электрические приборы и машины
 
 
   
 
   
 
 
     
 

Расчет стабилизатора

Примеры расчета стабилизаторов

Пример I. Рассчитать стабилизатор тока на ток Iст = 12 ма. Стабилизатор должен обеспечить отклонения тока в нагрузке, не превышающие ±0,5 ма при изменении сопротивления нагрузки R = 12 ком на  ±30% и колебаниях питающего напряжения на ±10%.

По заданному току стабилизации (12 ма) в качестве регулирующей лампы можно выбрать лучевой тетрод 6П1П, обеспечивающий ток свыше 45 ма. Определяем пределы изменения сопротивления нагрузки:

Rн + 0,3Rн = Rн.макс = 12 + 0,3·12 = 15,6 ком;
Rн - 0,3Rн = Rн.мин = 12 - 3,6 = 8,4 ком.

Пределы изменения напряжения на нагрузке:

Uн.макс=IстRн.макс= 12·10-3·15,6·103 = 187 в:
Uн.мин=Iст Rн.мин= 12·10-3·8,4·103 = 187 в:

Минимальное напряжение на аноде регулирующей лампы выбираем в той части анодных характеристик, где анодный ток меньше зависит от анодного напряжения. Этому условно соответствует Uа.мин = 150 в.

Необходимо задаться падением напряжения на катодном сопротивлении R4 в пределах 50—200 в. Следует иметь в виду, что чем больше падение напряжения UR4, тем больше на этом сопротивлении будет входное напряжение стабилизатора. Задаемся значением UR4 = 100 в.

Допустимые пределы изменения напряжения на входе стабилизатора

Uвх.мин = Uн.макс + Uа.мин + UR4 = 187 + 150 + 100 = 437 в.

Входное питающее напряжение по заданию может меняться в пределах ±10%.
Тогда максимальное входное напряжение

Uвх.макс  = Uср·1,1 = Uвх.мин/0,9·1,1 = 437/0,9 1.1 = 535 в.

Максимальное анодное напряжение

Uа.макс = Uвх. макс—Uн.мин — UR4 = 535 — 101 — 100 = 334 в.

Рассчитываем максимальную мощность, рассеиваемую на аноде лампы 6П1П:

Pа.макс=Uа.максIст = 334·12·10-3 =4вт<Ра.доп= 12 вт.

Напряжение на экранной сетке Uс2 выбираем из следующих соображений:

  1. Величина Uс2 должна быть меньше Uа.мин, так как в противном случае ток экранной сетки может превысить анодный ток, и мощность, рассеиваемая на экранной сетке, превысит допустимую.
  2. Стабилизирующее действие схемы тем больше, чем меньше меняется ток экранной сетки Iс2 при изменении напряжения на аноде. Однако изменения напряжения на аноде тем сильнее влияют на ток Iс2, чем больше напряжение Uс2.
  3. Слишком малое напряжение Uс2 тоже нельзя выбирать из-за того, что при этом нельзя стабилизировать достаточно большие токи.

В нашем случае ток невелик и поэтому можно задаться Uс2 = 50 в.

Стабилизированное напряжение, которое необходимо обеспечить, чтобы UС2 = 50 в, определяется по формуле

Uст.с2=Uс2 + UR4=50+100= 150 в.

Такое стабилизированное напряжение может обеспечить стабилитрон СГ1П, с напряжением горения 150 в.

По анодным характеристикам выбранного тетрода 6П1П определяем напряжение смещения при Uа.мин, составляющее —4 в.

Ток экранной сетки определяется также по соответствующим характеристикам. При Uа.мин = 150 в, Uс2 = 50 в и Uс1 = -4в, искомый ток Iс2 = 1 ма.

Рассчитываем мощность, рассеиваемую на экранной сетке:

Рс2 = Uс2Iс2=50·1·10-3=0,05  вт < Рс2 доп = 2,5 вт

Рассчитываем сопротивление R4:

Полное изменение тока нагрузки, вследствие изменения входного напряжения, сопротивления и тока экранной сетки, рассчитываем по приближенной формуле

В нашем случае Uс2 невелико, поэтому слагаемым ΔIс2 можно пренебречь и тогда

т. е. ток Iст меняется на ±0,185 ма, что вполне удовлетворяет заданию.

Задавшись током делителя R1—R2—R3 (обычно в пределах 1 — 4 ма), рассчитываем суммарное сопротивление

Сопротивления, составляющие делитель, определяем из соотношения

Задавшись R3 = 39 ком, рассчитываем R1 и R2: R1= 14 ком; R2 = 22 ком.

Ограничивающее сопротивление Rогр находим, задавшись минимальным током через стабилитрон Iст.мин = 8 ма, по формуле

 

Сопротивление, компенсирующее изменения входного напряжения, определяем по приближенной формуле

R5 = (0,2 ÷ 0,5) μ Rк = 0.3 · 300 · 8,4 = 750 ком

Схема рассчитанного стабилизатора тока приведена на рис. 129.

Рис. 129. Схема к примеру расчета электронного стабилизатора тока.

Пример 2. Рассчитать электронный стабилизатор напряжения, обеспечивающий стабилизированное напряжение Uст = 300 в при токе нагрузки 50 ма. Напряжение сети 220 в изменяется в пределах от 200 до 230 в.

В задании не предъявляется особых требований к качеству стабилизации. Поэтому можно использовать схему электронного стабилизатора напряжения с одним усилителем; в качестве регулирующей лампы выбираем тетрод 6П1П в триодном соединении.

 

Источником опорного напряжения выбираем стабилитрон СПП (напряжение стабилизации 150 в) и в качестве усилительной лампы используем один из триодов лампы 6Н2П с напряжением на аноде 150 в (рис. 130).

Рис. 130. Схема к примеру расчета электронного стабилизатора напряжения.

В выбранной схеме стабилитрон питается от стабилизированного напряжения, поэтому анодный ток можно считать постоянным и небольшим. Задаемся значением опорного тока Iоп= 10 ма. Тогда общий ток стабилизатора

I = Iн + Iоп = 50 + 10 = 60 ма

Напряжение на входе стабилизатора (на выходе выпрямителя) является суммой заданного стабилизированного напряжения, которое требуется обеспечить на нагрузке, и падения напряжения на регулирующей лампе. Минимальное напряжение на последней будет при минимальном напряжении на входе. Для лампы 6П1П Uмин может находиться в пределах 120—150 в. Задавшись Uмин = 130 в, получаем

Uвх.мин = Uст + Uа.мин = 300 + 130 = 430 в.

Предполагая, что напряжение на входе стабилизатора меняется пропорционально изменению напряжения сети, находим

Напряжение на регулирующей лампе следует определить как разность между напряжением на входе стабилизатора и Uст = 300 в:

Uа.мин = 430 - 300 = 130 в;
Uа.ном =473 -300 = 173 в;
Uа.макс =494 - 300 =194 в.

Как видно, напряжение на регулирующей лампе доходит до 200 в и при токе 60 ма на аноде 6П1П будет рассеиваться мощность Ра = 12 вт > Pа.доп = 10 вт. Поэтому параллельно регулирующей лампе следует включить шунтирующее сопротивление Rш, которое разгрузит лампу.

При минимальном напряжении на аноде ток через шунтирующее сопротивление минимален, а ток через регулирующую лампу максимален. Следовательно, отрицательное напряжение смещения на управляющей сетке регулирующей лампы должно быть минимальным.

Воспользовавшись семейством анодных характеристик лампы 6П1П, выбираем Uс.мин = — 3 в при Uа.мин = 130 в. При этом анодный ток получается равным 40 ма.

Минимальный ток через шунтирующее сопротивление определяется как разность между общим током стабилизатора и током через регулирующую лампу:

Iш.мин = Iст — Iа.макс = 60 - 40 = 20 ма.

Сопротивление шунта

Ток через сопротивление шунта при напряжении на нем, равном  на Uа.ном,

Ток через сопротивление шунта при Uа.макс

Ток через регулирующую лампу при изменениях входного напряжения

Iа.ном = 60-26,5 = 33,5 ма;
Iа.мин= 60 - 30 = 30 ма.

Мощность Ра = UаIа, выделяемая на аноде регулирующей лампы при любых изменениях режима, должна быть меньше Ра.доп. Мощность, выделяемая в шунтирующем сопротивлении,

Рш = Uа.максIш.макс = 194·30·10-3= 6 вт.

Пользуясь семейством анодных характеристик 6П1П, по известным значениям Uа и Iа определяем напряжение смещения (в нашем случае это —2 в, —6 в, —12 в).

Величину анодной нагрузки Rа2 лампы 6Н2П выбираем равной 2Ri=98 ком.

Тогда анодный ток

Напряжение на аноде усилительной лампы

Uа2= Uст — | Uс1| — Uоп = 300 — 2 — 150 = 148 в.

Напряжение смещения на сетке лампы 6Н2П определяется при помощи ее анодных характеристик, по известным значениям Iа2 и Uа2.

Сопротивление делителя определяем, задавшись током через него порядка 1 ма:

Сопротивление нижнего плеча

Ограничивающее сопротивление в цепи стабилитрона

 
 
     
 
Copyright © 2012 Электродвигатели и трансформаторы
электрические приборы и машины
Rambler's Top100
Создание сайта Вебцентр