Регульований компенсаційний стабілізатор напруги

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Інститут автоматики, електроніки та комп’ютерних систем управління

Кафедра метрології та промислової автоматики

РЕГУЛЬОВАНИЙ КОМПЕНСАЦІЙНИЙ СТАБІЛІЗАТОР НАПРУГИ

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни “Основи електроніки”

Курсовий проект допущений до захисту

Керівник

к.т.н., доц. Шабатура Ю.В.

Нормоконтролер

ас. Ігнатенко О.Г.

Курсовий проект захищений з оцінкою

Керівник

к.т.н., доц. Шабатура Ю.В.

Студент гр. 1АМ-01

Баковська Н.О.

Вінниця 2003

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Кафедра метрології та промислової автоматики

ЗАВДАННЯ

на курсовий проект

з дисципліни “Основи електроніки ”

Група
1АМ-01
Студент
Баковська Н.О.

Дата видання
17.09.03
Дата виконання
_____________

Затверджена на засіданні кафедри МПА

Протокол №
2
від
16.09
2003р.

Назва курсового проекту
“Регульований компенсаційний стабілізатор напруги”

Вихідні дані
Номінальна вихідна напруга Uн
, В 15

Номінальний струм навантаження Ін
, А 5

Коефіцієнт пульсацій Кп
, % 0,01

Коефіцієнт стабілізації Кст
100

Зміст графічної частини
Креслення схем на форматі А4

Зміст розрахунково-

пояснювальної записки
Завдання, вступ, теоретичні відомості, розрахункова частина, висновки, література.

Завдання отримав
___________________
Баковська Н.О.

Керівник

курсового проекту:
________________ к.т.н., доц. Шабатура Ю.В.

підпис

Зміст

Анотація

Вступ

1 Огляд і аналіз джерел живлення

1.1 Мікросхемні стабілізатори напруги широкого використання

1.2 Інтегральні стабілізатори напруги широкого використання

2 Вибір і аналіз структурної схеми

3 Розробка принципової електричної схеми

4 Розрахунок схеми електричної принципової

4.1 Вихідні дані для розрахунку

4.2 Розрахунок схеми компенсаційного стабілізатора

4.3 Розрахунок схеми захисту компенсаційного стабілізатора від перевантаження

4.4 Розробка схеми компенсаційного стабілізатора напруги на базі ІМС

5 Аналіз і оцінка помилок

Висновок

Список використаної літератури

Анотація

В даному курсовому проекті розглядається регульований компенсаційний стабілізатор напруги. В пояснювальній записці описуються стабілізатори напруги, їх призначення, розглядається сфера їх застосування. Далі проводиться розрахунок схеми електричної принципової, в тому числі розрахунок схеми компенсаційного стабілізатора, розрахунок схеми захисту компенсаційного стабілізатора від перевантаження. В додатках надається схема електрична принципова компенсаційного стабілізатора напруги, схема захисту компенсаційного стабілізатора від перевантаження та схема компенсаційного стабілізатора напруги на базі ІМС.

Вступ

На сьогоднішній день з'являються усе більш складні електронні системи, що використовують як елементну базу новітні напівпровідникові прилади й інтегральні мікросхеми з високим ступенем інтеграції.

Успішний розвиток науки і техніки в рамках жорстокої конкуренції багато в чому обумовлений успіхами електроніки. Важко собі представити яку-небудь галузь виробництва, у якій би в тій або іншій мірі не використовувалися електронні прилади або електронні пристрої автоматики.

Невід'ємною частиною багатьох радіоелектронних і електронних пристроїв є стабілізатори постійної напруги. В одних пристроях вони використовуються як високостабільні джерела живлення, що забезпечують необхідну надійність роботи, в інших - не тільки як джерела живлення, але і як джерела еталонної (зразкової) напруги. Зразкова напруга необхідна в багатьох системах авторегулювання і телеметрії, вимірювальних схемах, схемах перетворення безперервних величин у дискретну форму, у схемах електричного моделювання.

Розвиток напівпровідникової техніки дав можливість одержати прості високостабільні джерела зразкової напруги практично будь-якої потужності.

Напівпровідникові стабілізатори можуть також використовуватися замість акумуляторних і сухих батарей у вимірювальних і повірочних лабораторіях.

Найбільш характерною рисою подальшого науково-технічного прогресу в нашій країні є перехід до цілком автоматизованого виробництва на базі використання електронної техніки.

1. Огляд і аналіз джерел живлення

Основним джерелом живлення електронних пристроїв у даний час є випрямляючі пристрої, що перетворюють змінний струм у струм одного напрямку, який називають випрямленим. Постійна напруга або струм, одержувані від випрямлячів, з різних причин можуть змінюватися, що може порушити нормальну роботу різних пристроїв, живлення яких здійснюється від випрямних пристроїв. Основними причинами нестабільності є зміна напруги мережі і зміна струму навантаження. Для забезпечення постійної напруги на опорі навантаження застосовують стабілізатори напруги.

Стабільність напруги є необхідною умовою правильної роботи багатьох електронних пристроїв. Для стабілізації напруги на навантаженні при коливаннях напруги мережі між електричною мережею і навантаженням ставлять стабілізатори напруги.

Стабілізатором напруги називається пристрій, що підтримує автоматично і з необхідною точністю напругу на навантаженні при зміні дестабілізуючих факторів в обумовлених межах.

Не дивлячись на застосування згладжуючих фільтрів, напруга на опорі (згладжуючих фільтрів) навантаження випрямляча може змінюватися. Це пояснюється тим, що згладжування пульсацій фільтром зменшується тільки змінна складова випрямленої напруги, а величина постійної складової може змінюватися і при коливаннях напруги мережі, і при зміні струму навантаження.

Існує два принципово різних методи стабілізації напруги: параметричний і компенсаційний.

Параметричний оснований на використанні елемента з нелінійною характеристикою (найчастіше в цій ролі виступає стабілітрон). Напруга на стабілітроні на ділянці оборотного електричного пробою майже постійна при значній зміні зворотного струму через прилад.

Компенсаційний стабілізатор напруги. Його сутність полягає в зміні опору регулюючого елемента під дією сигналу негативного зворотного зв'язку, що знімається з навантаження. Як регулюючий елемент використовується біполярний або польовий транзистор. Сутність компенсаційного методу стабілізації зводиться до автоматичного регулювання вихідної напруги.

В компенсаційних стабілізаторах здійснюється порівняння фактичної величини вхідної напруги з її заданою величиною й в залежності від величини і знаку неузгодженості між ними автоматично здійснюється коригувальний вплив на елементи стабілізатора, спрямований на зменшення цієї неузгодженості.

1.1 Мікросхемні стабілізатори напруги широкого використання

Один із важливих вузлів радіоелектронної апаратури - стабілізатор напруги в блоці живлення. Ще зовсім недавно такі вузли будували на стабілітронах і транзисторах. Загальне число елементів стабілізатора було досить значним, особливо якщо були потрібні функції регулювання вихідної напруги, захисту від перевантаження і замикання виходу, обмеження вихідного струму на заданому рівні.

З появою спеціалізованих мікросхем ситуація змінилася. Мікросхемні стабілізатори напруги, що випускаються, здатні працювати в широких межах вихідних напруги і струму, часто мають вбудовану систему захисту від перевантаження по струму і від перегрівання - як тільки температура кристала мікросхеми перевищить допустиме значення, відбувається обмеження вихідного струму.

В даний час асортимент вітчизняних і закордонних мікросхем-стабілізаторів напруги настільки широкий, що орієнтуватися в ньому стало вже досить важко. Поміщені нижче таблиці, призначені полегшити попередній вибір мікросхемного стабілізатора для того або іншого електронного пристрою.

В таблиці 1 представлений перелік найбільш розповсюджених на вітчизняному ринку трьохвивідних мікросхем лінійних стабілізаторів напруги на фіксовану вихідну напругу і їхні основні параметри; на рисунку 1 спрощено показаний зовнішній вигляд приладів, а також зазначена їх цоколівка. У таблицю включені лише стабілізатори з вихідною напругою в межах 5...27 В - у цей інтервал вкладається переважна більшість випадків радіоаматорської практики. Конструктивне оформлення закордонних приладів може відрізнятися від показаного на рисунку 1.

Вихід (2) Спільний (8) Вхід (17)

Вхід (2) Вихід (8) Керув. (17)

Вихід (2) Вхід (8) Керув. (17)

Вхід Вихід Керув.

Вихід Вхід Спільний

Вихід Вхід Спільний

Вхід Спільний Вихід

Вихід Спільний Вхід

Рисунок 1 – Зовнішній вигляд ІС стабілізаторів

Варто мати на увазі, що відомості про потужність, що розсіюється, при роботі мікросхеми з тепловиводом у паспортах приладів звичайно не вказують, тому в таблицях 1 і 2 дані деякі усереднені її значення, отримані з графіків, які є в документації. Відзначимо також, що мікросхеми однієї серії, але на різні значення напруги, по потужності, що розсіюється, можуть відрізнятися.

Ряд мікросхем, виготовлених у далекому і ближньому зарубіжжі, мають маркірування, що не відповідає російській стандартизованій системі. Так, перед позначенням стабілізаторів груп 78, 79, 78L, 79L, 78M, 79M, перерахованих у таблиці, у дійсності можуть бути присутніми одна або дві букви, що кодують, як правило, фірму-виробника. За зазначеними у таблиці позначеннями також можуть бути букви і цифри, що вказують на ті або інші конструктивні або експлуатаційні особливості мікросхеми. Деякі типи вітчизняних стабілізаторів мають оригінальну цифрову нумерацію виводів (вона показана на рисунку 1 у дужках). Це відбулося від того, що спочатку мікросхеми цих серій випускали в "мікросхемних" корпусах зі стандартизованою нумерацією виводів. Після того, як було налагоджене виробництво в "транзисторних" корпусах, нумерація виводів збереглася.

Таблиця 1 – Перелік мікросхем лінійних стабілізаторів напруги

Мікросхеми	Вихідна напруга, В	Макс. струм навантаження, А	Макс. потужність, що розс., Вт	Регулюючий елемент ввімкнений в коло	Корпус (рис.)
КР1157ЕН501А; КР1157ЕН501Б КР1157ЕН601А; КР1157ЕН601Б КР1157ЕН801А; КР1157ЕН801Б КР1157ЕН901А; КР1157ЕН901Б КР1157ЕН1201А; КР1157ЕН1201Б КР1157ЕН1501А; КР1157ЕН1501Б КР1157ЕН1801А; КР1157ЕН1801Б КР1157ЕН2401А; КР1157ЕН2401Б	5 6 8 9 12 15 18 24	0,1	0,5	плюсове	КТ-26, (1,б)
КР1157ЕН502А; КР1157ЕН502Б КР1157ЕН602А; КР1157ЕН602Б КР1157ЕН802А; КР1157ЕН802Б КР1157ЕН902А; КР1157ЕН902Б КР1157ЕН1202А; КР1157ЕН1202Б КР1157ЕН1502А; КР1157ЕН1502Б КР1157ЕН1802А; КР1157ЕН1802Б КР1157ЕН2402А; КР1157ЕН2402Б КР1157ЕН2702А; КР1157ЕН2702Б	5 6 8 9 12 15 18 24 27	0,1	0,5	плюсове	КТ-26, (1,а)
КР1157ЕН5А; КР1157ЕН5Б КР1157ЕН9А; КР1157ЕН9Б КР1157ЕН12А; КР1157ЕН12Б КР1157ЕН15А; КР1157ЕН15Б КР1157ЕН18А; КР1157ЕН18Б КР1157ЕН24А; КР1157ЕН24Б	5 9 12 15 18 24	0,1	0,5	плюсове	КТ-27-2, (1,в)
КР1168ЕН5 КР1168ЕН6 КР1168ЕН8 КР1168ЕН9 КР1168ЕН12 КР1168ЕН15	5 6 8 9 12 15	0,1	0,5	мінусове	КТ-26 (1,б) (див. прим.1)
78L05 78L62 78L82 78L09 78L12 78L15 78L18 78L24	5 6,2 8,2 9 12 15 18 24	0,1	0,5	плюсове	ТО-92, (1,а)
79L05 79L06 79L12 79L15 79L18 79L24	5 6 12 15 18 24	0,1	0,5	мінусове	ТО-92 чи КТ-26 (1,б)
КР1157ЕН5В; КР1157ЕН5Г КР1157ЕН9В; КР1157ЕН9Г КР1157ЕН12В; КР1157ЕН12Г КР1157ЕН15В; КР1157ЕН15Г КР1157ЕН18В; КР1157ЕН18Г КР1157ЕН24В; КР1157ЕН24Г	5 9 12 15 18 24	0,25	1,3	плюсове	КТ-27-2 чи ТО-126 (1,в)
78M05 78M06 78М08 78М12 78М15 78М18 78М20 78М24	5 6 8 12 15 18 20 24	0,5	7,5	плюсове	ТО-202 чи ТО-220 (1,г)
79М05 79М06 79М08 79М12 79М15 79М20 79М24	5 6 8 12 15 20 24	0,5	7,5	мінусове	ТО-220, (1,д)
КР142ЕН8Г КР142ЕН8Д КР142ЕН8Е КР142ЕН9Г КР142ЕН9Д КР142ЕН9Е	9 12 15 20 24 27	1	10	плюсове	КТ-28-2, (1,г)
КР142ЕН5В КР142ЕН5Г КР142ЕН8А КР142ЕН8Б КР142ЕН8В КР142ЕН9А КР142ЕН9Б КР142ЕН9В	5 6 9 12 15 20 24 27	1,5	10	плюсове	КТ-28-2, (1,г)
7805 7806 7808 7885 7809 7812 7815 7818 7824	5 6 8 8,5 9 12 15 18 24	1,5 (див. прим.2)	10	плюсове	ТО-220, (1,г)
7905 7906 7908 7909 7912 7915 7918 7924	5 6 8 9 12 15 18 24	1,5 (див. прим.2)	10	мінусове	ТО-220, (1,д)
КР1162ЕН5А; КР1162ЕН5Б КР1162ЕН6А; КР1162ЕН6Б КР1162ЕН8А; КР1162ЕН8Б КР1162ЕН9А; КР1162ЕН9Б КР1162ЕН12А; КР1162ЕН12Б КР1162ЕН15А; КР1162ЕН15Б КР1162ЕН18А; КР1162ЕН18Б КР1162ЕН24А; КР1162ЕН24Б	5 6 8 9 12 15 18 24	1,5	10	мінусове	КТ-28-2, (1,д)
КР1179ЕН05 КР1168ЕН06 КР1179ЕН08 КР1179ЕН12 КР1179ЕН15 КР1179ЕН24	5 6 8 12 15 24	1,5	10	мінусове	ТО-220, (1,д)
КР1180ЕН5А; КР1180ЕН5Б КР1180ЕН6А; КР1180ЕН6Б КР1180ЕН8А; КР1180ЕН8Б КР1180ЕН9А; КР1180ЕН9Б КР1180ЕН12А; КР1180ЕН12Б КР1180ЕН15А; КР1180ЕН15Б КР1180ЕН18А; КР1180ЕН18Б КР1180ЕН24А; КР1180ЕН24Б	5 6 8 9 12 15 18 24	1,5	10	плюсове	КТ-28-2, (1,г)
КР142ЕН5А КР142ЕН5Б	5 6	2	10	плюсове	КТ-28-2, (1,г)

прим.1: Була випущена дослідна партія з цоколівкой, що відповідає рис. 1,а.

прим.2: Випускають також різновиди на струм навантаження до 1 А.

Типова схема включення мікросхемних стабілізаторів на фіксовану вихідну напругу показана на рисунку 2,а і б.

Рисунок 2 – Типова схема включення мікросхемних стабілізаторів

Для всіх мікросхем ємність вхідного конденсатора С1 повинна бути не менш 2,2 мкФ для керамічних або оксидних танталових і не менш 10 мкФ - для алюмінієвих оксидних конденсаторів, а вихідного конденсатора С2 - не менш 1 і 10 мкФ відповідно. Деякі мікросхеми допускають і меншу ємність, але зазначені значення гарантують усталену роботу будь-яких стабілізаторів. Роль вхідного може виконувати конденсатор фільтра, що згладжує, якщо він розташований не далі 70 мм від корпуса мікросхеми.

Якщо потрібно нестандартне значення стабілізованої вихідної напруги або плавне його регулювання, зручно використовувати спеціалізовані регульовані мікросхемні стабілізатори, що підтримують напругу 1,25 В між виходом і керуючим виводом. Їхній перелік представлений у таблиці 2, а типова схема включення для стабілізаторів з регулюючим елементом у плюсовому проводі - на рисунку 3.

Рисунок 3 – Типова схема включення стабілізаторів з регулюючим елементом у плюсовому проводі

Резистори R1 і R2 утворюють зовнішній регульований подільник напруги, що входить у ланцюг установки рівня вихідної напруги Uвих
, рівної Uвих
=1,25(1+R2/R1)+Iпот
.
R2, де Iпот
=50...100 мкА - власний споживаний струм мікросхеми. Число 1,25 у цій формулі - це згадана вище напруга між виходом і керуючим виводом, що підтримує стабілізатор у робочому режимі.

На відміну від стабілізаторів на фіксовану вихідну напругу, регульовані без навантаження не працюють. Мінімальне значення вихідного струму малопотужних регульованих стабілізаторів дорівнює 2,5...5 мА і 5...10 мА - потужних. Навантаженням служить резистивний подільник напруги R1R2 на рисунку 3. За цією схемою можна включати і стабілізатори з фіксованою вихідною напругою. Однак, споживаний ними струм більший (2...4 мА) і він менш стабільний при зміні вихідного струму і вхідної напруги. З цих причин максимально можливого коефіцієнта стабілізації досягти не вдасться.

Таблиця 2 – Перелік спеціалізованих мікросхемних стабілізаторів

Мікросхеми	Вихідна напруга, В	Макс. струм навантаження, А	Макс. потужність, що розс., Вт	Регулюючий елемент ввімкнутий в коло	Корпус (рис.)
КР1157ЕН1	1,2...37	0,1	0,6	плюсове	КТ-26, (1,е)
КР1168ЕН1	1,3...37	0,1	0,5	мінусове	КТ-26, (1,е)
LM317L	1,2...37	0,1	0,625	плюсове	ТО-92, (1,е)
LM337LZ	1,2...37	0,1	0,625	мінусове	ТО-92, (1,е)
КР142ЕН12Б	1,2...37	1	10	плюсове	КТ-28-2, (1,ж)
КР142ЕН12А	1,2...37	1,5	10	плюсове	КТ-28-2, (1,ж)
КР142ЕН18А	1,3...26,5	1	10	мінусове	КТ-28-2, (1,и)
КР142ЕН18Б	1,3...26,5	1,5	10	мінусове	КТ-28-2, (1,и)
LM317T	1,2...37	1,5	15	плюсове	ТО-220, (1,ж)
LM337Т	1,2...37	1,5	15	мінусове	ТО-220, (1,и)

Для зниження рівня пульсацій на виході, особливо при більшій вихідній напрузі, рекомендується включати згладжуючий конденсатор С3 ємністю 10 мкФ і більше. До конденсаторів С1 і С2 вимоги такі ж, як і до відповідних конденсаторів фіксованих стабілізаторів.

Якщо стабілізатор працює при максимальній вихідній напрузі, то при випадковому замиканні вхідного ланцюга або відключенні джерела живлення мікросхема виявляється під великою зворотньою напругою з боку навантаження і може бути виведена з ладу. Для захисту мікросхеми по виходу в таких ситуаціях паралельно їй включають захисний діод VD1.

Інший захисний діод - VD2 - захищає мікросхему з боку зарядженого конденсатора С3. Діод швидко розряджає цей конденсатор при аварійному замиканні вихідного або вхідного ланцюга стабілізатора.

Усе сказане служить тільки для попереднього вибору стабілізатора, перед проектуванням блоку живлення варто ознайомитися з повними довідковими характеристиками, хоча б для того, щоб точно знати, яка максимально допустима вхідна напруга, чи достатня стабільність вихідної напруги при зміні вхідної напруги, струму навантаження або температури. Можна виразити впевненість, що перераховані мікросхеми знаходяться на технічному рівні, достатньому для рішення більшості задач радіоаматорської практики.

Помітний недолік в описаних стабілізаторів один - досить велика мінімально необхідна напруга між входом і виходом - 2...3 В, однак він з лишком окупається простотою застосування і низькою ціною мікросхем.

1.2 Інтегральні стабілізатори напруги широкого використання

Вузли живлення, очевидно, є найбільш розповсюдженими пристроями радіоелектронної апаратури. Крім трансформаторів з діодними мостами й ємностями або батарейок (акумуляторів) вони містять стабілізатори напруги. Найбільш розповсюдженими з останніх являються лінійні стабілізатори, у яких регульований елемент включений паралельно або послідовно з навантаженням і в залежності від вхідної напруги і споживаного навантаженням струму зменшує або збільшує свій опір, зберігаючи постійною напругу на виході.

Ще років 15 назад стабілізатори напруги виконувалися винятково на дискретних компонентах. У їхній склад, у залежності від вимог до стабілізатора, входило від одного до декількох десятків елементів. Монтаж і налагодження такого пристрою були досить трудомісткими. Та й надійність їх залишала бажати кращого. Не дивно, що в міру розвитку технології розробники мікросхем постаралися упакувати усередину відповідної мікросхеми якщо не всі необхідні для створення стабілізатора елементи, то їх більшість.

В даний час асортимент мікросхем, призначених для побудови стабілізаторів напруги, настільки великий, що навіть їхній перелік займе кілька десятків сторінок. У їхній склад входять і драйвери для керування потужними перемикаючими транзисторами, і завершені стабілізатори, оформлені в транзисторних двух-трьохвиводних корпусах.

Умовно всі лінійні інтегральні стабілізатори напруги можна розділити на кілька груп. До першої можна віднести стабілізатори на фіксовану вихідну напругу. Усередині цієї групи вироби класифікуються по полярності формуючої на виході напруги (позитивна або негативна щодо загального проводу), по величині вихідної напруги і по максимальному струму, що віддається в навантаження. Перераховані параметри є ключовими, інші ж або взаємозалежні з ними ( потужність, що розсіюється, тип корпуса), або в даний час відіграють другорядну роль (коефіцієнт стабілізації, наявність індикатора розряду батарей і т.д.).

Другу групу представляють регульовані стабілізатори, вихідна напруга яких може змінюватися в деяких визначених межах. Вони також розрізняються по полярності і по вихідному струму. У самостійну групу можна виділити многоканальні стабілізатори, що формують на виходах кілька напруг, причому іноді навіть різної полярності. І, нарешті четверта група — відносно малопотужні малогабаритні стабілізатори, що нерідко характеризуються досить малою мінімально необхідною різницею напруг між своїми входом і виходом (аж до 0,1 В, так названі «low-drop»).

Приступимо до розгляду першої групи — стабілізаторів з фіксованою вихідною напругою. У таблицях 3 і 4 представлений перелік стабілізаторів, які випускалися і випускаються вітчизняною промисловістю, відповідно позитивної і негативної полярності, а в таблицях 5 і 6 — перелік найбільш розповсюджених на вітчизняному ринку аналогічних імпортних стабілізаторів.

Таблиця 3 – Перелік вітчизняних стабілізаторів

Тип мікросхеми	Діапазон вхідної напруги		Вихідна напруга, В	Струм, А /Потужність, що розсіюється, Вт	Корпус (рисунок)
	Мін, В	Макс, В
КР1157ЕН501А,Б	7	35	5	0,1/0,5	КТ26 (1б)
КР1157ЕН601А,Б	8	35	6
КР1157ЕН801А,Б	10	35	8
КР1157ЕН901А,Б	11	35	9
КР1157ЕН1201А,Б	14	35	12
КР1157ЕН1501А,Б	17	35	15
КР1157ЕН1801А,Б	20	40	18
КР11572401А,Б	26	40	24
КР1157ЕН2701А,Б	29	40	27
КР1157ЕН502А,Б	7	35	5	0,1/0,5	КТ-26 (1а)
КР1157ЕН602А,Б	8	35	6
КР1157ЕН802А,Б	10	35	8
КР1157ЕН902А,Б	11	35	9
КР1157ЕН1202А,Б	14	35	12
КР1157ЕН1502А,Б	17	35	15
КР1157ЕН1802А,Б	20	40	18
КР1157ЕН2402А,Б	26	40	24
КР1157ЕН2701А,Б	29	40	27
КР1157ЕН5А,Б(В,Г)	7	35(30)	5	0,1 (0,25)/0,6 -без тепловідвода, 0,1(0,25)/1,3 - з тепловідводом	КТ-27-2 (1в)
КР1157ЕН9А,Б(В,Г)	11	35 (30)	9
КР1157ЕН12А,Б(В,Г)	14	35 (30)	12
КР1157ЕН15А,Б(В,Г)	17	35 (30)	15
КР1157ЕН18А,Б(В,Г)	20	40 (35)	18
КР1157ЕН24А,Б(В,Г)	26	40 (35)	24
КР142ЕН8Г	11,5	30	9	КТ-28-2 (1г)
КР142ЕН8Д	14,5	30	12
КР142ЕН8Е	17,5	30	15
КР142ЕН9Г	22,5	35	20
КР142ЕН9Д	26,5	35	24
КР142ЕН9Е	29,5	35	27
КР142ЕН5А(В)	8	15	5	1,5(2)/10	КТ-28-2 (1г)
КР142ЕН8А	11,5	35	9	1,5/8	КТ-28-2 (1г)
КР142ЕН8б	14,5	35	12
КР142ЕН8В	17,5	35	15
КР142ЕН9А	22,5	40	20	1,5/6
КР142ЕН9Б	26,5	40	24
КР142ЕН9В	29,5	40	27
КР1180ЕН5А,Б	7,5	30	5	1,5/10	КТ-28-2 (1г)
КР1180ЕН6А,Б	8,5	30	6
КР1180ЕН8А,Б	10,5	30	8
КР1180ЕН9А,Б	11,5	30	9
КР1180ЕН12А,Б	14,5	30	12
КР1180ЕН15А,Б	17,5	35	15
КР1180ЕН18А,Б	20,5	35	18
КР1180ЕН24А,Б	26,5	35	24

Таблиця 4 – Перелік вітчизняних стабілізаторів

Тип мікросхеми	Діапазон вхідних напруг		Вихідна напруга, В	Струм, А /Потужність, що розсіюється, Вт	Корпус (рисунок)
	Мін, В	Макс, В
КР1162ЕН5А,Б	-7,5	-35	-5	1,5/1,5 - без тепловідвода, 1,5/10 - з тепловідводом	КТ-28-2 (1д)
КР1162ЕН6А,Б	-8,5	-35	-6
КР1162ЕН8А,Б	-10,5	-35	-8
КР1162ЕН9А,Б	-11,5	-35	-9
КР1162ЕН10А,Б	-12,5	-40	-10
КР1162ЕН12А,Б	-14,5	-40	-12
КР1162ЕН15А,Б	-17,5	-40	-15
КР1162ЕН18А,Б	-20,5	-40	-18
КР1162ЕН24А,Б	-26,5	-40	-24
КР1179ЕН05	-7,5	-35	-5	1,5/10	ТО-220 (1д)
КР1179ЕН06	-8,5	-35	-6
КР1179ЕН08	-10,5	-35	-8
КР1179ЕН12	-14,5	-35	-12
КР1179ЕН15	-17,5	-35	-15
КР1179ЕН24	-26,5	-40	-24

Відзначимо, що відомості про потужність, що розсіюється, при роботі мікросхем з тепловідводами в паспортах приладів часто не вказують. Тому в таблицях приведені деякі усереднені значення, отримані з графіків, що містяться в документації.

Таблиця 5 – Перелік імпортних стабілізаторів

<

Тип мікросхеми	Діапазон вхідних напруг		Вихідна напруга, В	Струм, А /Потужність, що розсіюється , Вт	Корпус (рисунок)
	Мін., В	Маск., В
78L05	7,2	30	5	0,1/0,5	TO-92 (1a)
78L06	8,2	30
78L08	10,2	30	8
78L09	11,2	30	9
78L12	14,2	30	12
78L15	17,2	30	15
78L18	20,2	30	18
78L20	22,2	30	20
78L24	26,2	30	24
Префікс залежить від виробника - LM78LxxACZ, ML78LxxA, MC78LxxCP, mA78LxxAWC і т.д.
78M05	7,5	35	5	0,5/7,5	TO-202 (1г) чи ТО-220 (1г) чи ТО-39 (1л)
78M06	8,5	35	6
78M08	10,5	35	8
78M09	11,5	35	9
78M12	14,5	35	12
78M15	17,5	35	15
78M18	20,5	35	18
78M20	22,5	40	20
78M24	26,5	40	24
Префікс залежить від виробника - LM78MxxACZ, ML78MxxA, MC78MxxCP, mA78MxxAWC і т.д.
7805	7,5	35	5	1...1,5/10...12	TO-202 (1г) чи ТО-220 (1г) чи ТО-39 (1л)
7806	8,5	35	6
7808	10,5	35	8
7809	11,5	35	9
7812	14,5	35	12
7815	17,5	35	15
7818	20,5	35	18
7820	22,5	40	20
7824	26,5	40	24
LM309K	7	35	5	1	TO-3 (1k)
LM340-05	7	35	5	1,5/10	TO-3 (1k) чи ТО-202 (1г) чи ТО-220 (1г)
LM340-06	8	35	6
LM340-08	10,5	35	8
LM340-12	15	35	12
LM340-15	17,5	35	15
LM340-18	21	40	18
LM340-24	27	40	24
В корпусах TO-202, TO-220: L78xxCV, MC78xxCP, L200xxCV(2A), LM340Txx, STC28xxEC, TDB78xxT, mA78xxCK; В корпусі TO-3: MC78xxCK, mA78xxCDA, mA78xxKC, LM340Kxx, LM340KCxx, SFC28xxRC, TDB78xx
78H05	7	20	5	TO-3 (1k)
78H05KC	8	25	5
78H12KC	15	25	12
78H15KC	18	25	15
LM323K	7	20	5
TDB0123KM	7	20	5
78P05	8	35	5

Таблиця 6 – Перелік імпортних стабілізаторів

Тип мікросхеми	Діапазон вхідних напруг		Вихідна напруга, В	Струм, А /Потужність, що розсіюється , Вт	Корпус (рисунок)
	Мін., В	Маск., В
79L05	-7,2	-30	-5	0,1/0,5	TO-92 (1б) чи КТ-26 (1б)
79L06	-8,2	-30	-6
79L08	-10,2	-30	-8
79L09	-11,2	-30	-9
79L12	-14,2	-30	-12
79L15	-17,2	-30	-15
7-L18	-20,2	-30	-18
79L20	-22,2	-35	-20
79L24	-26,2	-35	-24
Префікс залежить від виробника - LM79LxxACZ, ML79LxxA, MC79LxxCP, mA79LxxAWC і т.д.
79M05	-7,5	-35	-5	0,5/7,5	TO-202 (1д) чи ТО-220 (1д)
79M06	-8,5	-35	-6
79M08	-10,5	-35	-8
79M09	-11,5	-35	-9
79M12	-14,5	-35	-12
79M15	-17,5	-35	-15
79M18	-20,5	-35	-18
79M20	-22,5	-40	-20
79M24	-26,5	-40	-24
Префікс залежить від виробника- LM79MxxACZ, ML79MxxA, MC79MxxCP, mA79MxxAWC і т.д.
7905	-7,5	-35	-5	1...1,5/10...12	TO-202 (1д) чи ТО-220 (1д) чи ТО-3 (1к)
7906	-8,5	-35	-6
7908	-10,5	-35	-8
7909	-11,5	-35	-9
7912	-14,5	-35	-12
7915	-17,5	-35	-15
7918	-20,5	-35	-18
792022,5
-40	-20
7924	-26,5	-40	-24
В корпусах TO-202, TO-220: MC79xxCP, LM320Txx, TDB79xxT, mA79xxCK, mA79xxCU; В корпусі TO-3: MC79xxCK, mA79xxCDA, mA79xxKC, LM320Kxx, TDB79xx

2. Вибір і аналіз структурної схеми

Схеми компенсаційних стабілізаторів постійної напруги бувають послідовного і паралельного типів (рисунки 2.1 і 2.2).

Рисунок 2.1 – Схема КСН послідовного типу

Рисунок 2.2 – Схема КСН паралельного типу

Основними елементами таких стабілізаторів є:

джерело еталонної напруги (Е);

зрівнюючий та підсилюючий елемент (ЗП);

регулюючий елемент (Р).

В стабілізаторах послідовного типу (рисунок 2.1) регулюючий елемент ввімкнений послідовно з джерелом вхідної напругиUвх
і навантаженням Rн
. Якщо по якимось причинам (наприклад, через нестабільність Uвх
чи при зміні Rн
) напруга на виході Uвих
відхилилась від свого номінального значення, то різниця еталонної та вихідної напруги змінюється, підсилюється і діє на регулюючий елемент. При цьому опір регулюючого елементу автоматично змінюється і напруга Uвх
розмежовується між Р і Rн
таким чином, щоб компенсувати зміни напруги на навантаженні, що відбулися.

Відмінність наведених схем полягає в наступному. У послідовних стабілізаторах напруга на регулюючому елементі зростає при збільшенні напруги на навантаженні, а струм приблизно дорівнює струму навантаження. У паралельних стабілізаторах напруга на регулюючому елементі не залежить від вхідної напруги, а струм знаходиться в прямій залежності від напруги на навантаженні.

Стабілізатори паралельного типу мають невисокий ККД і застосовуються порівняно рідко. Для стабілізації підвищених напруг і струмів, а також при змінних навантаженнях звичайно застосовуються стабілізатори напруги послідовного типу. Їхнім недоліком є те, що при короткому замиканні на виході до регулюючого елемента буде прикладена уся вхідна напруга. Цю обставину необхідно враховувати при експлуатації стабілізатора.

Основними параметрами,що характеризують стабілізатор, є:

1. Коефіцієнт стабілізації, що представляє собою відношення відносної зміни напруги на вході до відносної зміни напруги на виході стабілізатора.

Kст
= DUвх
/ Uвх
: DUвих
/ Uвих
, (2.1)

де Uвх
і Uвих
- номінальна напруга на вході і виході стабілізатора,

DUвх
і DUвих
- зміна напруг на вході і виході стабілізатора.

Коефіцієнти стабілізації служать основними критеріями для вибору раціональної схеми стабілізації й оцінки її параметрів.

2. Вихідний опір, що характеризує зміну вихідної напруги при зміні струму навантаження і незмінній вхідній напрузі.

Rвих
= DUвих
/ DIвих
, при Uвх
= const. (2.2)

3. Коефіцієнт корисної дії дорівнює відношенню потужності в навантаженні до номінальної вхідної потужності.

h = Uвих
´ Iвих
/ Uвх
´ Iвх
. (2.3)

4. Дрейф (припустима нестабільність) вихідної напруги. Часовий і температурний дрейф характеризуються величиною відносної й абсолютної зміни вихідної напруги за визначений проміжок часу або у визначеному інтервалі температур.

3. Розробка принципової електричної схеми

Відповідно до обраної структурної схеми (рисунок 2.1) складаємо приблизну схему компенсаційного стабілізатора напруги (див. додаток А). Після проведення розрахунку, дана схема буде дороблена. Тільки після повного розрахунку режимів роботи і вибору елементів можна скласти остаточний варіант схеми електричної принципової компенсаційного стабілізатора напруги.

Дана схема складається з регулюючого елемента, джерела опорної напруги і підсилювача зворотного зв'язку. Роль регулюючого елемента грає комплементарний транзистор (складається з 2х
транзисторів VT2 і VT3). Джерело опорної напруги –VD1R1, R2VT1. Підсилювач зворотного зв'язку – R4VD2VT4, R5R6R7.

4. Розрахунок схеми електричної принципової

4.1 Вихідні дані для розрахунку

Номінальна вихідна напруга Uн , В	15
Номінальний струм навантаження Ін , А	5
Коефіцієнт пульсацій Кп , %	0,01
Коефіцієнт стабілізації Кст	100
Температура навколишнього середовища tср , °З	+20
Кліматичні умови	норм.

4.2 Розрахунок схеми компенсаційного стабілізатора

Відповідно до схеми (додаток А) знаходимо найменшу напругу на виході стабілізатора:

U вх min
= Uн
+ Uкз min
= 15 + 3 = 18 B, (4.1)

де Uкз min
– мінімальна напруга на регулюючому транзисторі VT3.

Виходячи з того, що VT3 приблизно кремнієвий, то Uкз min
вибираємо в межах 3..5 В.

З огляду на нестабільність вхідної напруги на вході стабілізатора ±10%, знаходимо середню і максимальну напругу на вході стабілізатора:

U вх сер
= U вх min
/ 0.9 = 18 / 0.9 = 20 В , (4.2)

U вх max
= 1.1 ´ U вх сер
= 1.1 ´ 20 = 22 В . (4.3)

Визначаємо максимальне значення на регулюючому транзисторі

U к3 max
= U вх max
- Uн
= 22 – 15 = 7 В . (4.4)

Потужність, що розсіюється на колекторі транзистора VT3, дорівнює

Р3
= Uк3 max
´ Iн
= 7 ´ 5 = 35 Вт. (4.5)

За отриманими значеннями Uк3 max
, Iн
, Р3
вибираємо тип регулюючого транзистора і виписуємо його параметри:

Марка транзистора	2Т827В
Тип транзистора	NPN
Допустимий струм колектора, Iк доп	20 А
Допустима напруга колектор-емітер, Uк доп	100 В
Розсіювальна потужність колектора, Рпред	125 Вт
Мінімальний коеф. передачі струму бази, h21Е3 min	750

По статичним ВАХ обраного транзистора знаходимо:

h11Е3
= 33.0 Ом ,

m3
= 1 / h12Е3
= 1 / 0.23 = 4.20 ,

де h11Е3
– вхідний опір транзистора, Ом;

m3
– коефіцієнт передачі напруги;

h12Е3
– коефіцієнт зворотного зв'язку.

Знаходимо струм бази транзистора VT3

IБ3
= Iн
/ h21Е3 min
= 5 / 750 = 6.67´10-3
А . (4.6)

Визначаємо початкові дані для вибору транзистора VT2. Розраховуємо напругу колектор-емітер VT2

Uк2 max
= Uк3 max
- Uбе3
= 7 – 0.7 = 6.3 В , (4.7)

де Uбе3
– падіння напруги на емітерному переході транзистора VT3 (0.7 В).

Струм колектора VT2 складається зі струму бази VT3 і струму втрат, що протікає через резистор R3,

Iк2
= Iб3
+ IR3
= 5´10-4
+ 6.7´10-3
= 7.2´10-3
А. (4.8)

Потужність, що розсіюється на колекторі транзистора VT2, дорівнює

Р2
= Iк2
´ Uк2 max
= 7.2´10-3
´ 6.3 = 45.2´10-3
Вт. (4.9)

За отриманими значеннями Uк2 max
, Iк2
, Р2
вибираємо тип транзистора і виписуємо його параметри:

Марка транзистора	2Т603Б
Тип транзистора	NPN
Допустимий струм колектора, Iк доп	300 мА
Допустима напруга колектор-емітер, Uк доп	30 В
Розсіювальна потужність колектора, Рпред	0.5 Вт
Мінімальний коеф. передачі струму бази, h21Е2 min	60

По статичним ВАХ обраного транзистора знаходимо:

h11Е2
= 36.36 Ом , m3
= 1 / h12Е2
= 1 / 0.022 = 45.45 .

Розраховуємо струм бази VT2

IБ2
= Iк2
/ h21Е2 min
= 7.2´10-3
/ 60 = 1.2´10-4
А. (4.10)

Знаходимо опір резистора R3

R3 = (Uн
+ Uбе3
) / IR3
= (15 + 0.7) / 5´10-4
=31400 Ом. (4.11)

Вибираємо найближчий по стандарту номінал з обліком потужності, що розсіюється на резисторі

РR3
= (Uн
+ Uбе3
) ´ IR3
= (15 + 0.7) ´ 5´10-4
= 7.85´10-3
Вт. (4.12)

Відповідно до ряду Е24 вибираємо резистор типу С2-33 – 0.125 – 30 кОм ±5%.

Джерелом еталонної напруги беремо параметричний стабілізатор напруги на кремнієвому стабілітроні VD2 з розрахунку

UVD2
= 0.7 Uн
= 0.7 ´ 15 = 13.5 В. (4.13)

Вибираємо тип стабілітрона і виписуємо його основні параметри:

стабілітрон 2С213Б;

I VD2
= 5´10-3
А – середній струм стабілізації;

r VD2
= 25 Ом – диференційний опір стабілітрона.

Обчислюємо опір резистора R4, задавши середній струм стабілітрона (I R4
= I VD2
)

R4 = 0.3 Uн
/ I R4
= 0.3 ´ 15 / 5´10-3
= 900 Ом. (4.14)

Потужність, що розсіюється на резисторі R4, дорівнює

РR4
=0.3Uн
´ I R4
= 0.3´15´ 5´10-3
= 22.5´10-3
Вт. (4.15)

Відповідно до ряду Е24 вибираємо резистор типу С2-33 – 0.125 – 910 Ом±5%.

Визначаємо початкові дані для вибору транзистора VT4. Розраховуємо напругу колектор-емітер транзистора

Uк4max
= Uн
+ Uбе3
+ Uбе2
- UVD2
= 2.90 В (4.16)

Задаємо струм колектора VT4 меншим ніж середній стабілітронаVD2

I К4
= 4´10-3
А .

Потужність, що розсіюється на колекторі транзистора VT4

Р2
= Iк4
´ Uк4 max
= 4´10-3
´ 2.90 = 11.6´10-3
Вт (4.17)

За отриманими значеннями Uк4 max
, Iк4
, Р4
вибираємо тип транзистора і виписуємо його параметри:

Марка транзистора	КТ312В
Тип транзистора	NPN
Допустимий струм колектора, Iк доп	30 мА
Допустима напруга колектор-емітер, Uк доп	15 В
Розсіювальна потужність колектора, Рпред	0.22 Вт
Мінімальний коеф. передачі струму бази, h21Е4 min	50

По статичним ВАХ обраного транзистора знаходимо:

h11Е4
= 208,3 Ом , m3
= 1 / h12Е4
= 1 / 0.034 = 29.41

Розраховуємо струм бази VT4

IБ4
= Iк4
/ h21Е4 min
= 4´10-3
/ 50 = 8´10-5
А. (4.18)

Струм послідовно з'єднаних резисторів R5, R6, R7 беремо рівним 5Iб4
і визначаємо сумарний опір подільника

Rділ
= Uн
/ Iділ
= 15 / (5 ´ 8´10-5
) = 37500 Ом. (4.19)

Знаходимо опори резисторів:

R5 = 0.3 Rділ
= 0.3 ´ 37500 = 11250 Ом;

R6 = 0.1 Rділ
= 0.1 ´ 37500 = 3750 Ом;

R7 = 0.6 Rділ
= 0.6 ´ 37500 = 22500 Ом. (4.20)

Відповідно до ряду Е24 вибираємо резистор R5 типу С2-33 – 0.125 – 11 кОм ±5%, резистор R7 типу С2-33 – 0.125 – 22 кОм ±5%. Резистор R6 вибираємо СП3-44 – 0.25 – 3.3 кОм ±10%.

Робочу напругу стабілітрона VD1 визначаємо із співвідношення

UVD1
= 0.1 Uвх max
= 0.1 ´ 22 = 2.2 В. (4.21)

Вибираємо тип стабілітрона і виписуємо його основні параметри:

стабілітрон 2С119А;

I VD1
= 5´10-3
А – середній струм стабілізації;

r VD1
= 15 Ом – диференційний опір стабілітрона.

Обчислюємо опір резистора R1, задавши середній струм стабілітрона (I R1
= I VD1
)

R1 = 0.9 Uвх max
/ I R1
= 0.9 ´ 22 / 5´10-3
= 3960 Ом. (4.22)

Потужність, що розсіюється на резисторі R1, дорівнює

R1 = 0.9Uвх max
´ I R1
= 0.9´ 22´ 5´10-3
= 99´10-3
Вт (4.23)

Відповідно до ряду Е24 вибираємо резистор типу С2-33 – 0.125 – 3.9кОм ±5%. Визначаємо початкові дані для вибору транзистора VT1. Розраховуємо струм колектора транзистора VT1

Iк1
= Iк4
+ Iб2
= 4´10-3
+ 12´10-5
=412´10-5
(4.24)

Знаходимо напругу колектор-емітер VT1

Uк1max
= Uвх max
- UR2
+ Uк4max
- UVD2
= 4.1 В, (4.25)

де UR2
= UVD1
- Uбе1
– падіння напруги на резисторі R2.

Потужність, що розсіюється на колекторі транзистора VT1

Р1
= Uк1max
´ Iк1
= 4.1 ´ 412´10-5
= 16´10-3
Вт. (4.26)

За отриманими значеннями Uк1 max
, Iк1
, Р1
вибираємо тип транзистора і виписуємо його параметри:

Марка транзистора	КТ313Б
Тип транзистора	PNP
Допустимий струм колектора, Iк доп	350 мА
Допустима напруга колектор-емітер, Uк доп	30 В
Розсіювальна потужність колектора, Рпред	0.30 Вт
Мінімальний коеф. передачі струму бази, h21Е1 min	50

Розраховуємо опір резистора R2

R2 = UR2
/ IК1
= 1.5 / 412´10-5
= 364 Ом, (4.27)

РR2
= UR2
´ IК1
= 1.5 ´ 412´10-5
= 618´10-5
Вт. (4.28)

Відповідно до ряду Е24 вибираємо резистор типу С2-33 – 0.125 – 360Ом ±5%. Розраховуємо основні параметри складеного транзистора:

вхідний опір транзистора

h11Е ск
=h11Е2
+h11Е3
h21Е2min
= 36.36 + 33´60 =2016 Ом; (4.29)

коефіцієнт передачі напруги транзистора

mск
= m2
m3
/ (m2
+ m3
) = 45.4´4.2 / (45.4 + 4.2)=3.84 ; (4.30)

вихідний опір транзистора

rск
= mск
h11Е ск
/ h21Е2min
h21Е3min
= 0.1723 Ом. (4.31)

Розраховуємо вхідний опір джерела стабільного струму

RTD
= R1 ´ R2 / r VD1
= 3900´360 / 15 = 57024 Ом. (4.32)

Розраховуємо параметри підсилювача зворотного зв'язку:

опір навантаження підсилювача

RК
= h11Е ск
RTD
/ (h11Е ск
+ RTD
) = 1947.49 Ом; (4.33)

коефіцієнт підсилення напруги підсилювача

Кu
= 0.7 h21Е4min
RК
/ (h11Е4
+ h21Е4min
r VD2
) = 71.13 . (4.34)

Розраховуємо коефіцієнт стабілізації і величину пульсацій на виході

Кст
= mск
Кu
Uн
/ Uвх
= 3.845 ´ 71.13 ´ 15 / 22 = 186.4, (4.35)

DUвих
= DUвх
/ mск
Кu
= 4 / 3.845 ´ 71.13 = 12´10-4
, (4.36)

Розраховуємо коефіцієнт пульсацій

Кп
= DUвих
´ 100 / Uвх
= 12´10-4
´ 100 / 15 = 8´10-3
%. (4.37)

Вихідний опір компенсаційного стабілізатора буде

Rвих
= rск
/ mск
Кu
= 0.17 / 3.845 ´ 71.13 = 63´10-5
Ом. (4.38)

Перевіряємо відповідність розрахованих параметрів заданим умовам:

Кст
= 186.4 > Кст.зад
= 100; Кп
= 8´10-3
%< Кп.зад
= 10´10-3
%.

Знайдені параметри задовольняють заданим умовам.

4.3 Розрахунок схеми захисту компенсаційного стабілізатора від перевантаження

Пристрої захисту стабілізаторів напруги від перевантажень можна розділити на вбудовані, що впливають на регулюючий елемент стабілізатора, і автономні, що містять окремий ключовий елемент. Звичайно до стабілізаторів із захистом від короткого замикання вихідного ланцюга пред'являється вимога автоматичного повернення в робочий режим після усунення перевантаження. Розробляємо схему захисту компенсаційного стабілізатора напруги від перевантаження (додаток Б). Схема захисту компенсаційного стабілізатора від перевантаження реалізована на елементах VT5 і R8.

Для розрахунку приймаємо струм спрацювання захисту 110% від Iн
.

Iн max
= 1.1 Iн
= 1.1 ´ 5 = 5.5 А.

Розраховуємо опір R8:

R8 = Uбе5
/ Iн max
= 0.7 / 5.5 = 0.127 Ом. (4.39)

Розраховуємо потужність дротового резистора

РR8
= Uбе5
´ Iн max
= 0.7 ´ 5.5 = 3.85 Вт. (4.40)

Вибираємо транзистор VT5 з умови Iк5
= Iб3
;

Uк5 max
=Uбе3
+ R8´Iн max
= 0.7 + 0.127 ´ 5.5 =1.4 B; (4.41)

P5
= Uк5 max
´ Iб3
= 1.4 ´ 6.7´10-3
= 9.38 ´10-3
Вт. (4.42)

За отриманими значеннями Uк5 max
, Iк5
, Р5
вибираємо тип транзистора і виписуємо його параметри:

Марка транзистора	КТ315А
Тип транзистора	NPN
Допустимий струм колектора, Iк доп	100 мА
Допустима напруга колектор-емітер, Uк доп	20 В
Розсіювальна потужність колектора, Рпред	0.15 Вт
Мінімальний коеф. передачі струму бази, h21Е5 min	20

Розробка схеми компенсаційного стабілізатора напруги на базі ІМС

Розробка схеми компенсаційного стабілізатора напруги на базі ІМС зводиться до вибору стандартної серійно випускаємої ІМС і розрахунку (якщо необхідно) навісних елементів.

Таблиця 4.1 – Марки ІМС

Марка ІМС	Максимальна вихідна напруга, В	Максимальна вхідна напруга, В	Мінімальна вхідна напруга, В	Максимальний вихідний струм, А	Максимальна розсіювальна потужність, Вт	Гранично допустима температура, °С	Нестабільність по струму, %
К142ЕН1А	12	20	9	0.15	0.8	0.5
К142ЕН1Б	12	20	9	0.15	0.8	0.2
К142ЕН1В	12	20	9	0.15	0.8	2
К142ЕН2А	30	40	20	0.15	0.8	0.5
К142ЕН2Б	30	40	20	0.15	0.8	0.2
К142ЕН2В	30	40	20	0.15	0.8	2
К403ЕН1А	5	2	10	1
К403ЕН1Б	5	2	10	5
К403ЕН2А	6	2	10	1
К403ЕН2Б	6	2	10	5
К403ЕН3А	9	2	10	1
К403ЕН3Б	9	2	10	5
К403ЕН4А	12	2	10	1
К403ЕН5А	15	1.5	8.5	1
К403ЕН5Б	15	1.5	8.5	5
К403ЕН7А	27	1	6	1
SD1083	12	40	7.5	50	170	0.7
SD1084	15	40	5	25	170	0.7
SD1085	20	40	3	15	170	0.7
LAS1520	20	40	1.5	6	150	0.6

Як інтегральний стабілізатор напруги вибираємо ІМС серії SD 1084. Складаємо схему стабілізатора (додаток В). Вибираємо навісні елементи:

Робочу напругу стабілітрона VD1 визначаємо із співвідношення

UVD1
= 0.9 Uвих
= 0.9 ´ 15 = 13.5 В. (4.43)

Вибираємо тип стабілітрона і виписуємо його основні параметри:

стабілітрон 2С515А;

I VD1
= 45´10-3
А – середній струм стабілізації;

r VD1
= 25 Ом – диференційний опір стабілітрона.

Розраховуємо опір резистора R1

R1 = 0.9Uвых
/ I VD1
= 0.9´15 / 45´10-3
= 300 Ом. (4.44)

РR1
= 0.9Uвых
´I VD1
= 0.9´15´45´10-3
= 608´10-3
Вт. (4.45)

Відповідно до ряду Е24 вибираємо резистор типу С2-23 – 1.0 – 300 Ом ±5%.

Розраховуємо опір подільника R2R3

R23
= UVD1
/ ( 3´ Iп
) = 13.5 / ( 3 ´ 5´10-3
) = 900 Ом, (4.46)

де Iп
– струм втрат мікросхеми, А (5´10-3
А).

Розраховуємо опір резисторів R2 і R3:

R2 = 2 ´ R23
/ 3 = 2´ 900 / 3 = 600 Ом, (4.47)

R3 = R23
/ 3 = 900 / 3 = 300 Ом, (4.48)

РR2
= (3´ Iп
)2
´ R2 = 600´225´10-6
= 135´10-3
Вт, (4.49)

РR3
= (3´ Iп
)2
´ R3 = 300´225´10-6
= 67.5´10-3
Вт. (4.50)

Відповідно до ряду Е24 вибираємо резистори типу C2-24 – 0.25 620Ом ±5% і СП5-16Т 300 Ом ±5% відповідно.

Конденсатори С1 і С2 мають ємності 100мкФ і 5мкФ відповідно.

5. Аналіз і оцінка помилок

Якість роботи компенсаційного стабілізатора напруги багато в чому залежить від розбросу параметрів електронних компонентів, що входять у його склад. Багато в чому це пов'язано з неможливістю виготовлення компонентів з однаковими параметрами. Сильний вплив на розброс параметрів має коливання температури навколишнього середовища і температури потужності розсіювання цих елементів. З метою зменшення коливань параметрів від температури потужності розсіювання для елементів високої потужності встановлюються радіатори. Фізичні явища в компонентах пристроїв, що викликають перехід у підмножину несправних станів, називаються дефектами. У залежності від структури системи дефект може породжувати або не породжувати помилку. Помилка не завжди наслідок дефекту. Та сама помилка може бути наслідком різних дефектів.

Таблиця 5.1 – Розрахунок роботи схеми на відмовлення.

Елементи схеми.	К-сть, шт	Інтенсивність відмовлень, ×10-6 1/год
Стабілітрони	2	0.12
Транзистори	1	0.1
------ // ------	4	0.28
Резистори	7	0.07
Резистор перм.	1	0.2
Місця паєк	40	0.04
Всього:		0.81

Розраховуємо наробіток на відмовлення

Т0
= 1 / l = 1 / 0.81´10-6
= 123456.79 год, (5.1)

де l - інтенсивність відмовлень.

Розраховуємо імовірність відмовлень

(5.2)

(5.3)

Будуємо графік імовірності відмовлень.

Рисунок 5.1 – Графік

Висновок

Курсовий проект виконаний відповідно до завдання на проектування, і отримані результати задовольняють вимоги діючих ДСТ на радіоапаратуру. За результатами перевірки й аналізу роботи схеми видно, що дана схема відрізняється високою працездатністю і наробітком на відмовлення. У даний момент найбільш перспективне використання компенсаційних стабілізаторів напруги на базі ІМС, тому що це знижує витрати на монтаж, зменшує енергоємність стабілізатора, зменшує його габаритні розміри, що позначається на вартості пристрою.

В даній схемі можливо установити елементи індикації про стан регулюючого елемента, про перевантаження компенсаційного стабілізатора, про наявність живильної напруги. Крім перерахованого вище можливо установити в схемі тепловий захист регулюючого елемента.

При виборі елементної бази виконувався порівняльний аналіз вітчизняного й імпортного асортименту радіоелементів. Аналіз проводився по якісних, технологічних і економічних показниках. У більшості випадків перевага була віддана на користь вітчизняних компонентів.

Список використаної літератури

1 Бандак М.І., Шабатура Ю.В., Ігнатенко О.Г. Електроніка в вимірюваннях. Навчальний посібник.-Вінниця: ВДТУ, 2001.- 167с.

2 Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 2-х томах: Т. 1. Пер. с англ. – 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Мир, 1993.

3 Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника. Электронные устройства информационной автоматики. Под общ. ред. А.А. Краснопришиной.- К.:ВШ, 1989.- 432 с.

4 Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Под ред. Найвельта – М. Радио и связь, 1985 г.

5 Карпенко П.Ф. Источники питания. Схемотехника компенсационных стабилизаторов напряжения. Методические указания. - Краснодар: изд.КПИ, 1992.

6 Електронні промислові пристрої./ Ю.М. Гусин, В.И. Васильєв, і ін. – М.: Высш. шк., 1988.– 303с.

7 Гершунский Б.С. Основы электроники и микроэлектроники.- К.: ВШ, 1989.- 423 с.

8 Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем. - К: Вища школа, 1983.- 240с.

9 Терещук Р.М., Терещук К.М., Седов С.А. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. Справочник радиолюбителя. – К: Наукова думка, 1989. – 820с.

10 Терещук Р.М., Терещук К.М., Седов С.А, Чаплинский А.Б., Фукс Л.Б. Малогабаритная радиоаппаратура. Справочник радиолюбителя. – К: Наукова думка, 1989.– 480с.

11 Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы. Справочник.– М: Солон, Микротех, 1996.– 176с.

12 Нефедов А. В., Савченко А. М., Феоктистов Ю. Ф. Зарубежные интегральные микросхемы для промышленной электронной аппаратуры. Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

13 С.Бирюков. Микросхемные стабилизаторы напряжения широкого применения.– Радио, 1990, №2.

14 Щербина А., Благий С. Микросхемные стабилизаторы серий 142, К142, КР142. - Радио, 1990, №8, с. 89, 90; № 9, с. 73, 74.

15 Нефедов А., Головина В. Микросхемы КР142ЕН12. - Радио, 1993, № 8, с. 41,42.

16 Нефедов А., Головина В. Микросхемы КР142ЕН18А, КР142ЕН18Б. - Радио, 1994, №3, с. 41, 42.

17 Нефедов А. Микросхемные стабилизаторы серии КР1157. - Радио, 1995, №3, с. 59, 60.

18 Нефедов А., Валявский А. Микросхемные стабилизаторы серии КР1162. - Радио, 1995, № 4,

с. 59, 60.

19 Овсянников Н. ИМС серии К403. - Радио,1992, №12, с.61.

20 www.chipinfo.ru

21 www.compitech.ru