряжения сети и тока нагрузки ИВЭП.

    Основной недостаток  большие габариты и вес силового понижающего трансформатора, что обусловлено его работой на низкой частоте (50 Гц)

    От этого недостатка свободна другая структура ИВЭП (перспективная):


    1 – входной выпрямитель и фильтр (например, диодный мостик с конденсатором на выходе). Преобразует высокое переменное напряжение в высокое постоянное напряжение с некоторой пульсацией.

    2 – преобразователь напряжения. Преобразует высокое постоянное напряжение

    200-300 В в низкое переменное напряжение, как правило, сигнал периодический прямоугольной формы.

    3 – выходной выпрямитель и фильтр.

    4 – выходной стабилизатор (во многих случаях интегральный). Используется для уменьшения выходного сопротивления.
    Иногда преобразователь напряжения выполняет и функцию стабилизации напряжения. В перспективной структуре также имеется силовой понижающий трансформатор (преобразователь напряжения), но он работает на частоте коммутации fk в сотни и тысячи раз большей частоты сети (fk мы выбираем сами), поэтому силовой трансформатор в перспективной структуре ИВЭП будет иметь в десятки раз меньшие массогабаритные характеристики по сравнению с традиционной структурой ИВЭП. Таким образом, двойное преобразование напряжения из переменного в постоянное в перспективной структуре необходимо для того, чтобы силовой понижающий трансформатор работал на высокой частоте коммутации fk. При этом весь ИВЭП имеет малые габариты и вес.

    2. Стабилизаторы постоянного напряжения (СПН) и их параметры.

    СПН – электронное устройство, стабилизирующее напряжение Uвых при изменении в широких пределах входного напряжения Uвх и тока нагрузки Iн.

    Uвх и Uвых оба постоянные, т.е. не меняют свой знак, только Uвх нестабильное, а Uвых – стабильное. Нестабильность Uвх в основном обусловлена нестабильностью сети (±10 %), а нестабильность тока нагрузки Iн обусловлена изменением нагрузки Rн в процессе эксплуатации электронного устройства, подключенного к выходу стабилизатора. Стабилизатор должен поддерживать выходное напряжение с заданной точностью при изменении тока нагрузки Iн от 0 до Iн.макс.,

    где Iн.макс., А – максимальный ток нагрузки.



    Кст – коэффициент стабилизации.

    Если рассматривать стабилизатор, как четырехполюсник, то Ku – коэффициент передачи по напряжению.



    Rвых – выходное сопротивление стабилизатора.



    αT – [ %/C ] – относительная температурная нестабильность выходного напряжения.
    Параметры идеального стабилизатора.
    Uвых -> const

    Iн.макс. -> ∞

    Kст -> ∞

    Ku -> 0

    В плане параметров Kст и Ku стабилизатор дуален усилителю. Усилитель (идеальный) действительно должен увеличивать входной сигнал, а идеальный стабилизатор напряжения должен ослаблять сигнал, воспринимая его как нестабильность. В плане параметра Rвых идеальный стабилизатор напряжения дуален идеальному стабилизатору тока, для которого Rвых -> ∞, aT -> 0.

    СН подразделяются на:

    1. параметрические (η=0,2-0,4; Iн.макс=10-100 мА): Их действие основано на нелинейности кремниевых стабилитронов или диодов.

    2. компенсационные непрерывные (η=0,6-0,8; Iн.макс= сотни мА) : Их действие основано на общей отрицательной обратной связи (ООС), стабилизирующей напряжение на выходе СН. Регулирующий элемент (РЭ) в этих СН работает в непрерывном (активном) режиме, поэтому на нем рассеивается достаточно большая мощность.

    3. импульсные (η=0,9-0,97; Iн.макс= единицы-десятки мА): В этих СН РЭ работает в ключевом режиме, поэтому на нем рассеивается небольшая мощность. Напряжение на выходе поддерживается постоянным за счет вариации относительной длительности включения и отключения состояния РЭ.

    Импульсные стабилизаторы напряжения.


    В ИСН регулирующий элемент- транзистор, работающий в ключевом режиме, поэтому на нем рассеивается малая мощность, а, следовательно, стабилизатор имеет высокое КПД (90-97 %).

    Следовательно, ИС используются на большие токи нагрузки (Iн.макс. = 1-10 А).

    Неизменное напряжение и мощность на выходе ИС поддерживаются за счет вариации входного напряжения и, соответственно, относительной длительности вкл./выкл. состояния стабилизатора.

    1.


    2.


    3.




    4.



    1.Принципиальная схема;

    2. Функциональная схема;

    3. Характеристика передачи компаратора;

    4. Временные диаграммы;
    Функциональный состав:

    РЭ - регулирующий элемент VT3;

    ИФ - импульсный фильтр L1,VD3,C2;

    Ф - дополнительный фильтр R7,R8,C1;

    ИОН- источник опорного напряжения стабилитрон VT2;

    Компаратор (сх. сравнения ) с дистирезисной характеристикой передачи DA1,R2,R3;

    У- ключевой усилитель VT1,VT2,R4,R5,R6;

    3. Проектирование интегрального стабилизатора напряжения на уровне инженерного синтеза схемы.
    3.1. Выбор функциональной схемы ИСН.

    ИСН - как правило, компенсационные непрерывные СН. Напряжение на его выходе поддерживается постоянным за счет действия общей отрицательной обратной связи (далее ООС). Обычно, они строятся на основе последовательного включения РЭ по отношению к нагрузке, так как такое выполнение позволяет реализовать высокий КПД (η=0,6-0,8) и получить хорошие стабилизирующие свойства микроэлектронных устройств. На начальном этапе проектирования ИСН рассмотрим следующую функциональную схему:

    Функциональный состав схемы:

    РЭ – регулирующий элемент;

    ДУ – дифференциальный усилитель сигнала рассогласования;

    ИОН – источник опорного напряжения;

    R1, R2 – делитель выходного напряжения;

    Rнэквивалентное сопротивление нагрузки;
    Силовой ток нагрузки течет по цепи: + у входа, КЭ транзистора VT1 РЭ, сопротивление нагрузки Rн, общая шина. Толька эта цепь в стабилизаторе сильноточная (А). Все остальные цепи слаботочные (единицы и доли A).

    В данной функциональной схеме ИСН имеется общая ООС, стабилизирующая выходное напряжение. Предположим, под действием дестабилизирующих факторов на выходе появилось положительное приращение напряжения (большой плюс), это приращение через делитель напряжения поступает на инвертирующий вход ДУ, на выходе которого имеем больший минус. Затем на выходе РЭ будем иметь также больший минус (РЭ фазу не инвертирует, так как представляет собой последовательное соединение двух транзисторов, включенных по схеме с общим коллектором). Это отрицательное приращение возвращается на выход ИСН, компенсируя, положительное первоначальное приращение.
    Расчёт сопротивлений резисторов
    Дано:

    Uвых=15 В;

    Iн.макс=1 А;
    Rн.мин = Uвых/Iн.макс= 15 Ом.
    Расчёт делителя R1, R2:
    Дано:

    Uвых=15 В;

    Uоп= 1.2 В (ИОН формирует на выходе низковольтное постоянное стабилизированное температурно-компенсированное напряжение);

    Предполагаем, что ДУ – идеальный, тогда:

    Iвх= 0; Uсм= 0, тогда UR2= Uоп=1,2, при этом задаёмся током делителя напряжения: Iдел= IR1= IR2= 2 мА, т. к. Iвх в ДУ равняется 0.

    R1= (Uвых - U R2)/ IR1=6.9 кОм.

    R2 = (Uоп + Uсм)/ IR2= 0.6 кОм;
    Окончательно выбираем функциональную схему, представленную на рис.:


    Эта схема, в основном, полностью совпадает со схемой, рассмотренной выше, только в ней введены дополнительные узлы:

    УЗСР – узел задания статического режима;

    ИТ – источник тока для питания входа РЭ;

    Сн – конденсатор на выходе для дополнительной фильтрации выходного напряжения.


    3.2. Выбор основных функциональных узлов ИСН

    3.2.1. Регулирующий элемент.



    В качестве регулирующего элемента выбираем составной транзистор, представляющий собой каскадное соединение двух транзисторов с общим коллектором,



    поскольку он имеет значительно больший коэффициент передачи по току Ki приблизительно равный ß1*ß2 по сравнению с одиночным. ß1, ß2 – коэффициенты усиления по току транзисторов VT1 и VT2. При этом:

    Iн.макс. = 1 А, пусть ß1 = 50, ß2 = 100;

    при испытании в качестве РЭ составного транзистора имеем:

    Iвх.рэ = Iн.макс./( ß1*ß2) = 0,2 мА.

    Т.к. вход РЭ подключен к выходу ДУ и ИТ, то мы можем проектировать их на токи в доли – единицы мА и все остальные, кроме рассмотренной выше амперной цепи, сделать слаботочными.

    Если же в качестве РЭ испытываем одиночный транзистор, то получим:

    Iвх.рэ = Iн.макс./ ß1 = 1/50 = 20 мА. В этом случае мы вынуждены проектировать ДУ и ИТ более сильноточными – на десятки – сотни мА.

    3.2.2. Источник опорного напряжения



    В качестве ИОН выбираем схему:


    Источник опорного напряжения реализует на выходе постоянное низковольтное стабилизированное напряжение Uоп = 1,2 В. ИОН питается с выхода стабилизатора.

    Механизм температурной компенсации напряжения Uоп (напряжение на выходе ИОН):
    Uоп = Uэб3 + UR2; Iб  0; В дальнейших расчётах IЭ  IК, тогда UR2 (Uэб1-Uэб2)R2/R3=R2/R3Uэб; Uоп = Uэб3+R2/R3Uэб.

    Из физики транзистора известно, что с ростом температуры, напряжение эмиттер-база при постоянном токе эмиттера уменьшается с температурным коэффициентом –2мВ/ºC, а разница напряжений эмиттер-база двух транзисторов Uэб с ростом температуры всегда возрастает с постоянным коэффициентом, тогда из соотношения Uоп = Uэб3+R2/R3Uэб очевидно, что при соответствующем выборе сопротивлений R2 и R3 осуществляется полная температурная компенсация напряжения Uоп  1,2.
    Статический режим:

    IR1=0,6 мА, IR2=IR3=0,06 мА, IR5=1,4мА, IR4=0.3 мА

    Параметры:

    Uоп=1,2 В, Uвых=15 В

    Допущения:

    Uэб=0,6 В, Iб=0, Iэ= Iк

    Определяем сопротивление всех транзисторов:

    Iэ4= IR5- IR1- IR2- IR4 = 1,4-0,6-0,06-0,3 = 0,44 мА

    R5= (Uвых- Uоп)/ IR5 = (15-1,2)/(1.4*10-3) = 9.9 кОм

    R1=(Uоп- Uэб1)/ IR1=(1,2-0,6)/(0,6*10-3)=1 кОм

    R2= (Uоп- Uэб3)/ IR2=(1,2-0,6)/(0,06*10-3)=10 кОм

    R4= Uэб4/ IR4=0,6/(0.3*10-3)=2 кОм

    При определении сопротивления R3 допущение, что все Uэб=0,6 В является грубым, поскольку при этом из левого нижнего контура получается, что UR3=0. Здесь режим задается на разнице напряжений двух транзисторов Uэб.
    При расчете R3 воспользуемся уравнением для идеального p-n перехода:
    IЭБО* ,

    где Uэб φТ * ln IЭ/IЭБО

    IЭБО - начальный ток эмиттерного перехода,

    φТ - температурный потенциал;

    φТ = 26 мВ при t = C
    Исходя из того, что вся схема реализуется в одном кристалле, все транзисторы идентичны по характеристикам, следовательно, уместно допущение: IЭБО1 IЭБО2 и получим итоговое выражение для R3:

    R3=( Uэб1 - IЭБО2 )/ Iэ2 = 1/ Iэ2 Т * ln IЭ1/IЭБО1 - φТ * ln IЭ2/IЭБО2 ) =

    = φТ / IЭ2 * ln IЭ1/IЭ2 φТ/ IR2 * ln IR1/IR2

    R3 φТ/ IR2 * ln IR1/IR2 = 1 кОм

    3.2.3. Дифференциальный усилитель сигнала рассогласования



    ДУ выбираем из банка схемных решений, с учетом соотношений:

    Ku.ДУ ≈ 2 Kст = 2*104, где Kст = 104 – коэффициент стабилизации ИСН

    Rвых.ДУ ≈ 1,5*107*Rвых= 1,5*104 = 15 кОм.

    В реальном стабилизаторе, чем больше коэффициент усиления ДУ, тем больше петлевое усиление системы обратной связи и тем больше коэффициент стабилизации всего стабилизатора, что есть хорошо; чем меньше выходное сопротивление ДУ, тем меньше выходное сопротивление всего стабилизатора, что также хорошо поэтому выбираем усилитель с параметрами:

    Ku.ДУ  2*104,

    Rвых.ДУ 15 кОм.



    ДУ имеет два входа и один выход, причем инвертирующий вход (Вх.1) подключается к выходу делителя выходного напряжения, а не инвертирующий вход (Вх.2) соединяется с выходом ИОН. К выходу ДУ подключается вход РЭ.

    VT5, VT11 – цепь параллельного баланса,

    VT3, VT9 – активная нагрузка

    VT13, VT14 – эмиттерный повторитель

    VT2, VT8, R1 и VT1, VT6 – источники тока
    Введение в ДУ активной нагрузки и эмиттерного повторителя, а также реализация ДУ по схеме каскадного усилителя VT10, VT11, позволяет значительно повысить коэффициент передачи усилителя по напряжению KU.ДУ при сохранении невысокого выходного сопротивления.
    Статический режим:

    Iэ1= Iэ2= Iэ6=1,8 мА,

    Iэ3=Iэ4=Iэ5=Iэ7=Iэ9=Iэ10=Iэ11=Iэ12=Iэ13=0,3 мА,

    Iэ8=Iэ14=0,6 мА.

    Параметры:

    Ku.ДУ =(0,6..1)*105;

    Rвых.ДУ=10..20 кОм.

    R1= 0,05 кОм.

    4. Проектирование ИСН на уровне анализа и расчёта принципиальной схемы.

    4.1. Выбор начального варианта схемы и ее анализ



    Если функциональную схему стабилизатора раскрыть на схемотехническом уровне, то есть в качестве РЭ, ДУ, ИОН подставить выбранные выше схемы, а также раскрыть на схемотехническом уровне ИТ и УЗСР и ввести дополнительные функциональные узлы (цепи защиты и коррекции), то получим полную принципиальную схему стабилизатора:



    Функциональный состав схемы:

    РЭ – VT19, VT20, R9;

    ДУ сигнала рассогласования – VT4-VT14, VD3, R3;

    ИОН – VT15-VT18, R4-R8;

    Делитель выходного напряжения – R10, R11;

    УЗСР – VT2, VD1, VD2, R1, R2; (VD1 – стабилитрон, UVD1=6.3 В); ИТ – VT1, VT3;
    Стабилизация напряжения на выходе ИСН осуществляется за счет действия цепи общей ООС:

    выход – R10 – б, к VT10 – э, к VT8 – б, э VT13 – б, э VT14 – б, э VT19 – б, э VT20 – выход.
    Расчет сопротивлений резисторов УЗСР:

    IVD1=0,1 мА,

    Iэ2=1,8 мА,

    Uвх.макс. = 30 В;

    R1 = (Uвх.макс. - UVD1)/ IVD1=(30-6,3)/(0,1*10-3)=237 кОм

    R2 = (UVD1- Uэб2-UVD2)/ Iэ2=(6,3-0,6-0,6)/(1,8*10-3)=2,8 кОм.

    Оценка энергетических характеристик системы:

    Схема позволяет обеспечить максимальный ток в нагрузке (Iн.макс=1 А). Рассмотрим максимальный входной ток РЭ:

    Iвх.РЭ.макс= Iн.макс/(β19β20)=1,5/(50*100)=0,3 мА.

    Этот ток меньше рабочего тока выходного транзистора VT14 ДУ (0.6 мА), следовательно, режим этого транзистора выбран правильно.

    Оценим максимальную мощность рассеивания на стабилизаторе. Эта мощность в основном рассеивается на транзисторе VT20 при его работе в наиболее тяжелом энергетическом режиме. Если в ИСН ввести цепь защиты, ограничивающую выходной ток стабилизатора на уровне 1,2 А при коротком замыкании выхода на общую шину, то максимальная мощность, рассеивающаяся на VT20:

    Pк20.макс= Iк*Uкэ= Iн.кз*Uвх.макс=1.2*30=36 Вт,

    что нежелательно по конструктивным соображениям, так как требуется теплоотвод с большой площадью поверхности. Следовательно, для ИСН необходимо ввести цепь токовой защиты и защиты по мощности. Тогда

    Pк20.макс=(Uвх.макс- Uвых)*Iн.п=(30-15)*1.2=18 Вт,

    при этом габариты внешнего теплоотвода не будут чрезмерно большими.


    4.2. Корректировка принципиальной схемы, расчёт цепей защиты



    Если в вышерассмотренную схему стабилизатора ввести дополнительно цепь тепловой защиты, цепь токовой защиты и защиты по мощности, цепь коррекции, то получим окончательный вариант проектируемого ИСН: см. чертеж


    Функциональный состав схемы:

    РЭ – VT22, VT23, R14;

    ДН – R16, R17;

    ИОН – VT17-VT20, R7-R11;

    ДУ – VT6-VT16, R5;

    ИТ – VT1, VT5;

    УЗСР – R1-R3, VD1, VD2, VT2;

    Цепь тепловой защиты – R2-R4, VT3, VT4;

    Цепь токовой защиты и защиты по мощности – R12, R13, R15, VT21, VD4;

    Цепь коррекции – C1, R6.


    Рассмотрим работу цепи защиты по току R12, R13, R15, VT21, VD4:

    Силовой ток нагрузки течет по цепи: вход – к, э VT23 – R15 – цепь нагрузки – общая шина. Сопротивление резистора R15 выбрано так, что UVT21=Iн.макс*R15, т.е. рабочая точка VT21 находится в зоне нечувствительности (точка А кривой 1 входной характеристики биполярного транзистора на рис. ). Тогда при максимальном и меньших токах нагрузки элементы VT21, VD4, R12, R13, R15 практически не влияют на работу ИСН, так как в соответствии с входной характеристикой VT21 обесточен. Если ток нагрузки на 20-40% превышает Iн.макс, то транзистор VT21 входит в активный режим (точка А2 кривой 1 на рис.), появляется ток в его коллекторной цепи, и коллекторный ток VT5 начинает течь в коллектор VT21 вместо базы VT22, что приводит к ограничению базового тока VT22 РЭ, а следовательно и весь ток нагрузки на уровне: Iн.п= UVT21/R15 . Введение в схему элементов R12, VD4, R13 позволяет реализовать цепь защиты с уменьшением выходного тока при коротком замыкании выхода ИСН на общую шину. В режиме короткого замыкания значительно возрастает напряжение коллектор-эмиттер VT23, стабилитрон VD4 входит в режим стабилизации, появляется ток в цепи R12, VD4, увеличивается падение напряжения на R13, что приводит к уменьшению тока нагрузки ИСН. Таким образом, при срабатывании цепи токовой защиты включается контур местной ООС, ограничивающий ток нагрузки ИСН.

    Расчет сопротивлений резисторов цепи токовой защиты:

    Iн.п = 1,2 А, PИСН.кз = 12,5 Вт, IR12 = 2 мА, Uвх.макс = 30 В;

    Iн.кз = PИСН.кз/ Uвх.макс = 18/30 = 0,6 А,

    R15 = Uэб21/ Iн.п = 0,6/1,2 = 0,5 Ом,

    R12 = (Uвх.макс -UVD4-Uэб21)/IR12 = (30-6.3-0,6)/(2*10-3) = 12 кОм,

    R13 = (Uэб21- Iн.кз*R15)/IR12 = (0,6-0,6*0,5)/(2*10-3) = 150 Ом.
    Цепь тепловой защиты R2-R4, VT3, VT4 функционирует следующим образом:

    В качестве температурно-чувствительного элемента в цепи тепловой защиты выбирается переход эмиттер-база VT3. При нормальной температуре кристалла (T=20°C) UR2=UэбVT3 выбирается таким, чтобы рабочая точка VT3 лежала в зоне нечувствительности (точка А на рис. ), тогда VT3 и связанный с ним VT4 не будут влиять на работу схемы ИСН, так как будут практически полностью обесточены. При температуре кристалла, близкой к предельной (150°С), напряжение UR2 практически не изменится, но VT3 войдет в активный режим (точка А1 на рис.), так как с ростом температуры входная характеристика биполярного транзистора сдвигается в сторону оси ординат. При этом появляются эмиттерный и коллекторный токи VT3, следовательно, возникает падение напряжения на R4, которое открывает VT4. Появляются эмиттерный и коллекторный токи VT4, и весь коллекторный ток VT5 течет в цепь коллектора VT4 вместо базы VT22, следовательно, обесточивается РЭ. С РЭ снимается большая мощность, разогревающая кристалл изнутри.
    Расчет сопротивлений резисторов цепи тепловой защиты и УЗСР:

    Uэб3 = Uэб4 = 0,4 В;

    Iэ2 = 1,8 мА, Iэ3 = 0,1мА;

    R2= Uэб3/Iэ2=0,4/(1,8*10-3)=220 Ом

    R3+R2=2,8 кОм (см. п. 4.1.)

    R3=2,6 кОм

    R4= Uэб4/Iэ3=0,4/(10-4)=4 кОм.
    Корректирующая цепь C1, R6 предназначена для обеспечения устойчивости ИСН. Она подключается к наиболее высокому узлу ИСН по отношению к общей шине (база VT15), что позволяет сформировать желаемую частотную характеристику ИСН при сравнительно небольшой емкости С1. Если её исключить, то на выходе стабилизатора могут возникнуть незатухающие колебания.

    Параметры: C1=200 пФ, R6=1 кОм.
    4.3. Расчет статического режима принципиальной схемы
    Расчёт статического режима принципиальной схемы заключается в определении потенциалов всех узлов и токов всех ветвей. Потенциалы узлов и токи ветвей приведены на копии чертежа.

    Потенциалы в схеме определяются следующим образом:

    Можно пользоваться базовыми потенциалами:

    1) напряжение общей шины 0 В;

    2) входное напряжение Uвх = (Uвх.мин + Uвх.макс)/2 = ( 18 + 30) /2 = 24 В;

    3) падение напряжения на интегральном стабилитроне UVD1 = UбVT2 ≈ 6.3 В;

    4) напряжение на выходе ИОН UОП = UбVT11 ≈ 1.2 В;

    5)Uвых = 15 В;

    Падение напряжения на диоде в прямом направлении Uд ≈ 0.6 В,

    напряжение эмиттер-база Uэб≈0.6 В.
    Пример определения потенциалов:

    1) коллектора VT11: Uк11 = Uвых - Uэб=15-0.6=14.4 В;

    2) базы VT3: Uб3= UVD1- Uэб- Uэб = 5.1 В.
    1. Токи через резисторы определяются через потенциалы узлов:

    IR =│Uа-Uб│/R ;
    2. Токи в ИОН определены в п. 3.2.2.

    IR1=0,6 мА,

    IR2=IR3=0,06 мА,

    IR4=1,4 мА,

    IR5=0,3 мА;

    токи в ДУ определены в п.3.2.3.

    Iэ1= Iэ5=1,8 мА,

    Iэ6 = Iэ9 = Iэ11 = Iэ7 = Iэ10 = Iэ12 = Iэ14 = Iэ15 = Iэ8 = 0,3 мА,

    Iэ13 = Iэ16 = 0,6 мА;

    токи в РЭ определяются следующим образом:

    Iэ23 ≈ IR15 ≈ Iн.макс=1 А;

    Iб23 ≈ Iэ23/β23 = 1/50 = 20 мА;

    IR14 ≈ 2*Uэб/R14 = 2*0,6/0,5 = 2,4 мА;

    Iэ22 ≈ Iб23 + IR14 = 20 + 2,4 = 22,4 мА;

    Iб22 ≈ Iэ22/β22 = 22,4/100 = 0,224 мА;

    Iэ16 = 0,6 - Iб22 = 0,6 - 0,224 = 0,376 мА.

    Заключение:

    В ходе выполнения курсовой работы был спроектирован интегральный стабилизатор напряжения для источников вторичного электропитания в соответствии с требованиями технического задания.
    Список литературы:

    1. Автоматизированное проектирование микросхем для вторичных источников питания - /под ред. Анисимова, Анисимов В.И., Соколов Ю.М., Дмитревич Г.Д. - учебное пособие, СПб.: ЛЭТИ, 1986, 63 с., ил.

    2. Искусство схемотехники - /Хоровиц П., Хилл У. - Пер. с англ. – изд.6-е. – М.: Мир, 2003. – 704 с., ил.

    3. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы - /Якубовский С.В., Ниссельсон Л.И., и др. – Справочник. – М.: Радио и связь, 1989. – 496 с., ил.


    написать администратору сайта