Автор работы ________________________________ Е.М.Кузенков
(подпись)
Специальность 140106 Энергообеспечение предприятий
Обозначение работы РР-02069964-140106-09-13
Руководитель работы _________________________________А.В.Макевнин
(подпись)
Саранск
Расчет параметрического стабилизатора
Вариант 9
Задание: Расчитать элементы схемы параметрического стабилизатора, работающего на нагрузку Rн = 9100 Ом, который при подаче на вход системы напряжения Uвх = 200 В обеспечивает на выходе схемы постоянное напряжение Uвых = Uн = 180 В с нестабильностью KнсU = 5 %. Рабочий диапазон температур –20 0С – + 40 0С.
Решение: Составим схему стабилизатора (приведена на рис. 1), и по данному значению Uн подберем подходящий стабилитрон (Uст = Uн = 180 В).
Рисунок 1. Схема стабилизатора
Наиболее подходящий стабилитрон среди стабилитронов - 2С980А. Его параметры:
rдин , Ом
Uст min, В
Uст max, В
Uст ном, В
Iст min, мА
Iст max, мА
Iст ном, мА
+ A u ст , %/°С
2,5
0,16
Определим величину: Rб.
,
где .
Выбираем стандартное значение из ряда E-24: Rб = 470Ом.
Вычислим пределы допустимого входного напряжения, при котором ток и напряжения на стабилитроне не выходят за рамки допустимого.
;
где ;
;
где .
Вычислим коэффициент стабилизации. По определению коэффициент стабилизации это:
.
Считая, что ток через при изменении входного напряжения выходное изменяется мало, а значит и ток через нагрузку почти не меняется, т.е.:
;
можно прийти к такому выражению:
.
Берем номинальные значения тока и напряжения стабилизации.
Видно, что коэффициент стабилизации получился очень маленьким. Это объясняется тем, что разница между входным током и током стабилизации мала (всего 3В), а это есть падение напряжения на Rб, по данной формуле оно прямопропорционально Кст. Но маленькое значение Rб способствует увеличению КПД стабилизатора, так как на нем идет большая потеря энергии.
Вычислим КПД:
.
Как и предполагалось значение КПД получилось очень большим для параметрического стабилизатора.
Определим характеристику ВХОД-ВЫХОД напряжения для данной схемы. Для этого нужно построить эквивалентные схемы замещения для каждого рабочего участка стабилитрона (всего схемы – 2 : для участка где стабилитрон работает как закрытый ключ (Rобр – велико) и для участка электрического пробоя стабилитрона, который характеризуется малым динамическим сопротивлением rдин).
Первый участок: В данной схеме Rобр находим из справочных данных стабилитрона, линейно аппроксимируя первый участок ВАХ.
Рисунок 2
Зная все параметры данной схемы, мы можем найти Коэффициент передачи. Так как источник питания один в данной схеме, то для него коэффициент передачи будет такой:
;
значит:
.
Второй участок: На втором участке уже 2 источника питания. Пользуясь принципом суперпозиции найдем коэффициенты передачи для каждого из них. (Второй источник, как идеальный т.е. не имеющий внутреннего сопротивления, закорачивается).
Рисунок 3
Для внешнего источника (Uвх) имеем:
.
Для источника Uст получается:
.
Тогда искомая зависимость будет выглядеть так:
(*).
Найдем точку пересечения полученных прямых. Выразим из первого уравнения Uвх
;
подставим во второе уравнение:
В;
тогда
В.
График приведен ниже.
Рисунок 4
По данному графику определяем Uвх.пор = 191,25В. Ему соответствует значение: Uвых.нор = 180,61В.
Для Uвх. max = 221,38В соответствует значение:
Uвых. мах = 0,313 ∙ 221,38 + 120,62= 190 В.
А для Uвх.ном = 200В:
Uвых ном = 0,313 ∙ 200 + 120,62 = 183,35В;
190 – 180,61 = 9,45 В;
221,38 – 191,25 = 30,13В.
Тогда можно найти уточненный коэффициент стабилизации:
.
Он стал немного больше но интервал напряжений как входного, так и выходного снизился. Это связано с линейной аппроксимацией.
Можно найти входное и выходное сопротивление стабилизатора в рабочем диапазоне напряжений (т.е. используя последнюю эквивалентную схему замещения):
;
.
Рассмотрим температурные влияния на схему.
С учетом температурного влияния уравнение (*) в дифференциальной форме примет такой вид:
,
где 220 ∙ 0,0255 = 5,61, а подставив все данные получаем:
,
.
;
;
;
.
.
;
.
.
;
.
.
.
(*).
;
В;
В.
190 – 180,61 = 9,45 В;
221,38 – 191,25 = 30,13В.
.
;
.
,
220 ∙ 0,0255 = 5,61, а 
подставив все данные получаем:
0,313 ∙30,13 + 0,67 ∙(5,61 + 0,0016 ∙ 180 ∙ 20) = 17 В.
= 180 + 0,0016∙20∙180 = 185,76В;
=
.