Стабилизатор напряжения импульсный
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ом номиналов элементов.
Выходное сопротивление (его среднее значение) источника сигнала с выхода стабилизатора
Rвых дн = 0,5 (R1 + 0,5 R2) = 0,5 (10 + 0,5 * 10) 7,5 кОм.
В качестве основного элемента источника опорного напряжения возьмем стабилитрон КС182Ж. Его параметры [5]:
Uст = 8,2 B; Iст мин = 0,5 мA;
Р = 125 мВт;Iст мак = 15 мА.
Для получения напряжения на делителе ИОН (резисторы R5 R6), равного Uн / 2
R6 / (R6 + R5) = Uн / (2 Uст) = 12 / (2 * 8,2) = 0,73.
Обозначим эту величину через р. С другой стороны, выходное сопротивление ИОН должно быть равно выходному сопротивлению делителя т.е.:
R5 R6 / (R6 + R5) = Rвых дн = 7,5 кОм.
Из этих выражений получаем:
R5 = 7,5 / 0,73 10 кОм,= Rвых дн / (1 - р) = 7,5 / (1 - 0,73) = 27,8 кОм 27 кОм.
Ток через делитель стабилитрона R5 R6
Iд ст = Uст / (R5 + R6) = 8,2 / (10 + 27) 0,22 мА.
Зададимся током стабилитрона Iст = 1,78 мА. Тогда
R4 = (Uн - Uст) / (Iст + Iд ст) = (12 - 8,2) / [(1,78 + 0,22) 10-3] 1,9 кОм 2 кОм.
Возьмем = R8 = 100 кОм,
что обеспечивает выполнение требований выражения (3.3).
Для получения необходимого коэффициента усиления сопротивление в цепи обратной связи
R9 = R10 = R7 * Ку = 100 * 14,4 = 1,44 МОм 1,43 МОм.
В качестве операционного усилителя применим ИМС К140УД23 - быстродействующий ОУ с полевыми транзисторами на входе. Ее параметры, необходимые для обоснования выбора [6]:
КОУ > 50 000:КОСС > 80 дБ;вх > 100 МОм;Uсм 10 МГц.DIсм =2 10-10 A;син мак = 10 В;Uвых мак = 12 В;п = 5 ... 18 B;Iп = 3 мА.
Как видно из приведенных данных, ОУ допускает питание от однополярного источника напряжением 12 В, которые имеются в разрабатываемом стабилизаторе. В цепь обратной связи может быть включено сопротивление номиналом до 10 МОм, что больше выбранного.
.3 Генератор линейно изменяющегося напряжения
Схема генератора линейно изменяющегося напряжения треугольной формы изображена на рисунке 4.3. Он содержит два ОУ, первый из которых выполняет функции компаратора, второй - интегратора. Потенциометр R4 предназначен для регулировки амплитуды выходного треугольного сигнала, R5 - частоты следования.
Рисунок 4.3
Выбираем операционный усилитель К140УД23. Его параметры были приведены в предыдущем разделе. Также как для усилителя рассогласования питание осуществим от входного напряжения стабилизатора. Привязка выходного напряжения генератора к среднему уровню питающего напряжения реализована делителем из двух одинаковых резисторов R1 и R2, подсоединенных к выходному напряжению стабилизатора.
Длительность периода следования импульсов:
Т = 1 / fп = 1 / 40 103 = 25 мкс.
Сопротивления, подключенные к выходу компаратора, с одной стороны, являются его нагрузкой, с другой - определяют длительности перезаряда емкости. Минимальная величина будет у сопротивления R6, когда R5 будет выведен на минимум. Возьмем= 6,8 кОм.
Сопротивление R5 возьмем равным 2,2 кОм, что позволит уменьшить частоту следования импульсов более чем на 20%. Заданное значение частоты рассчитаем при среднем сопротивлении переменного резистора, т.е. при:
0,5 R5 + R6 7,9 кОм.
Напряжение на выходе компаратора DA1 меняется от примерно 1 до 11 В, т.е. примерно на 10 В. Отношение заданной величины амплитуды к этому изменению напряжения
a = Uамп / 10 = 2 / 10 = 0,1.
Полученное отношение определяет отношение резисторов в цепи обратной связи, охватывающей операционные усилители:
a = R7 / (R3 + R4)
Эти сопротивления могут быть большими, чтобы не создавать дополнительной нагрузки на ОУ. Возьмем = 91 кОм; R4 = 22 кОм; R7 = 10 кОм.
Тогда, чтобы разряд емкости С происходил за время tр = Т/2 = 12,5 мкс емкость конденсатора
С = tр / [a (R6 + 0,5 R5)] = 12,5 10-6 / (0,1 * 7,9 103) 15,8 нФ 15 нФ.
Ток перезаряда емкости:
IС = Uн / (R5 + R6) = 12 / 7900 1,5 мА.
Делитель напряжения питания, задающий среднее напряжение на инвертирующем входе DA1 и прямом DA2, образуем двумя одинаковыми резисторами= R2 = 15 кОм.
Ток в цепи этого делителя
I = Uн / (R1 + R2) = 12 / (15000 + 15000) 0,4 мА,
что значительно больше входных токов ОУ.
.4 Компаратор
В качестве компаратора используем микросхему К554СА3. Ее параметры приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1
ПараметрыЗначениеНапряжение питания Еп номинальное минимальное максимальное 15 В 5 В 36 ВСредний входной ток Iвх100 нАВремя задержки включения/выключения, не более200 нсДлительность переключения, не более0,1 мксВыходной ток200 мАНапряжение смещения нуля, не более3 мВТок потребления от источника питания5 мА
Из этих данных следует, что для питания ИМС можно использовать напряжение с выхода стабилизатора.
Функциональная схема компаратора стабилизатора приведена на рисунке 4.4.
Рисунок 4.4
Микросхема используемого компаратора является ИМС с открытым коллектором. На рисунке показан ее выходной транзистор, который необходимо подсоединить к положительному полюсу источника питания. Это соединение происходит через резистор R3, который также подключается к базе транзистора VT регулирующего элемента (РЭ). При закрытом транзисторе компаратора через него должен протекать ток базы насыщения (Iнас= 2,7 мА - см. раздел 2) транзистора VT и ток резистора R4. Приняв последний равным 0,1 Iнас находим:
R3 = Uп / (1,1 Iнас) = 12 / (1,1 * 2,7 10-3 )