Разработка трёхканального стабилизатора тока (2)

Разработка трёхканального стабилизатора тока (2)

2 Расчёт номинальных значений элементов

Зададимся входным напряжением U0=1В. А также зададимся током I0, протекающим через транзистор VT1, равным 10 мА.

Тогда из формулы  (2) находим значение сопротивления R0:

                                                                                              (7)

Из формулы (3) выразим R4:

                                                                                           (8)

На  резисторе R4 должно падать примерно около 1 В. Поэтому зададимся UR4=1В.

Определяем сопротивление R4 по формуле (8):

По формулам (4) – (6) определяем сопротивления R1 – R3:

Поскольку ток, протекающий в нагрузке – это ток коллектора, а в расчётах был получен ток эмиттера, следовательно, есть небольшая погрешность. Разницей между этими токами является ток базы.

Определим коллекторные токи транзисторов VT2 – VT4 по формулам:

                                                                                       (9)

                                                                                    (10)

                                                                                    (11)

Подсчитаем ошибку между требуемыми и рассчитанными значениями тока в нагрузке по формулам:

                                                                (12)

                                                             (13)

                                                              (14)

3 Обоснование выбора типа элементов

Произведём расчёт мощности, рассеиваемой на каждом резисторе по формулам:

                                                                                  (15)

                                                                                 (16)

                                                                                (17)

                                                                              (18)

                                                                                (19)

Из данного расчёта следует, что можно использовать резисторы с рассеиваемой мощностью .

Выбираем резисторы МЛТ типа:

R0 МЛТ-0,25-100 Ом±5%

R1 МЛТ-0,25-100 Ом±5%

R2 МЛТ-0,25-10 Ом±5%

R3 МЛТ-0,25-20 Ом±5%

Выбор транзисторов произведём с учётом тока коллектора IК и напряжения на участке коллектор-эмиттер UКЭ.

Через транзистор VT1 протекает ток 10 мА, через VT2 – 10 мА, через VT4 – 50 мА, следовательно, для них можно использовать транзистор КТ3102А. Это кремниевый планарно-эпитаксиальный n-p-n транзистор c нормированным коэффициентом шума со следующими параметрами:

— Напряжение коллектор – эмиттер  UКЭ max=50 В;

— Коэффициент передачи тока h21Э=100…250;

— Напряжение коллектор – база UКБ max=50 В;

— Напряжение  эмиттер – база  UЭБ  max=5 В;

— Рассеиваемая мощность на коллекторе PК max=250 мВт.

— Максимальный ток коллектора в импульсном режиме  IК.И.МАХ=200 мА;

— Максимальный ток коллектора IК МАХ=100 мА;

— Емкость коллекторного перехода СК≤6 пФ;

Через транзистор VT3 протекает ток 100 мА, следовательно, для него можно использовать транзистор КТ3117А. Это кремниевый планарно-эпитаксиальный n-p-n транзистор со следующими параметрами:

— Напряжение коллектор – эмиттер  UКЭ max=60 В;

— Коэффициент передачи тока h21Э=40…200;

— Напряжение коллектор – база UКБ max=-30 В;

— Напряжение  эмиттер – база  UЭБ  max=4 В;

— Рассеиваемая мощность на коллекторе PК max=300 мВт.

— Рассеиваемая мощность на коллекторе в импульсном режиме     PК max=800 мВт.

— Максимальный ток коллектора в импульсном режиме  IК.И.МАХ=800 мА;

— Максимальный ток коллектора IК МАХ=400 мА;

— Напряжение насыщения коллекторно-эмиттерное UКЭ НАС≤0,6 В;

— Напряжение насыщения базо-эмиттерное UБЭ НАС≤1,2 В;

— Емкость коллекторного перехода СК<10 пФ;

— Емкость эмиттерного перехода СЭ<80 пФ. /4/

Для выбора операционного усилителя необходимо определить, какой выходной ток он должен обеспечивать. Поскольку выход операционного усилителя соединён с базами всех транзисторов, значит необходимо подсчитать сумму всех базовых токов. Определим эти токи по формулам:

                                                                                 (20)

                                                                                  (21)

                                                                                  (22)

                                                                                    (23)

Определяем сумму базовых токов:

                                                 (24)

Следовательно, операционный усилитель должен иметь выходной ток свыше 3,2 мА, также его внутреннее сопротивление должно быть свыше  106 Ом.

Данным требованиям удовлетворяет операционный усилитель К140УД6А. Это операционный усилитель общего назначения с внутренней частотной коррекцией и защитой выхода при коротких замыканиях нагрузки со следующими параметрами:

— Выходной ток IВЫХ=10 мА;

— Напряжение питания UИП1=(15+1,5) В, UИП2=(-15+1,5) В;

— Потребляемый ток IПОТ≤2,8 мА;

— Средний входной ток IВХ=30 нА;

— Разность входных токов ∆IВХ≤10 нА;

— Напряжение питания UИП1=(15+1,5) В, UИП2=(-15+1,5) В;

— Напряжение смещения UСМ=+5мВ;

— Коэффициент усиления Ку>70000;

— Входное сопротивление RВХ>3 МОм.

Выводы

В результате выполнения данной курсовой работы был произведён анализ принципа действия трёхканального стабилизатора тока, а также  был произведён расчёт номинальных значений. После этого были выбраны типы элементов. Поскольку присутствует небольшое отличие между рассчитанными и требуемыми значениями токов в нагрузке, была рассчитана ошибка, которая составила 1% для первого и третьего токов, и 2,5% для второго тока.