3.2.1. Принципиальная схема ксн

Принципиальная схема КСН последовательного типа на транзисторах одинаковой проводимости приведена на рис. 11.

Рис. 11. Принципиальная схема КСН последовательного типа на транзисторах одинаковой проводимости

Регулирующим элементом является транзистор VT1, который управляется усилителем, выполненным в виде каскада с общим эмиттером на транзисторе VT2. Коллекторным сопротивлением для транзистора VT2 является резистор R3. На коллекторе транзистора VT2 должно быть напряжение больше чем U₂ на величину падения напряжения на переходе база-эмиттер транзистора VT1, поэтому питание усилителя осуществляется от дополнительного стабилизированного источника напряжения U₃. Напряжение U₃ формируется из напряжения U₄ вспомогательным параметрическим стабилизатором, выполненном на стабилитроне VD2 и резисторе R5.

Базовый ток транзистора VT1 формируется из тока резистора R4 за вычетом тока коллектора транзистора VT2

. (15)

Опорное напряжение U_ОП формируется параметрическим стабилизатором, состоящим из стабилитрона VD1 и балластного сопротивления R3. Для получения стабильного опорного напряжения параметрический стабилизатор питается от выходного стабилизированного напряжения U₂, а рабочий ток транзистора VT2, нагружающего параметрический стабилизатор опорного напряжения, выбирается значительно меньше начального тока стабилитрона VD1, создаваемого резистором R3.

«Содержание»

Датчиком напряжения является делитель напряжения из резисторов R1, R2. Ток, протекающий через делитель, выбирается в 50-100 раз больше базового тока транзистора VT2, поэтому делитель можно считать не нагруженным, а его коэффициент передачи (деления) равен .

Выходное напряжение датчика напряжения, равное , поступает на базу транзистораVT2, который одновременно является элементом сравнения. К эмиттеру транзистора подключен источник опорного напряжения, а его напряжение база-эмиттер определяется уравнением

. (16)

Из выражения (16) следует, что стабилизатор поддерживает выходное напряжение равное

, если . (17)

3.2.2. Реакция схемы КСН на отклонение выходного напряжения.

Если по каким либо причинам выходное напряжения стабилизатора U2 увеличилась, то схема отреагирует следующим образом:

Напряжение датчика напряжения, равное увеличится;

Напряжение база-эмиттер U_БЭ2 транзистора VT2 увеличится согласно уравнению (16);

Ток базы I_Б2 и, соответственно, ток коллектора I_К2 транзистора VT2 увеличатся;

Ток базы I_Б1 транзистора VT1 согласно уравнению (15) уменьшится;

Ток эмиттера уменьшится;

Выходное напряжение U₂ уменьшиться из-за уменьшения тока I₂.

3.2.3. Силовой расчет ксн

Силовой расчет подразумевает выбор и согласование параметров элементов исходя из создания необходимых токов и напряжений.

Для силового расчета должны быть заданы:

U_2НОМ – номинальное выходное напряжение;

I_2НОМ – номинальный выходной ток;

- максимальное относительное отклонение напряжения питания U₁;

q1 – коэффициент пульсаций напряжения питания U₁.

Расчет величины питающего напряжения U₁

Питающее напряжение U₁ должно быть больше напряжения U₂ в самой худшей ситуации, соответственно его номинальное значение должно быть равно или больше чем

, (18)

- минимальное напряжение РЭ (минимальное напряжение U_КЭ1 транзистора VT1, при котором он сохраняет работоспособность).

Из уравнения (18) получаем расчетное выражение для U_1НОМ

. (19)

Расчет регулирующего элемента

Схема управления КСН обычно потребляет значительно меньший ток, чем нагрузка, поэтому можно считать, что максимальный ток РЭ равен максимальному току нагрузки

. (20)

Напряжение на РЭ равно напряжению коллектор-эмиттер транзистора VT1, и в наихудшей ситуации равно

. (21)

По условиям (20), (21) выбирается транзистор VT1. Полупроводниковые приборы выбирают с некоторым запасом относительно допустимых значений параметров. Можно рекомендовать следующие критерии при выборе транзистора (транзисторов) РЭ

, ,. (22)

Базовый ток транзистора VT1

, где - минимальное значение коэффициента усиления транзистораVT1 в схеме с общим эмиттером.

Для обеспечения базового тока транзистора VT1 резистор R4 должен обладать сопротивлением

. (23)

Напряжением источника U3 задаются произвольно. Его расчет выполняется как расчет обычного параметрического стабилизатора с током нагрузки

. (24)

Расчет усилителя

В качестве транзистора VT2, на котором строится усилитель, выбирается маломощный транзистор, работающий в разгруженном режиме с допустимым коллекторным током

. (25)

Если условие не выполняется, то в регулирующем элементе надо использовать составной транзистор.

Источник опорного напряжения U_ОП рассчитывается как обычный параметрический стабилизатор напряжения. Особенностью его работы является то, что ток эмиттера транзистора VT2 добавляется к начальному току, создаваемому резистором R3. «Содержание»

Расчет датчика напряжения

Датчик напряжения выполнен в виде делителя напряжения. Ток делителя выбирается значительно больше входного тока усилителя

, тогда

. (26)

Номиналы сопротивлений R1 и R2 распределяются пропорционально коэффициенту деления датчика напряжения. Для настройки выходного напряжения КСН в датчик напряжения может встраиваться переменный резистор.