2. Выбор и расчет элементов электрической принципиальной схемы
2.1. Регулирующий элемент
Рассчитываем необходимый коэффициент передачи тока регулирующего транзистора. Для этого предварительно выбираем в качестве УПТ интегральный стабилизатор напряжения, который обладает коэффициентом стабилизации не меньше, чем полученным при расчете Kу1, Kу2. Задаемся величиной базового тока этого транзистора Iбрэ, не превышающей номинального выходного тока интегрального стабилизатора (50...150 мА).
Тогда:
; (24)
.
(25)
Данные для расчета формул (24-25):
;
;
;
.
,
.
Так как β<100, то не целесообразно выполнять по схеме эмиттерного повторителя.
Максимально-допустимый ток коллектора выбранного транзистора должен превышать ток нагрузки в 1,5...2 раза. Предельно-допустимое напряжение на коллекторе также должно быть выше максимального входного напряжения регулирующего элемента как минимум в 1,5 раза.
; (26)
; (27)
; (28)
. (29)
Данные для расчета формул (24-29):
;
;
;
.
,
,
,
.
На основании полученных расчетов выберем транзисторы.
Транзистор n-p-n типа 2Т845А
,
-
действительное,
-требуемое,
Транзистор n-p-n типа КТ817В
,
-
действительное,
-требуемое,
,
.
В связи с предположительно большим размером охладителя для регулирующего элемента выберем 2 транзистора n-p-n типа 2Т845А, тогда
,
-
действительное,
-требуемое,
,
.
Он имеет металлостеклянный корпус КТ-9 (ТО-3).
Внешний вид:
2.2. Усилитель постоянного тока
Основные требования к УПТ-обеспечение заданного коэффициента усиления по напряжению, а также высокой температурной стабильности этого коэффициента и положения исходной рабочей точки.
Рис. 1.Интегральный стабилизатор напряжения с n-p-n регулирующим составным транзистором.
Предварительно в качестве УПТ было намечено использовать схему интегрального стабилизатора напряжения ИСН на рис.1.
Рассмотрим, например, схему ИСН серии КРЕН1(2) и оценим возможность ее применения в качестве дифференциального УПТ.
ИСН
КРЕН1 имеет встроенный термостабилизированный
источник опорного напряжения, который
обеспечивает за счет внешнего резистора
регулирование выходного напряжения
стабилизатора от 5 до 12В. Коэффициент
стабилизации схемы не менее 50; номинальный
выходной ток 50мА.
2.2.1.Резистивный делитель r4,r5,r6.
Ток, протекающий через резистивный делитель датчика должен быть значительно больше входного тока ИСН (вход 3). Поэтому задаемся внутренним сопротивлением датчика по крайней мере на порядок меньшим, чем Rвх3:
;
.
Номинальные значения резисторов делителя находим из следующей системы уравнений:
(30)
Данные для расчета системы (30):
;
;
;
.
Рассчитаем с помощью программы Mathcad:
Приближенные значения:
R4=0,1; R5=0,1; R6=0,1;
Численный ответ:
R4=13333 Ом;
R5=26667 Ом;
R6=93333 Ом;
R10=13333 Ом;
R11=26667 Ом;
R12=93333 Ом;
После выбора стандартных номиналов резисторов находим ток, протекающий через делитель:
; (31)
. (32)
Данные для расчета формул (31-32)
;
;
,
.
Найденный ток используется для расчета рассеиваемой мощности каждым резистором делителя:
2.2.2. Расчет выходного сопротивления
Выходное сопротивление схемы компенсационного стабилизатора напряжения примерно в Kу≈Kст раз меньше, чем выходное сопротивление регулирующего элемента 1-го накала Rвыхv1 на рис.1 и у 2-го канала регулирующего элемента Rвыхv2 (см. Приложение 4).
;
(33)
(34)
,где
; (35)
; (36)
Kст=40…200 (паспортные данные);
;
; (37)
; (38)
rбv1≈ΔUбэ1/ΔIб1 (находится по входной ВАХ VT1); (40)
rбv2≈ΔUбэ2/ΔIб2 (находится по входной ВАХ VT2); (41)
; (42)
; (43)
; (44)
; (45)
Данные для расчета формул (33-39,42-45):
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
.
Расчёт
и
(40-41):
ВАХ транзистора 2Т845А
Рисунок 2.1
Возьмем значения по касательной от 0,1 до 0,3 ампер:
,
,
.
,
,
,
,
,
,
,
.