Стабилизация тока стабилитронов

Ток стабилитронов рис. 17 задаётся резистором R1, подключённым к источнику питания. Изменение напряжения источника приводит к изменению тока стабилитронов, их сопротивления и в конечном итоге влияет на выходное напряжение стабилизатора.

Для уменьшения влияния изменения напряжения U_И на параметры стабилизатора необходимо обеспечить постоянство тока стабилитронов. Обычно для этого используют специальную схему – источник стабильного тока.

Напряжение на базе транзистора VT2 рис. 19 застабилизировано с помощью стабилитрона VD3, поэтому транзистор включён по схеме общая база.

Ток коллектора транзистора VT2 задаёт ток стабилитронов VD1, VD2и ток базы транзистора VT1.

При выборе транзистора VT1 было принято напряжение U_КЭ = 10 В. При этом напряжение U_КБ составляет 9,2 В (потенциал базы транзистора VT1 выше потенциала эмиттера на 0,8В). Это напряжение приложено к цепи транзистора VT2 (U_Rэ+ U_ЭК = U_КБ) и его следует поделить поровну между транзистором и резистором, т.е. U_Rэ = U_ЭК = 4,6 В.

1. Выбор транзистора VТ2.
С целью уменьшения сопротивления r_СТ стабилитронов VD1 и VD2зададимся допустимым током через них равным 20 мА.

Учтём также ток базы транзистора VT1 I_Б = 1,2 мА.

По транзистору VT2 и по резистору R_Э должен протекать ток, равный I_К2 = (I_СТ + I_Б) = 21,2 мА.

По полученному току коллектора выбирается транзистор VT2. Допустимый ток коллектора должен быть больше полученного в расчёте. Проверяется допустимая мощность рассеяния транзистора VT2.

Р_Кдоп > U_КЭ∙I_K = 4,6∙21,2 ≈ 100 мВт.

По допустимой мощности и току коллектора выбирается транзистор из таблицы 3. Например, применить транзистор малой мощности типа КТ203В.

2. Сопротивление R_Э.
Сопротивление R_Э = U_Rэ/I_Rэ = 4,6 В/21,2 мА = 219 Ом.

Примем номинальное значение сопротивления R_Э = 220 Ом.

3. Выбор стабилитрона.
Напряжение на сопротивлении R_Э равно U_Rэ= 4,6 В. Напряжение
U_БЭ2 = 0,8 В. Напряжение U_Б2 = (4,6 + 0,8) = 5,4 В. Это напряжение задаётся стабилитроном VD3.

По справочным данным выберем стабилитрон КС156А с напряжением стабилизации U_CT = 5,6 В.

4. Вычисляем величину сопротивления R1.

Зададим ток стабилитрона VD3 равным 5 мА. При минимальном напряжении источника U_П по сопротивлению R1 будет протекать ток 5 мА. Прикладывается напряжение U_П за вычетом напряжения на диодах VD3 (5,3 В) и VD2 (U_К = 3,1 В). Эти напряжения в сумме дают U_R1=8,4 В. Тогда сопротивление
R1= (20 – 8,4)/5 =2,72 кОм.

Выбираем номинальное значение (округлив в меньшую сторону), например 2,7 кОм (ряд Е24), на схеме обозначается 2К7.

Вычисляется мощность рассеяния на резисторе и выбирается его тип.

Поскольку принято иное значение сопротивления резистора, то следует вычислить фактическое значение тока I_R1 = (20 – 8,4)/2,7 = 4,3 мА. Рассеиваемая резистором мощность P_R1= I_R1·U_R1=4,3 мА·8,4 В = 26 мВт.·Можно выбрать резистор с мощностью 1/8 Вт.

5. Определяем реальные сопротивления диодов VD1 и VD2.

По диоду VD1 течёт ток 20 мА (стабилитрон КС170А), по диоду VD2 (диод КС131А) течёт ток 24,3 мА (ток I_К2 и ток стабилитрона VD3). Воспользуемся графиками рис. 20, на которых указаны токи, протекающие по стабилитрону. Проведем сечения (штрихпунктирные линии) для напряжений стабилизации и токов, протекающих по стабилитронам.

Согласно построению сопротивление диода VD1 составляет примерно 10 Ом, сопротивление диода VD2 примерно 21 Ом. Общее сопротивление, включённое в цепь базы транзистора VТ1, составляет 31 Ом (r_СТΣ = 31 Ом).