Расчет параметрического стабилизатора

[dimamukhin]

Добрый день. Нужна Ваша помощь в расчете параметрического стабилизатора.

Схема простая, расчеты тоже, но у меня появилось несколько вопросов. С чем я к Вам и обращаюсь.

 

Есть схема

Входное напряжение 30В.

Нагрузка 1А. (допустим куллер на 12В и 1А).

Транзистор КТ817Б

Стабилитрон 1N5350B на 13В

 

Критерий выбора транзистора.

Uке=45В (подходит, т.к у меня входное всего 30В)

Ik(max)=3А (у меня всего будет 1А)

Рассеиваемая мощность P=1.3(Uвх-Uвых)*Imax=1.3(30-13)*1=22Вт У транзистора 25Вт. Подходит.

 

Дальше.

 

Считаем ток базы. Iб=Imax.нагр/h21; Iб=1/25=40mA.

Значит через наш стабилитрон должен проходить ток 40mA.

Если я правильно разобрался в таблице стабилитрона, то Izt - минимальный ток стабилизации равен 100mA, а максимальный Izm max =365ma.

А у меня ток стабилизации равен всего 40mA.

 

Значит мне нужно увеличивать ток базы или искать стабилитрон с меньшим током стабилизации. Я правильно понимаю ?

[Гость borman]

Добрый день. Нужна Ваша помощь в расчете параметрического стабилизатора.

Схема простая, расчеты тоже, но у меня появилось несколько вопросов. С чем я к Вам и обращаюсь.

 

Есть схема

Входное напряжение 30В.

Нагрузка 1А. (допустим куллер на 12В и 1А).

Транзистор КТ817Б

 

Стабилитрон 1N5350B на 13В

..................

Значит мне нужно увеличивать ток базы или искать стабилитрон с меньшим током стабилизации. Я правильно понимаю ?

 

Я бы поставил последовательно три линейных стабилизатора в корпусе ТО-220: L7824, L7818, L7812. На каждом бы падало 6В, и общее тепловыделение 20 ватт расходилось бы по 3 корпусам и радиаторам по 6 ватт на нос.

Изменено 8 Ноября, 2012 в 10:13 пользователем borman

[dimamukhin]

Я бы поставил последовательно три линейных стабилизатора в корпусе ТО-220: L7824, L7818, L7812. На каждом бы падало 6В, и общее тепловыделение 20 ватт расходилось бы по 3 корпусам и радиаторам по 6 ватт на нос.

 

Я бы и сам кренкой обошелся, но тут суть понимания вопроса в цифрах. Хочу разобраться.

[zubastik]

Izt - это не минимальный ток, а тестовый.

[dimamukhin]

А минимальный какой ?

[ivan_by]

посмотрите вот здесь _https://radiokot.ru/start/analog/practice/01/ , там хорошо описан ваш вопрос! :smile:

[dimamukhin]

посмотрите вот здесь _https://radiokot.ru/start/analog/practice/01/ , там хорошо описан ваш вопрос! :smile:

Я по этот статье и разбираю. Но вопрос не в этом.

Хочу понять, какой минимальный ток стабилизации стабилитрона, судя из datasheet?

Для чего стабилитроны отличаются по мощности?

[metrolog]

Ну и зачем тебе стабилизированное напряжение для кулера? Проще влепить проволочный резистор, а ещё лучше ШИМ на 555 м-сх.

 

Рассеиваемая мощность P=22Вт У транзистора 25Вт. Подходит.

Дима, так не делается.

Мы, конечно, не космические корабли запускаем, но запасик нужно брать побольше, 22Вт это уже пограничное значение.

 

Работа стабилизатора теоретически выглядит так:

Без нагрузки через стабилитрон протекает наибольший ток (который должен лежать между Imin и Imax стабилитрона). При подключении нагрузки ток текущий через Rбаласт распределяется на два потока Iб и Iстаб. Таким образом начальный ток стабилитрона уменьшается на значение Iб, но при этом он не должен падать ниже Imin стабилитрона.

Поэтому чтобы уменьшить влияние транзистора на режимы работы стабилитрона стараются минимизировать ток базы, применяя составные транзисторы. Стабилитрон - источник опорного напряжения, поэтому лучше грубо не вмешиваться в его жизнь :smile: .

В идеале ток через стабилитрон должен колебаться около значения Inom при любых режимах работы.

Изменено 8 Ноября, 2012 в 12:56 пользователем metrolog

[drummer]

МРБ №0969 _https://publ.lib.ru/ARCHIVES/M/''Massovaya_radiobiblioteka''/_''Massovaya_radiobiblioteka''_0900-0999_.html#0969

И старый добрый справочник МРБ №0940 _https://publ.lib.ru/ARCHIVES/M/''Massovaya_radiobiblioteka''/_''Massovaya_radiobiblioteka''_0900-0999_.html#0940

Изменено 8 Ноября, 2012 в 16:29 пользователем drummer

[Lexter]

...Хочу разобраться.

 

1. Ток базы транзистора равен току эмиттера, делённому на "h21" транзистора (чаще этот параметр называют "бета" - коэффициент передачи по току). По ТУ на КТ817Б "h21" равен 20. Ток базы при токе в нагрузку 1А будет 50 мА.

2. Номинальный ток стабилизации стабилитрона 1N5350B по даташиту - 100 мА. Значит через резистор должен протекать ток 100 мА (в стабилитрон) + 50 мА (в базу транзистора) = 150 мА.

3. Номинал резистора R = (30 - 13)В / 150 мА = 113 Ом. Ближайший номинал из ряда Е24 - 110 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе, равна I * U = 150 мА * 17 В = 2,55 Вт. Итого, берём резистор 110 Ом 5 Вт или два резистора 220 Ом 2 Вт в параллель.

4. Мощность, рассеиваемая на стабилитроне, равна 13 В * 100 мА = 1,3 Вт. Для корпуса типа DO допустимо на пределе. Будет очень горячий, градусов 80 - 90.

5. Напряжение на выходе (на эмиттере транзистора), будет равно Uст - Uбэ = 13 - 0,7 = 12,3 В.

6. Мощность, рассеиваемая на транзисторе, равна (30 - 12,3)В * 1 А + 0,7 В * 50 мА = 18 Вт. Без радиатора (и довольно приличного) такой пластмассовый корпус использовать нельзя.

 

Итого, схема работать будет, но она далеко не оптимальна.

Можно взять транзистор с h21 побольше (от 100 и выше) и стабилитрон с номинальным током стабилизации 5 - 10 мА, можно микросхему стабилизатора, но в любом случае при токе в нагрузку 1 А на транзисторе (или на микросхеме) будет рассеиваться мощность (30В - 12В) * 1 А = 18 Вт, то есть транзистор (или микросхема) - на радиаторе.

 

Чтобы не греть зря воздух, выход - импульсный стабилизатор. Или, что грамотнее, вентилятор на 27 В. :smile:

Изменено 9 Ноября, 2012 в 02:35 пользователем Lexter

[dimamukhin]

Lexter :smile:

Это то, что я и хотел услышать!

 

Про куллер я,наверное, зря сказал. Это все я для примера привел. Теоретически.

Главная задача была понять что лучше ,при имеющемся транзисторе :

- греть резистор со стабилитроном , для получения нужного тока базы.

- добавить в схем еще один транзистор.

 

И еще последнее. Ток в базу можно подовать до значения Imax.транзистора/h21 ?

[Lexter]

... Ток в базу можно подовать до значения Imax.транзистора/h21 ?

Без обид. Вспомнился анекдот про паровоз: "Всё понял. А куда лошадь впрягается"?

 

Если задавать ток в базу, то транзистор будет работать источником тока. Ток эмитера будет равен Iб*h21, если при этом токе напряжение на сопротивлении нагрузки будет меньше напряжения на коллекторе транзистора. Если ток в базу избыточен, то транзистор просто будет открыт (коллектор как бы замкнут с эмиттером), а ток в нагрузку будет определяться сопротивлением нагрузки и напряжением на коллекторе. Это называется режимом насыщения транзистора.

 

Данная схема включения транзистора называется "схема с общим коллектором" или, по-другому, "эмиттерный повторитель". Она рассчитывается так, чтобы транзистор находился в "линейном" режиме. При этом напряжение между базой и эмиттером практически постоянно и равно напряжению открывания p-n перехода. Для кремния это 0,6 - 0,7В. Другими словами, напряжение на эмиттере всегда "повторяет" напряжение на базе, но всегда на 0,7В меньше. Ток эмиттера равен (напряжение на базе - 0,7В)/сопротивление нагрузки, а ток базы - какой получится, зависит от h21 транзистора и равен Iэ/h21.

А вот чтобы установить на базе нужное напряжение, ставят стабилитрон. Основная задача резистора Rб - задать нужный ток в стабилитрон. Но с "запасом". Ток в базу также течёт через этот резистор. Другими словами, через этот резистор течёт сумма этих токов. Ток через стабилитрон выбирают в несколько раз больше тока базы (выбором стабилитрона), чтобы при изменении тока базы ток через стабилитрон сильно не менялся.

Принцип работы этой схемы - напряжение на нагрузке определяется напряжением на стабилитроне минус 0,7В. Зависимость этого напряжения от входного и от тока нагрузки слабая. Да, при изменении тока эмиттера изменяется ток базы, но он - только часть тока через резистор Rб. Да, ток через стабилитрон при этом меняется. Но на то он и стабилитрон, что при изменении тока через него (в допустимых пределах), напряжение на стабилитроне практически не меняется. А значит, практически не меняется и напряжение на нагрузке, равное (Uст - 0,7В).

 

Чем плоха эта схема, так это тем, что стабильность напряжения на выходе получается даже хуже, чем стабильность напряжения на стабилитроне. Напряжение база-эмиттер изменяется с температурой (2мВ/градус) и немного зависит от тока эмиттера. Практически, стабильность напряжения на выходе такой схемы получается примерно плюс-минус 0,1В. Ну и, естественно, КПД слишком низкий. Определяется отношением выходного напряжения к входному, плюс потери на цепь стабилитрона. Для данных 30В входного и 12В выходного при самом лучшем транзисторе и стабилитроне КПД никогда не будет выше 40%.

Такую схему применяют, когда особо стабильное выходное напряжение не требуется, а входное очень нестабильное или с пульсациями. Для лучшего подавления пульсаций параллельно стабилитрону ставят конденсатор, но только в тех случаях, когда допустимо плавное нарастание выходного напряжения при включении.

 

Улучшить температурную стабильность этой схемы можно, поставив последовательно со стабилитроном диод в прямом включении. Тогда при изменении температуры напряжение "база-эмиттер" и напряжение на диоде будут меняться почти одинаково, и напряжение на эмиттере будет практически равно напряжению на стабилитроне.

 

Да, про составной транзистор. Стабильность выходного напряжения будет ещё вдвое хуже, так как последовательно включены два p-n перехода "база-эмиттер". Выходное напряжение будет равно (напряжение на стабилитроне - 0,7 * 2) плюс-минус 0,2В.

Изменено 11 Ноября, 2012 в 00:38 пользователем Lexter