Методические указания по выполнению курсовой работы студентов по дисциплине «Элементная база телекоммуникационных систем» составлены на основании государственных требований к минимуму содержания и уровню под- готовки дипломированного специалиста по направлению 11.03.02 – «Инфокоммуникационные технологии и системы связи».

Курсовая работа является неотъемлемой частью учебного процесса и входит в учебную нагрузку студентов по самостоятельной работе.

Курсовая работа выполняется в третьем семестре.

Материал курсовой работы не выходит за рамки программы курса «Элементная база телекоммуникационных систем» и материала, изучаемого на лекциях и практических занятиях.

Курсовая работа ставит своей целью закрепить знания, полученные при изу- чении теоретической части дисциплины в частности, применения полупроводни- ковых диодов и транзисторов, привить студентам навыки самостоятельной рабо- ты по разработке и анализу схем телекоммуникационных систем, пользование справочной и специализированной литературой.

Руководство содержит краткое описание элементной базы, используемой в курсовой работе, что позволяет студентам заранее подготовиться к выполнению работы, грамотно выполнить работу и в итоге защитить ее.

В заключение руководства приведены требования по оформлению курсовой работы.

В приложении имеется нормативный и справочный материал по элементной базе, используемой в работе.

Стабилизаторы, рассматриваемые в курсовой работе, широко используются в зарядных устройствах, в качестве источников питания маломощных радиоэлек- тронных устройств. Источники питания РЭА будут рассмотрены далее в специ- альном курсе.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Полупроводниковые диоды

• • 1. Выпрямительные диоды

Полупроводниковым диодом называют двухэлектродный полупроводнико- вый прибор, содержащий один или несколько электрических переходов (p—n-переходов или переходов металл-полупроводник).

Области применения полупроводниковых диодов определяются их вольт- амперными характеристиками и параметрами.

Под вольтамперной характеристикой (ВАХ) полупроводникового диода по- нимают зависимость тока через диод I от приложенного к нему напряжения U. Для вольт-амперной характеристики идеализированного p—n-перехода справед- лива следующая формула (уравнение Шокли):

 U 

I  I  

e T

0 



1

, (1.1)





где I₀ – обратный ток насыщения; φ_T – температурный потенциал; U – напряжение на переходе .

kT

Температурный потенциал

T  q ,

где k – постоянная Больцмана;

T – температура по шкале Кельвина;

q – заряд электрона.

Температурный потенциал имеет размерность напряжения и при температу- ре 20⁰С φ_T ≈ 26 мВ.

График вольтамперной характеристики, построенный согласно уравнению (1.1), приведен на рис. 1. На характеристике принято выделять прямую ветвь, со- ответствующую прямому напряжению на p—n-переходе, и обратную ветвь, соответствующую обратному напряжению на p—n-переходе. Прямое напряжение считается положительным, а обратное – отрицательным. При увеличении прямого напряжения ток резко возрастает и при изменении напряжения на 60 мВ ток изменяется на порядок.

При увеличении обратного напряжения обратный ток идеализированного p-n-перехода сначала быстро возрастает до значения I₀, а затем остается неизменным.

I Прямая ветвь

Уравнение вольтамперной характеристики можно разрешить относительно напряжения:

U  T

I₀

ln I

 I0 I0

(1.2)

Обратная

Продифференцировав это соотношение, най-

U дём дифференциальное сопротивление p-n-перехода

ветвь

Рис. 1. Вольтамперная ха- рактеристика p-n-перехода

rдиф

 dU

dI

 T

I  I0

. (1.3)

При прямом напряжении дифференциальное сопротивление r_диф уменьшается с ростом тока I.

При температуре Т = 300 К и прямом токе I = 1 мА получаем r_диф = 26 Ом, т. е. при прямом напряжении дифференциальное сопротивление p-n-перехода состав- ляет единицы Ом.

При обратном напряжении дифференциальное сопротивление перехода r_{диф. обр} резко увеличивается и при I→−I₀, r_{диф. обр}→ .

В реальных p-n-переходах необходимо учитывать объёмное сопротивление базы r_б, с учётом которого прямое напряжение на реальном диоде больше, чем на идеальном.

I

T₂>T₁

U

0

U

Рис. 2. Влияние температуры на характеристику перехода

С увеличением температуры падение напряже- ния на p-n-переходе, включенном в прямом направ- лении, уменьшается рис. 2.

Обратный ток в реальных p-n-переходах обу- словлен в основном тепловым током I₀.

Эта составляющая обратного тока сильно зави- сит от температуры и практически не зависит от приложенного напряжения.

Вольтамперная характеристика перехода Шоттки (перехода металл-полупроводник) описывается тем

же уравнением и имеет тот же вид, что и вольтамперная характеристика p-n-перехода. Отличие вольтамперной характеристики перехода Шоттки от ха- рактеристики p-n-перехода заключаются в том, что прямое падение напряжения на переходе Шоттки на (0,2 ÷ 0,4) В меньше, чем на p-n-переходе с аналогичны- ми параметрами, изготовленном на основе кремния (рис. 3).

В реальных p—n-переходах при увеличении обратного напряжения наблюда- ется пробой, под которым понимают резкое увеличение

обратного тока. Различают три вида пробоя: тепловой, лавинный

и туннельный.

IПР

Переход Шоттки

0,2 ÷ 0,4 В

p—n-переход Si

UПР

Тепловой пробой обусловлен нагреванием p-n-перехода при протекании через него обрат- ного тока. Рост температуры p-n-перехода при- водит к росту обратного тока. Если количество теплоты, выделяемой в переходе, превышает количество отводимой теплоты, то этот процесс будет лавинообразно развиваться и закончится разрушением p-n-перехода.

0 0,5 0,7 В

Рис. 3. ВАХ перехода Шоттки

Лавинный пробой (рис. 4) возникает в p-n-переходах при невысокой степени легиро- вания. Напряжение лавинного пробоя очень

слабо зависит от тока, протекающего через p-n-переход. Температурный ко- эффициент напряжения лавинного пробоя положителен.

Туннельный пробой имеет место в сильно легированных p-n-переходах и связан с туннельным эффектом.

Напряжение туннельного пробоя не превышает 5 В и очень слабо зави-

сит от тока, протекающего через U2 p-n-переход.

Лавинный и туннельный пробои обра- тимы, если не переходят в тепловой.

На вольтамперную характеристику

U1 I

U

ТКН > 0

диода существенное влияние оказывает температура окружающей среды. При уве- личении температуры обратный ток насы-

Т2>Т1

Рис. 4. Лавинный пробой

щения увеличивается у кремниевых диодов примерно в 2,5 раза при измене- нии температуры на каждые 10°С.

Максимально допустимое увеличение обратного тока диода определяет допустимую температуру диода, которая составляет 150 ÷ 200 °С для крем- ниевых диодов.

Диоды общего применения характеризуются следующими основными параметрами:

– дифференциальное сопротивление диода на прямой ветви ВАХ при заданном токе;

rд 

U ПР

I

(1.4)

ПР

• сопротивление постоянному току в заданной точке ВАХ

R  U ПР О I

(1.5)

ПР

• температурный коэффициент напряжения (ТКН) прямой ветви ВАХ

ТКН

 UПР  2,5мВ /^о С

Т

(1.6)

• допустимый прямой ток анода Iадоп;
• обратное допустимое напряжениеUобр.доп.
  • 1. Специальный диод – стабилитрон

Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения. Их рабо- та основана на использовании явления электрического пробоя р-n-перехода при включении диода в обратном направлении.

Электрический пробой обратим, т. е. он не приводит к повреждению диода и при снижении обратного напряжения (или ограничения тока) свой- ства диода сохраняются.

При прямом включении при увеличении температуры падение напря- жения на стабилитроне уменьшается рис. 5

ТКН = ∆U_ПР/∆Т = – 2,5 мВ/°С (1.8)

Т

∆U_СТ

мА I_ПР

40

20

60⁰С 20⁰С ∆Т⁰С

∆I_ПР

UОБР

Электрический пробой

PКдоп

UСТ

∆Т⁰С

∆U_ПР

0,4 0,6 0,8 U_ПР В

IСТmax

Тепловой пробой

IОБР

Рис. 5. Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Если через стабилитрон протекает постоянный обратный ток, то при изменении температуры падение напряжения на нем также изменяется. При

напряжении более 5 В ТКН положительный, при напряжении менее 5 В ТКН

отрицательный, при напряжении 5 Вольт ТКН ≈ 0.

Стабилитрон как источник напряжения представляют эквивалентной схемой, приве- дённой на рис. 6.

rст

VD

UСТ

U_СТ – идеальный источник напряжения,

r_СТ – внутреннее сопротивление этого источ-

Рис. 6. Эквивалентная схема замещения стабилитрона

ника – дифференциальное сопротивление ста- билитрона, VD – идеальный диод с напряжени-

ем Uпр = 0 В.

Основные параметры стабилитронов и их типовые значения.

1. Напряжение стабилизации U_СТ – падение напряжения на стабили- троне при протекании заданного тока стабилизации (от нескольких долей вольта до сотен вольт).
2. Максимальный допустимый ток стабилизации IСТmax– наибольший ток стабилизации, при котором нагрев стабилитронов не выходит за допус- тимые пределы (от десятков миллиампер до единиц ампер).
3. Минимальный ток стабилизации IСТmin – наименьшее значение тока стабилизации, при котором режим пробоя устойчив, (единицы милли- ампер).
4. Дифференциальное сопротивление r_СТ – отношение приращения на- пряжения стабилизации к вызывающему его приращению тока стабилизации г_ст= ∆U_СТ/∆I_СТ (доли -десятки Ом). Дифференциальное сопротивление умень- шается при увеличении тока стабилизации.
5. Температурный коэффициент напряжения стабилизации ξ_СТ — относи- тельное изменение напряжения стабилизации ∆U_СТ при изменении темпера- туры окружающей среды на ∆Т ⁰С (ξ_СТ — тысячные доли процента).

Для стабилитронов этот параметр принято выражать в относительном изменении напряжения стабилизации

  UСТ  1 100 %/^ОC

(1.7)

СТ

U

t

СТ

1. Температурный коэффициент напряжения при прямом включении стабилитрона ТКН = ∆U_ПР/∆Т ≈ – 2,5 мВ/°С.
2. Максимально допустимая рассеиваемая мощность Р_ДОП = U_СТ·I_СТ max. Если выделяющаяся в виде тепла мощность превышает допустимую для

стабилитрона, то прибор начнёт перегреваться и может наступить тепловой пробой.

• • 1. Специальный диод – тиристор

Тиристорами называют полупроводниковые приборы с тремя и более взаимодействующими p-n-переходами.

В зависимости от числа выводов тиристоры делят на:

• • • • диодные (динисторы), имеющие два вывода — от анода и катода,
      • триодные (тринисторы), имеющие выводы от анода, катода и одной из эквивалентных баз,
      • тетродные, имеющие выводы от всех областей.

В процессе работы тиристор может находиться в состоянии:

• выключен или закрыт, в этом состоянии тиристор имеет высокое со- противление и ток через него практически равен нулю;
• включён или открыт, в этом состоянии тиристор имеет малое сопро- тивление, ток в цепи определяется внешним сопротивлением.
  • 1. Специальный диод – светодиод

Светодиод – прибор с p-n-переходом, излучающим свет при протека- нии через него прямого тока. По своим электрическим свойствам светодиод аналогичен обычному диоду. Отличие состоит в том, что напряжение отпи- рания при прямом включении составляет примерно 2 вольта.

Светодиоды применяются для индикации наличия напряжения (тока) в электрической цепи, как источники света.

• • 1. Обозначение диодов

В основу обозначений универсальных диодов положен буквенно-цифро- вой код вида

Х Х ХХХХ Х

1 2 3 4 5

1. – материал диода: Г или 1 – германий, К или 2 – кремний;

А или 3 – соединения галлия.

1. – подкласс прибора: Д – диоды выпрямительные и импульсные, С – стабилитроны,

У – триодный тиристор;

1. – функциональный параметр, подкласс прибора.
2. – число – порядковый номер заводской разработки.
3. – буква – классификация по параметрам (квалификационная литера).

Второй элемент – вид прибора – диод Д.

Следующие элементы характеризуют его эксплуатационные свойства. Например, диод общего применения КД101А расшифровывается как кремниевый диод малой мощности, разработки номер 01, разновидности А.

Условное графическое обозначение (УГО) диодов общего применения на принципиальных схемах приведено на рис. 7.

Один из электродов обозначается буквой А – анод, другой электрод – буквой К – катод.

А

К

IПР +

–

Если к аноду приложено положительное напря-

жение, а к катоду – отрицательное, то диод включен в

Рис. 7. Обозначение универсального диода

прямом направлении и открыт. На диоде выделяется напряжение U_ПР и течёт прямой ток I_ПР.

Если к аноду приложено отрицательное на- пряжение, то диод включён в обратном направлении и закрыт, через диод протекает обратный ток малой величины I_ОБР. Если приложенное обратное напряжение превышает напряжение пробоя, то происходит электрический пробой диода и в цепи потечёт ток.

На рис. 8 приведено УГО стабилитрона. В ос- нову обозначений стабилитронов положен тот же

А

К

буквенно-цифровой код, что и для диодов. Напри-

Рис. 8. Обозначение

стабилитрона

мер, обозначение стабилитрона КС153А расшиф- ровывается как кремниевый диод малой мощности

(серия 100), разновидности А. В отличие от выпрямительных диодов по- следние два цифры обозначают напряжение стабилизации U_СТ = 5,3 В.

А К

IА + –

УЭ

Рис. 9. Обозначение управляемого тиристора

На рис. 9 приведено УГО тиристора. Обо- значение соответствует управлению тиристора по катоду, УЭ – управляющий электрод.

Тиристоры также обозначаются буквенно- цифровым кодом:

• первый элемент – исходный материал;
• второй элемент – вид прибора: Н – диод-

ный тиристор – динистор (неуправляемый), У – триодный тиристор – (управляемый).

Рис. 10. Обозначение

Например, КУ201К – кремниевый, управляе- мый, средней мощности, 01 разработки, разно- видности К.

На рис. 10 приведено УГО светодиода.

Система обозначений светодиодов аналогична обозначениям прочих диодов. Второй компонент обозначения буква Л – светоизлучающий диод. Например, АЛС331 расшифровывается следующим образом: А – материал арсенид галлия, ЛС – матрица светодиодов. Последующие цифры обознача- ют номер разработки и эксплуатационные свойства.

Биполярные транзисторы

• • 1. Общие положения

Транзисторами называются полупроводниковые приборы с двумя взаимодействующими n-p-переходами. По чередованию переходов транзи- сторы бывают двух типов: p-n-p – транзисторы и n-p-n – транзисторы (рис. 11).

Средний слой транзистора называют базой (Б), один из крайних – эмит- тером (Э), другой – коллектором (К). Стрелка в обозначении эмиттера пока- зывает направление протекания положительного тока.

n-p-n — транзистор p-n-p — транзистор

База

Коллектор

Эмиттер

База

Коллектор

Эмиттер

Рис. 11. Структура биполярного транзистора n-р-n и р-n-р типа

В зависимости от того, какой из электродов транзистора является об- щим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения: с общей базой (ОБ) – рис. 12,а; с общим эмиттером (ОЭ) – рис, 12,б; и с об- щим коллектором (ОК) – рис. 12. в.

I_Э

ОБ

I

ОЭ

К

ОК

I_Э

Э

UЭБ

К

I

I_К

Э

Вход

Б

UКБ

Выход

I_б

б

I_б

UКЭ

UБЭ

I_Э

UКЭ

U_Б

I_К

а)

б)

в)

Рис. 12. Схемы включения биполярного транзистора

Наиболее часто применяется схема ОЭ, так как позволяет получить наибольший коэффициент усиления по мощности.

Схема ОК усиливает электрический ток и мощность, но не усиливает напряжение.

Схема ОБ обеспечивает усиление напряжения и мощности, но не уси- ливает ток.

Токи электродов транзистора связаны соотношением

I_Э= I_Б + I_К (1.8).

В транзисторе, включённом по схеме ОЭ, ток коллектора

I_К= α·I_Э + I_КЭО (1.9)

где α – коэффициент передачи тока эмиттера в коллектор (α=0,9,…;099);

I_КЭО – обратный ток коллекторного перехода, в схеме ОЭ равен току коллектора при разомкнутом выводе базы (I_Б = 0).

Подставив (1.8) в (1.9) получим

i   i

к б

1  

 1 iк0  B  iб 1

• B  iк0  B  iб
• iкэ0 .

(1.10)

В выражении (1.10) базы (в коллектор), т.е.

 

B  

1  

– статический коэффициент передачи тока

B  IК  IКБ0

IБ  IКБ0

. (1.11)

Так как I_КБО << I_К и I_КБО << I_Б, то коэффициент передачи тока базы

B  IК

IБ

. (1.12)

Статические вольт-амперные характеристики для схемы включения ОЭ

представлены на рис. 13. На рис. 13. а изображены входные характеристи- ки I_Б = ƒ(Uбэ) при U_КЭ = Const, на рис. 13. б – выходные I_К = ƒ(UКЭ) при

I_Б = Const.

На рис. 13,а показано построение характеристического треугольника для определения входного сопротивления транзистора в системе h – пара- метров

h11э  U БЭ

IБ

UКЭ  Const

. (1.13)

На рис. 13,б показано определение коэффициент усиления транзистора. Коэффициент определяется через приращения токов базы и коллектора при постоянном напряжении U_КЭ (на рисунке U_КЭ = 5 В)

B  h21Э

 IК

IБ

UКЭ

Const

(1.14)

Для транзисторов малой мощности (Р_К < 300 мВт) этот параметр определя- ется при напряжении U_КЭ = 5 В. Для транзисторов средней мощности (Р_К < 3 Вт) – при напряжении U_КЭ = (10 ÷ 15) В.

I_К

∆I_К

∆I_Б= I_Б4 – I_Б3

IБ6 IБ5

IБ4 IБ3

IБ2

I_Б

∆I_Б

U_KЭ= 5 B

∆U_БЭ

UБЭ

мВ

а)

5 В UKЭ

б)

Рис. 13. Вольт-амперные характеристики биполярного транзистора Определение выходной проводимости транзистора h_22Э в системе

h-параметров показано на рис.14.

h22Э  I_К

U _КЭ

I Б  Соnst . (1.15)

Обратная выходной проводимости

I_К

IБ6 IБ5

IБ4

∆I_К IБ3

IБ2

∆U_КЭ

величина определяет дифференциаль- ное сопротивление коллекторного пе- рехода

r*  U _КЭ

к I _К

IБ  Соnst

(1.16)

UKЭ

Рис.14. Определение выходной проводимости h_22Э

Его значение находятся в пределах 10 ÷ 100 кОм.

Дифференциальное сопротивление перехода эмиттер–база r_Э зависит от постоянной составляющей тока эмиттера

Т 0,026

r





Э

I

I

Э Э

(1.17)

Ом.

Значение сопротивления г_Э лежит в пределах от единиц до десятков

Объёмное сопротивление базы

r_б = h_11э – (В + 1)∙r_Э, (1.18)

Обычно г_б >> г_Э и для маломощных транзисторов составляет (100 ÷ 500) Ом.

• • 1. Система обозначения транзисторов

В основу системы положен буквенно-цифровой код.

Первый элемент (цифра или буква) обозначает исходный полупровод- никовый материал аналогично диодам.

Второй элемент определяет подкласс прибора. Т – подкласс транзистор биполярный.

Третий – функциональные возможности транзистора – допустимую мощность рассеяния и граничную частоту.

Четвёртый – порядковый номер разработки технологического типа транзистора. Обозначается цифрами от 01 до 99 (в последнее время появились разработки с номерами от 101 до 999)

Пятый – обозначает дополнительные параметры транзистора в данной разработке. Они обозначают буквами русского алфавита

Например, транзистор КТ301А – кремниевый транзистор биполярный, высокочастотный, малой мощности, номер разработки 01, разновидности А.

Обозначение транзистора на принципиальных схемах нормировано и приведено на рис. 11 и 12. Направление стрелки эмиттера показывает поло- жительное направление тока эмиттера.

Изображение транзистора с выводами можно поворачивать на 90 граду- сов. Стандарт разрешает не изображать окружность.

• • 1. Допустимые электрические и тепловые параметры

Максимально допустимые напряжения это такие предельные напряже- ния, при которых транзистор не теряет своих электрических свойств. Пре- вышение этих напряжений не допускается, т.к. может наступить электриче- ский пробой р-n-переходов транзистора. В справочниках приводятся значе- ния допустимых напряжений U_КБmах, U_КЭmах, U_ЭБmах.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора Pк.max – наибольшая мощность, рассеиваемая коллектором транзистора при темпера- туре окружающей среды Т_С (или корпуса T_К).

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Параметрический стабилизатор применяют в случаях, когда требуется получить стабильное напряжение при относительно малой электрической мощности рассеяния в сопротивлении нагрузки. В качестве нелинейного элемента, обеспечивающего стабилизацию выходного напряжения, приме- няют стабилитроны.

Принцип работы стабилизатора

Схема параметрического стабилизатора напряжения приведена на рис.15. Стабилитрон представлен схемой замещения, включающей диффе- ренциальное сопротивлением r_СТ, идеальный источник напряжения U_СТ и идеальный диод VD. Сопротивление R₀ ограничивает ток стабилитрона та- ким образом, чтобы мощность рассеяния на стабилитроне не превышала до- пустимую.

Работа стабилизатора состоит в следующем. Например, при увеличении напряжения источника напряжения U_И на величину ∆U_И электрический ток через стабилитрон VD увеличивается на величину ∆I_CT. Это приводит к увеличению падения напряжения на ограничительном сопротивлении R₀ и уменьшению изменения напряжения на сопротивлении нагрузки.

R₀

IВХ

+

U_И

–

IСТ

I_Н RH

rCТ

U_H = U_CT

а) б)

ICT

Рис. 15. Расчетная схема параметрического стабилизатора напряжения

При включении идеального диода в прямом направлении его сопро- тивление равно нулю, также равно нулю собственное сопротивление иде- ального источника напряжения. В режиме стабилизации сопротивления r_СТ и R_H включены параллельно и образуют делитель напряжения с сопротивлением R₀. При изменении U_И на величину ΔU_И напряжение нагрузки U_Н изменится

на величину

UН

 UИ  rСТ // RН .

RO  rСТ // RН

Так как r_СТ << R_Н, то r_СТ//R_Н ≈ r_СТ и

UН

 UИ  rСТ .

RO  rСТ

Подставляя эти соотношения в формулу, получим выражение для ос- новного параметра стабилизатора – коэффициент стабилизации

КСТ

 UИ

UН

 UН UИ

 UН

UИ

 RО  rСТ rСТ

 UН

UИ

 RО .

rСТ

(2.1)

Из уравнения (2.1) следует, что коэффициент стабилизации напряжения тем больше, чем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона и больше сопротивление R₀.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона r_СТ существенно зави- сит от величины тока, протекающего через стабилитрон. Чем ток больше, тем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона и выше значе- ние коэффициента стабилизации (рис 15,б).

Подставив в (2.1) значения напряжений, выраженные через соответст- вующие токи и сопротивления U_Н = I_HR_H и U_И = (I_H+I_CT)R₀+ I_HR_H, получим

КСТ

 IН  RН

IН  ( RО  RН )  IСТ  RО

 RO rСT

(2.2)

Как видно из уравнения (2.2), вопрос относительного влияния сопро- тивления R₀ и дифференциального сопротивления r_СТ на коэффициент ста- билизации параметрического стабилизатора значительно сложнее, чем ка- жется при анализе уравнения (2.1).

Параметры элементов стабилизатора выбирают таким образом, чтобы удовлетворялось условие

UИ min

• R 

UИ max

(2.3)

IН max  IСТ min

^O IН min

 IСТ max

где U_Иmах и U_Иmin – максимальное и минимальное значение напряжения источника питания;

I_Hmax и I_Hmin – максимальный и минимальный токи нагрузки;

I_CTmax и I_CTmin – максимальный и минимальный допустимые токи через стабилитрон.

Если неравенство не удовлетворяется, то реализовать параметриче- ский стабилизатор напряжения, имеющий заданные параметры, нельзя и необходимо применять иные схемотехнические решения.

Основные параметры стабилизатора

Стабилизатор характеризуется следующими основными параметрами:

1. Коэффициент стабилизации

КСТ

 UИ / UИ

UН / UН

 UН

UИ

 UИ UН

, (2.4)

где U_Н – выходное напряжение стабилизатора;

U_И – напряжение источника питания на входе стабилизатора;

ΔU_И – изменение напряжения источника питания вызвавшее изме- нение выходного напряжения на величину ΔU_Н.

Коэффициент стабилизации показывает насколько изменится выходное стабилизируемое напряжение при изменении входного напряжения.

1. Выходное сопротивление стабилизатора

ΔU_СТ

RВЫХ =

ΔI_Н

(2.5)

где ΔU_СТ = ΔU_Н – изменение напряжения стабилизации при изменении тока нагрузки на величину ΔI_Н.

1. Коэффициент температурной нестабильности ТКН

ТКН = ΔUСТ

UСТ

1 100%/град

(2.6)

где ΔU_СТ – изменение напряжения стабилизации при изменении темпе- ратуры на ΔТ градусов раздел 1.1.2.

ΔТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТАБИЛИЗАТОРА

Структурная схема стабилизатора

Структурная схема стабилизатора представлена на рис. 16.

ИП – источник питания стабилизатора, СЭ – силовой элемент — транзистор,

ИОН — источник опор- ного напряжения — ста- билитрон, СЗ – схема защиты, И — индикация состояния стабилиза- тора, Н – нагрузка

ИОН

СЭ

И

СЗ

Н

ИП

Рис. 16. Структурная схема стабилизатора

просы проектирования

стабилизатора.

Общие во-

При выборе элементов схемы руководствуются минимально возмож- ными параметрами. Например, если по расчёту получается мощность, вы- деляющаяся на резисторе равна 0,25 Вт, то элемент следует выбирать на эту мощность, возможно с небольшим запасом. Без необходимости не сле- дует выбирать элемент высокого класса. Например, во многих электрон- ных схемах вполне устраивает разброс параметров резисторов ±5%, что со- ответствует ряду Е24 (приложение 1).

При выборе режимов работы элементов и схем следует выбирать ми- нимально возможные значения токов и напряжений.

Определение исходных данных

По соотношениям (2.6, 2.7) оценивается возможность использования параметрического стабилизатора (рис. 15). Если параметрический стабили- затор не может обеспечить требуемый ток нагрузки, то можно попытаться включить транзистор для увеличения выходного тока стабилизатора (рис. 16). Введение транзистора VТ позволит увеличить ток нагрузки

IH в В раз по сравнению с допустимым током стабилитрона. В – статиче- ский коэффициент усиления тока транзистора. В схеме использован эмит- терный повторитель напряжения стабилитрона VD.

VT

R1 IБ

U_КЭ = 10 В

VD IH

U_И

RН U_Н = 10 В

Рис. 16. Параметрический стабилизатор с усилителем тока

Выбор транзистора

Порядок выбора элементов стабилизатора рассмотрим на примере (ва- риант 0). Напряжение стабилизации U_СТ = 10±0,1 В, номинальное значение тока нагрузки I_Н = 50±10 мА. Таким образом, необходимо обеспечить рабо- ту стабилизатора при I_Hmax = 60 мА. Такой ток эмиттера могут обеспечить транзисторы средней мощности серий 401-499 или 501-599 [10, 11].

Транзистор включён по схеме с общим коллектором, поэтому можно принять, что ток коллектора равен току эмиттера I_К ≈ I_Э. Кроме того нагруз- ка включена последовательно в цепь эмиттера транзистора, поэтому I_Э = I_Н.

1. Выбор транзистора.

Транзистор выбирается по максимальному значению тока коллектора

I_Kmax и допустимой мощности рассеяния. При выборе руководствуются сле- дующим: максимальный ток коллектора, указанный на ВАХ, должен лежать в пределах (1,1÷1,5)∙I_Hmax. Не следует выбирать транзисторы со слишком боль- шим запасом по допустимому току. В примере выбирается транзистор с током коллектора 65 мА ≤ I_Kmax ≤ 100 мА. Для указанного условия подходит тран- зистор типа КТ611В (таблица 4).

1. Определяется коэффициент усиления В по вольт-амперным коллек- торным характеристикам выбранного транзистора В = ∆I_K/∆I_Б при напряже- нии U_KЭ = 10 В (характеристики позиции 5.2.8). Методика определения по- казана на рис. 13 б. Для выбранного транзистора получаем В ≈ 50.
2. Определяется необходимый максимальный ток базы

I_Бmax= I_Кmax/В = 1,2 мА.

1. Для нормальной работы транзистора средней мощности напряжение между коллектором и эмиттером должно быть не менее 10 вольт. Примем напряжение U_КЭ = 10 В. При этом минимальное напряжение на коллекторе оказывается равным U_Kmin= U_Иmin= 20 В рис.16. По заданию напряжение ис- точника питания может изменяться в диапазоне ±15%, что составит 24,0 ±3,6 В, U_Иmах= 27,6 В. Таким образом, к транзистору прикладывается максимальное напряжение U_КЭmax = U_Иmах – U_Н = 27,6 – 10,0 = 17,6 В.
2. На основании приведённых расчётов выбирается источник питания для стабилизатора. Среднее значение напряжения U_Иср = 24 В.
3. Определяется мощность рассеяния на коллекторе транзистора

Р_К = U_КЭmax·I_Кmax= 27,6·0,06 = 1,66 Вт < Р_КДОП = 1,8 Вт.

1. Если полученная мощность рассеяния превышает допустимую, то транзистор необходимо поместить на радиатор. Выбор необходимой пло- щади радиатора производится по графикам рис. 24 справочных данных. Оп- ределяется превышение мощности в процентах, проводится горизонтальная линия до пересечения с графиком и определяется площадь радиатора.
2. Если используется транзистор на основе германия, то напряжение база–эмиттер следует принять равным (0,2 ÷ 0,3) В.
3. Для транзисторов средней мощности на основе германия следует воспользоваться теми же коллекторными характеристиками, что и для кремниевых соответствующей мощности. Входные характеристики для германиевых транзисторов представлены отдельно на рис. 5.2.9.

Выбор стабилитрона

Напряжение стабилизации U_СТ = 10 В. Стабилитрон включён в цепь базы транзистора. Его напряжение стабилизации должно быть больше на величину падения напряжения на переходе база-эмиттер U_БЭ. Для крем- ниевых транзисторов U_БЭ ≈ 0,7 В, для германиевых U_БЭ ≈ 0,25 В.

1. Учитывая падение напряжения U_БЭ ≈ 0,7 В выберем стабилитрон типа КС210В (таблица 2). Его напряжение U_СТ = 11 В, максимальный ток I_СТmax = 20 мА, ТКН ξ = + 7,5 10^-2 %/^ОС.

Оценим изменение напряжения стабилизации при изменении темпера- туры на ΔТ = 40⁰С. ΔU_СТ = U_СТ ∙ξ∙ΔТ = 11∙0,075·40 = 0,3 В. Напряжение U_СТ = 10 В изменяется на 0,33 В (330 мВ). Такой температурный дрейф не- допустим по заданию.

Требуется введение термокомпенсации.

1. Чтобы скомпенсировать положительный ТКН стабилитрона VD1, включим последовательно стабилитрон с отрицательным ТКН. Напряжение компенсации U_К определим по графику рис. 18. На оси ξ_СТ выберем значение ξ_СТ = – 0,075 (у стабилитрона ξ_СТ = +0,075). Проведём стрелку до пересече-

VT1

R1

UБЭ

+U_И

VD1

U

R_H

СТ

VD2

U_К

%

0С

0,08

ξСТ

0,04

0

4

8

12

16 В U_СТ

– 0,04

– 0,08

Рис. 17. Включение термокомпен- сирующего диода

Рис. 18. Зависимость относительного ξ_СТ стабилитрона от напряжения ста- билизации

ния с графиком ТКН. Через полученную точку проведём сечение (штрих- пунктирная линия). Согласно построению необходим стабилитрон с напря- жением стабилизации равным примерно 3 В. Такому напряжению соответст- вует стабилитрон КС131А, его напряжение стабилизации U_СТ = 3,1 В (таб- лица 2).

1. После этого необходимо выбрать основной стабилитрон VD1 с на-

пряжением U_СТ ≈ (U_Н – U_К+ 0,8 В) = (10 – 3,1 + 0,8) = 7,7 В (при условии, что транзистор на основе кремния U_БЭ = 0,7 В). Для рассматриваемого примера под- ходит стабилитрон КС175А с напряжением U_CT = 7,5 ± 5% B.

Внимание.

При заданном напряжении стабилизации более 12 В следует включить последовательно два стабилитрона. При этом желательно один из них выбрать на напряжение 5 В, при котором ξ_СТ ≈ 0.

Полной термокомпенсации данным способом получить не удаётся.

Стабилизация тока стабилитронов

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

Для уменьшения влияния изменения напряжения U_И на параметры ста- билизатора необходимо обеспечить постоянство тока стабилитронов. Обыч-

R_Э

U

Rэ UКБ

UKЭ

VT1

UБЭ

I_H ±20%

U ±15%

VD3

UЭK

R_H UH

И UБ2

VT2

IК2 R1

VD1 VD2

UСТ U_К

Рис. 19. Расчетная схема стабилизатора

но 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. Он работает в режиме стабилизатора тока, в котором ток коллектора не зависит от изменения напряжения U_И.

Ток коллектора транзистора VT2 задаёт ток стабилитронов VD1, VD2 и 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 VD2 за- дадимся 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. Допусти- мый ток коллектора должен быть больше полученного в расчёте. Проверяет- ся 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.

1. 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.

1. 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 ста- билитроном VD3.

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

1. Вычисляем величину сопротивления R1.

Зададим ток стабилитрона VD3 равным 5 мА. При минимальном напряже- нии источника U_П по сопротивлению R1 будет протекать ток 5 мА. Прикладыва- ется 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), на- пример 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. Рассеивае- мая резистором мощность P_R1= I_R1·U_R1=4,3 мА·8,4 В = 26 мВт.·Можно выбрать резистор с мощностью 1/8 Вт.

1. 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 (rСТΣ = 31 Ом).

Ом r_СТ

20мА

30мА

I_CT= 15мА

I_CT= 25мА

30

20

10

0

5 10 15 В U_СТ

Рис. 20. Зависимость сопротивления стабилитрона от тока стабилизации

Расчет параметров стабилизатора

Коэффициент стабилизации определяется по соотношению

СТ r

К



rк  Н

 h U

U

, (3.2)

СТ 11

1  h

21

И max

где r_{СТ Σ} – общее сопротивление стабилитронов;

rК– сопротивление коллекторной цепи транзистора VT1; h₁₁ – входное сопротивление транзистора VT1;

h₂₁ = В – статический коэффициент усиления транзистора VT1.

1. Сопротивление r_Э = φ_T/I_Э = 26 мВ/50 мА = 0,52 Ом. При температуре 20 ^ОС φ_T ≈ 26 мВ.
2. Параметр h₁₁ определяется по приращениям тока и напряжения на входной характеристике h₁₁ = ∆U_БЭ /∆I_Б (рис. 21). Ток базы был вычислен ранее I_Б = 1,2 мА. Значение тока базы откладываем на оси тока базы, прово- дим горизонтальную линию до пересечения с характеристикой, получаем положение рабочей точки (РТ). Строим характеристический прямоугольный треугольник так, чтобы РТ оказалась примерно в средине гипотенузы тре- угольника. Катеты проецируем на ось тока и напряжения. Вычисляем значе- ния ∆U_БЭ и ∆I_Б.

Из построения находим ∆U_БЭ ≈ 0,05 В и ∆I_Б= 0,6 мА. h₁₁= ∆U_БЭ /∆I_Б=

= 0,05/0,6 = 83 Ом.

1. Сопротивление r_К определяется по коллекторным вольт- амперным характеристикам транзистора. Для этого проводится вертикаль- ная прямая для напряжения 10 В, находится точка пересечения прямой с ха- рактеристикой тока базы, принятого в расчёте (I_Б = 1,2 мА). Возле этой точ- ки строится характеристический треугольник, катеты которого проециру- ются на оси и находятся значения приращения тока и напряжения ∆ U_КЭ и

∆I_К. Вычисляется сопротивление r_К. Построения показаны на рис. 21 и рис. 14. Из построения определяем ∆U_КЭ= 10 В, ∆I_К ≈ 4 мА.

r_К = ∆U_КЭ/∆I_К = 10 В/0,004 А = 2500 Ом.

1. Коэффициент В определяется при постоянном напряжении

U_КЭ = 10 В. Выбираем характеристики для токов базы 1,0 мА и 1,4 мА.

∆I_Б = 0,4 мА, ∆I_К ≈ 25 мА, В = ∆I_К/∆I_Б ≈ 25/0,4 = 62,5.

1. Вычисляем коэффициент стабилизации стабилизатора

СТ r

К



rк  Н

 h U

U

 2500

31  83

 10

28

 497

СТ 11

1 h

21

И max

1 62,5

1. Выходное сопротивление стабилизатора

R_ВЫХ = r_Э + (r_СТΣ+ r_б)/(1 + B)

Сопротивление r_б = h₁₁– r_Э(1 + B) = 83 – (0,52∙63,5) = 50,0 Ом.

R_ВЫХ = 0,52 + (31 + 50,0)/51 = 2,1 Ом.

I_Б

1,6

1,2

0,8

I_К мА

0,4

0

0,7 0,8

мА
	UКЭ=	10В
	РТ
*

0,9

80

60

40

20

1,4

I_Б = 1,2 мА 1,0

0,8

ΔI_Б = 0,2 мА

0

U_БЭ В

5 10

15 UКЭ В

Рис. 21. Входная и выходная характеристики транзистора

Защита стабилизатора по току

В случае уменьшения сопротивления нагрузки увеличивается ток вплоть до короткого замыкания. В этом случае силовой транзистор VT1 мо- жет сгореть. В таких ситуациях необходима защита стабилизатора по току.

Включим в токовую цепь нагрузки специальное сопротивление R_T, вы-

полняющего роль преобразователя тока в напряжение. При протекании по сопротивлению тока выделяется

VT1

I_H

+

R_Т

–

IБ1

VT3

IК3

VD1

VD2

I_H R_H

Рис. 22. Схема защиты стабили- затора по току

1. Выбор токового резистора.

напряжение с полярностью, указанной на рис. 22. Это напряжение воздейст- вует на вход транзистора VT3. При за- данном токе транзистор открывается и берет на себя часть тока базы тран- зистора VT1. Последний закрывается и ограничивает ток коллектора. При максимальном токе нагрузки транзи- стор VT3 закрыт и не оказывает влия- ния на работу стабилизатора.

Примем, что защита должна включиться, если ток превышает двойной максимальный ток нагрузки. Примем транзистор VT3 германиевый

n-p-n типа. Напряжение открывания у такого транзистора составляет 0,3 В. (2 I_Нmax = 0,12 A). Вычисляем величину сопротивления R_T.

R_T = 0,3 В/0,12 А = 2,5 Ом. Выбираем меньшее номинальное значение 2,4 Ом. Вычисляется мощность рассеяния на резисторе и его тип.

1. Транзистор VT3 можно выбрать любой германиевый n-p-n типа (таблица 3 Справочные данные).

Защита нагрузки от перенапряжения

В случае пробоя транзистора VT1 (рис. 19) на нагрузку попадает пол- ное напряжение питания, что может вывести ее из строя. Необходима схема защиты нагрузки от возможного перенапряжения. В таких случаях исполь- зуются быстродействующие электронные схемы защиты рис. 23. На этой схеме показаны элементы индикации состояния стабилизатора, индикация будет рассмотрена далее.

Схема защиты состоит из тиристора VS5, стабилитрона VD4 и резисто- ра. (Схема защиты по току на схеме не показана). В исходном состоянии тиристор VS5 закрыт, его управляющий вход подключен к катоду через со- противление R2. Стабилитрон VD4 также закрыт его напряжение включения на 10% больше напряжения нагрузки. Как только напряжение на нагрузке увеличивается по каким-либо причинам более чем напряжение стабилиза- ции стабилитрон VD4 он открывается, на сопротивлении R2 выделяется на- пряжение на управляющий электрод тиристора подается напряжение.

Ст VT1

FU

VD4

R3

С1

R₄

+

R1

VD5

U_И

VD6 + С2

VS5

R2

Рис. 23. Схема защиты нагрузки и индикация

Тиристор открывается, его сопротивление уменьшается до нескольких Ом, т.е. он закорачивает входную цепь стабилизатора. В результате сгорает плавкий предохранитель FU или срабатывает защита источника U_И.

1. Сопротивление R2 ограничивает ток стабилитрона на уровне 5 ÷ 10 мА. Из этих условий выбирается стабилитрон и резистор. В рассмат- риваемом примере U_H = 10 В. Можно использовать стабилитрон КС213В с напряжением включения 13 В (таблица 2). При выходе из строя транзистора VT1 на стабилитрон VD4 может поступать минимальное напряжение пита-

ния, равное 20 В. Зададимся током стабилитрона равным 5 мА. При пробое стабилитрона к резистору R2 прикладывается напряжение (20 – 13) = 7 В. Сопротивление R2 = 7 В/5мА = 1,4 кОм.

Вычисляется мощность рассеяния на резисторе, выбирается его тип. Проверим, не превышает ли ток через стабилитрон допустимое значе-

ние при максимальном напряжении источника питания равным 27,6 В. (27,6 – 13) В/1,4 кОм = 10,4 мА, что вполне допустимо для выбранного типа стабилитрона.

1. Выбор тиристора.

Напряжение включения тиристора должно быть больше максимального напряжения питания U_Иmax (параметр U_A таблица 5). При выборе тиристора можно ориентироваться следующим условием. Если ток нагрузки меньше 100 мА, то выбирается тиристор с током анода 100 мА и менее. Если ток на- грузки больше 100 мА, то выбирается тиристор с током анода 100 мА и бо- лее.

В примере можно выбрать тиристор КУ101В U_А = 50 В, I_А = 80 мА. Выбранные элементы вносятся в перечень элементов схемы.

Индикация состояния стабилизатора

Индикация состояния стабилизатора осуществляется с помощью свето- диодов (СИД). Нормальное состояние принято индицировать зеленым или желтым цветом, критическое состояние – красным.

1. Сопротивление R3 выбирается исходя из условий минимального тока СИД и минимального напряжения на нем (таблица 6). Выберем свето- диод КЛ101А с параметрами I_ПР = 10 мА, U_ПР = 5,5 В.

R4 = (U_Н – U_ПР)/I_ПР = 4,5 В/10 мА = 450 Ом. Выбираем ближайшее меньшее номинальное значение резистора. Вычисляется мощность рассеяния на ре- зисторе, выбирается его тип.

1. Индикация состояния перегрузки стабилизатора осуществляется с помощью СИД VD5. В исходном состоянии диод не светится. Если тири- стор открывается, то напряжение на нем уменьшается до одного вольта и по СИД потечет ток. Расчет ограничительного сопротивления R1 аналоги- чен расчету сопротивления R4.

СИД выбирается с красным свечением.

1. Плавкий предохранитель FU выбирается на такой ток, чтобы он сработал при допустимом токе тиристора.
2. Для устранения низкочастотных и высокочастотных помех на вы- ходе стабилизатора параллельно нагрузке включаются емкости

С1 = 0,1 мкФ и С2 = 10 ÷ 20 мкФ.

Заключение

После проведения всех расчетов и выбора элементов оформляется за- ключение. В нем отражается задание, т.е. что следовало спроектировать и приводятся параметры стабилизатора К_СТ, R_ВЫХ и U_Иср, полученные в ре- зультате проектирования.

Составление принципиальной схемы стабилизатора

После окончания расчётов отдельных узлов необходимо составить пол- ную принципиальную схему устройства. К схеме рис. 19 добавляется схема защиты и индикации рис. 22, рис. 23. Все стрелки и надписи удаляются. Всем элементам, изображенным на схеме, присваивается порядковый номер. Нумерация элементов сквозная R1, R2, и т.д. начинается с левой стороны чертежа. Номинальные значения элементов на схеме не указываются, стрел- ки направлений токов и напряжения тоже не указываются. Схема устрой- ства оформляется на листе формата А3, чертится рамка и основная надпись приложение 3.

При вычерчивании принципиальной схемы следует руководствоваться требованиями ГОСТ, с которыми можно ознакомиться в библиотеке [7]. Можно воспользоваться типовой «рисовалкой» Microsoft Word, программа- ми SPlan, Компас или Electronics Workbench.

Если схема выполняется на компьютере, то можно разделить её на две части, распечатать на двух листах А4 и затем склеить.

Принципиальная схема должна сопровождаться перечнем элементов – спецификацией, выполняемой в соответствии с ГОСТ (приложение 4). Если позволяет место на листе А3, то таблицу с перечнем элементов можно по- местить над основной надписью чертежа.

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАБОТЫ

Оформление работы

Курсовая работа должна быть оформлена в виде пояснительной записки, выполненной на листах формата А4 компьютерным способом.

По всем четырём сторонам листа записки должны оставаться поля слева – 25 мм, кругом по 10 мм.

Листы пояснительной записки должны быть скреплены в двух – трёх точках на расстоянии 10 мм от левого края листа.

Использование скрепок и пластиковых конвертов (файлов) не допуска- ется.

Пояснительная записка обязательно должна включать задание на проекти- рование, размещаемой на втором листе (номер варианта указывается на титуль- ном листе). Расчётные принципиальные схемы в пояснительной записке должны быть выполнены обязательно по трафарету. Схемы в тексте являются рисунками и должны иметь сквозную нумерацию и подрисуночные подписи.

Все буквенные обозначения физических величин должны быть указаны на рисунке или пояснены в тексте.

Расчёт численных значений физических величин должен быть оформлен следующим образом: после расчётной формулы, записанной в буквенных обо- значениях, в неё подставляют численные значения величин, а затем приводят ре- зультат вычислений и обозначение единицы физической величины без скобок. Обязательно проставляется размерность полученной величины. Если хотя бы од- на величина, входящая в формулу имеет три значащие цифры, то результат дол- жен иметь также три значащие цифры. В качестве примера оформления расчет- ной формулы можно обратиться к формуле расчета коэффициента стабилизации К_СТ.

Работы, сдаваемые на проверку, должны быть выполнены в полном объёме, приведён список использованной литературы, справочников.

Исправления следует вносить путём зачёркивания неправильного результата и вписывания правильного выше или правее неправильного. Если работа пере- оформлена полностью, то предыдущий вариант работы с замечаниями препода- вателя должен быть вложен в исправленный текст (за исключением титульного листа, который должен быть перенесён на исправленный текст).

Пример оформления титульного листа записки приведён в приложении 2. Титульный лист является страницей номер 1, но номер не проставляется. Длин- ный номер под заголовком обозначает следующее. Первая позиция – номер учебной специальности, следующие две позиции в учебных проектах не запол- няются, предпоследняя позиция – две последние цифры номера студенческого билета или зачётной книжки, последняя позиция – ПЗ – шифр документа – пояс- нительная записка.

В основной надписи принципиальной схемы эта позиция обозначается Э3 – обозначающую схему электрическую принципиальную.

В приложении приводятся вольт-амперные характеристики транзисторов, которые использовались в ходе расчётов. Эти характеристики можно скопиро- вать из электронной версии пособия и поместить в текст пояснительной записки.

Таблица выбора варианта и данных для расчета стабилизатора

Номер варианта выбирается по порядковому номеру студента в журнале группы.

Изменение напряжения источника питания составляет ±15% для нечетных номеров вариантов, ±16% для четных номеров вариантов.

Таблица 1. Таблица выбора варианта для расчета стабилизатора.

№ Вар.	UСТ В	IH mA	∆Т 0C	Материал транзистора	КСТ не менее	ТКН % от UСТ
0	10	85±20%	40	Si	200	менее 1%
1	7	96±20%	30	Si	200	менее 1%
2	7	75±40%	40	Ge	300	менее 0,5%
3	8	97±20%	30	Si	200	менее 0,9%
4	8	86±30%	40	Ge	150	менее 0,5%
5	8	102±20%	40	Si	200	менее 1%
6	9	96±30%	30	Ge	300	менее 0,5%
7	9	108±40%	30	Si	300	менее 0,8%
8	9	90±20%	40	Ge	200	менее 0,5%
9	10	80±50%	50	Si	250	менее 1%
10	10	98±40%	50	Ge	300	менее 0,6%
11	11	80±30%	40	Si	350	менее 1%
12	9	107±20%	40	Ge	200	менее 0,9%
13	11	92±40%	30	Si	260	менее 0,9%
14	12	100±40%	30	Si	280	менее 0,7%
15	12	92±40%	40	Ge	300	менее 1%
16	12	80±20%	40	Si	220	менее 0,5%
17	11	99±30%	35	Ge	260	менее 1%
18	13	88±40%	30	Si	300	менее 0,8%
19	13	90±30%	40	Ge	200	менее 0,4%
20	14	50±20%	40	Si	250	менее 0,5%
21	14	100±50%	40	Ge	260	менее 1%
22	16	98±40%	35	Si	300	менее 0,5%
23	15	80±20%	30	Ge	360	менее 1%

24	9	120±10%	35	Si	400	менее 0,4%
25	9	78±40%	20	Ge	360	менее 0,8%
26	15	90±30%	35	Si	200	менее 0,5%

Таблица 1. Продолжение.

27	14	80±20%	30	Ge	260	менее 1%
28	8	130±30%	25	Si	300	менее 2%
29	8	110±10%	30	Ge	260	менее 1%
30	10	90±40%	35	Si	300	менее 0,9%
31	11	120±20%	25	Ge	220	менее 1%
32	11	60±40%	40	Si	200	менее 0,5%
33	12	98±60%	50	Ge	260	менее 0,4%
34	12	60±30%	30	Si	300	менее 0,8%
35	13	88±40%	25	Ge	260	менее 1%
36	15	92±20%	40	Si	300	менее 0,5%

СПРАВОЧНЫЙ РАЗДЕЛ

• 1. Определение площади радиатора

% 100

Si

S

Ge

75

50

25

РКm

30 90 150

см²

Рис. 24. Выбор радиатора с необходимой площадью

Справочные данные диодов и транзисторов

• • 1. Эксплуатационные данные стабилитронов. Таблица 2.

Тип стабилитрона	UСТ В	Imin мA	Imax мA	PДОП мВт	ξ %/оС	rД Ом
КС107А	0,7	4	63	300	– 0,082	62
КС130А	3,0	3	63	300	– 0,07	60
КС131А	3,1	3	62	300	– 0,067	60
КС135А	3,5	3	62	300	– 0,065	56
КС138А	3,8	3	62	300	– 0,062	56
КС140А	4,0	3	60	300	– 0,06	52
КС142Б	4,2	3	60	300	– 0,05	48
КС147А	4,7	3	58	300	– 0,02	46
КС156Б	5,6	3	46	300	+ 0,02	45
КС168Б	6,8	3	45	300	+ 0,03	28
КС170А	7	2	20	280	0,05	10
2С190Б	9	1	26	280	0,065	12
КС210А	10	2	20	260	0,075	15
КС210В	11	2	20	280	0,078	15
КС212В	12	2	20	280	0,080	16
КС213Б	13	2	20	260	0,085	18
КС213Г	14	2	20	260	0,088	19

• • 1. Транзисторы малой мощности германиевые и кремниевые p-n-p-типа Таблица 3. Транзисторы малой мощности.

№	Тип транзи- стора	IK мА	UKЭ В	В	РК мВт	Тип транзи- стора	IK мА	UKЭ В	В	РК мВт
1	ГТ108Б	50	12	60	80	КТ104Б	50	12	60	150
2	ГТ115Б	30	20	50	80	КТ104Г	40	15	50	150
3	ГТ305А	40	15	40	75	КТ203Г	30	15	50	150
4	ГТ305В	35	20	80	80	КТ203В	25	15	80	150
5	ГТ308А	50	20	60	150	КТ343А	50	20	60	300
6	ГТ308В	50	18	70	150	КТ343В	40	15	60	150
7	ГТ309А	25	12	60	80	КТ349А	40	20	70	200
8	ГТ310Б	30	12	70	80	КТ349Б	50	16	60	250
9	ГТ320А	120	15	50	200	КТ351Б	60	15	50	200

• • 1. Транзисторы средней мощности германиевые и кремниевые.

Таблица 4. Транзисторы средней мощности.

№	Тип транзи- стора	IK мА	UKЭ В	В	РК Вт	Тип транзи- стора	IK мА	UKЭ В	В	РК Вт
1	ГТ404А	300	25	55	1,6	КТ603Б	300	30	55	1,5
2	ГТ404Б	400	30	70	1,6	КТ604	200	45	50	1,4
3	ГТ404Г	500	45	80	1,5	КТ605	200	60	40	1,5
4	ГТ612А	120	40	60	1,4	КТ608Б	400	60	60	1,5
5	ГТ612Б	200	25	60	1,8	КТ616Б	400	25	50	1,3
6	ГТ612Г	300	30	50	1,9	КТ617А	400	30	40	1,5
7	ГТ614А	200	30	50	1,1	КТ611В	100	70	60	1,8
8	ГТ614В	100	40	40	1,0	КТ618А	110	100	50	1,5
9	ГТ618А	120	45	50	1,2	КТ503Б	150	40	60	1,5

5.2.6 Тиристоры управляемые. Таблица 5. Тиристоры управляемые.

№	Тип диода	IА мА	UА В	IУПР мА	РА Вт
1	КУ101В	80	50	20	0,15
2	КУ101Г	100	80	30	0,2
3	КУ103А	100	150	40	0,15
4	КУ103В	200	150	50	0,2
5	КУ201А	300	200	100	4
6	КУ201Б	400	200	110	4
7	КУ201Д	450	100	120	5
8	КУ201Г	500	100	130	5

5.2.7 Светоизлучающие диоды. Таблица 6. Светоизлучающие диоды.

	Тип диода	IПР мА	UОБР В	UПР B	Цвет свечения
1	АЛ102A	5	6	3,2	Красный
2	АЛ102Б	20	6	4,5	Красный
3	АЛ102В	30	6	4,5	Красный
4	АЛ301Б	10	2	3,8	Красный
5	3Л102Б	12	2	3,8	Красный
6	АЛ304В	11	2	3	Зеленый
7	КЛ101A	10	2	5,5	Желтый
8	КЛ101Б	20	2	5,5	Желтый

• 1. Вольт-амперные характеристики транзисторов средней мощности

Р_Кдоп<3 Вт.

• • 1. Вольт-амперные характеристики кремниевых транзисторов.

мА

2,2

I_Б = 1,8 мА 1,4

1,0

ΔI_Б= 0,4 мА

U_КЭ=5 В

I_Б,мА

2,0

1,5

1,0

0,5

0

0,7 0,8

0,9

U_БЭ ,В

I_К

160

120

80

40

0

10 20

30 U_КЭ,В

I_Б ,мА

1,6

1,2

Входная и выходная характеристики транзистора КТ604

I_К,мА

	UКЭ=	5 В

200

160

2,0

0,8

0,4

0

0,7 0,8

0,9

U_БЭ ,В

120

80

40

0

5 10

I_Б = 1,6 мА 1,2

0,8

15 U_КЭ,В

I_Б

1,6

1,2

Входная и выходная характеристики транзистора КТ605

I_К мА

мА
UКЭ	=5	В

125

100

1,2

0,8

0,4

0

0,7 0,8

0,9

U_БЭ ,В

75

50

25

0

10 20

I_Б = 1,0 мА

0,8

0,6

30 U_КЭ,В

Входная и выходная характеристики транзистора КТ618А

I_Б

2,0

1,5

1,0

0,5

0

0,7 0,8

мА
UКЭ	=5	В

0,9

U_БЭ ,В

I_К мА

150

120

90

60

30

0

10 20

1,5

I_Б = 1,2 мА 0,9

0,6

30 U_КЭ,В

Входная и выходная характеристики транзистора КТ503Б

2

I_К мА

300

240

180

120

3,0

2,4

I_Б = 1,8 мА

1,2

0,6

60

0

10

20

30 U_КЭ,В

I_Б м

,4

,8

,2

,6

А
UКЭ	=10

1

1

0

0 0,7 0,8

0,9

U_БЭ ,В

Входная и выходная характеристики транзистора КТ603Б

• • 1. Входные характеристики германиевых транзисторов средней мощности типа n-р-n.

I_БмА

UКЭ

2,4

=5 В

I_БмА

1,6

UКЭ

=5 В 1,

1,8

1,2 0,

1,2

0,6

ГТ403А

БЭ

0,8

0,4

0,

П602И 0,

0 0,1 0,2

0,3 U В 0

0,1 0,2

I_БмА

2

=5 В

9

6

3

ГТ403Б

UКЭ

0

0,3 UБЭВ

0,1 0,2

0,3 UБЭВ

I_Б мА

UКЭ

2,0

=5 В

I_Б

2,0

I_Б

3,2

мА

U_КЭ=5 В

ГТ601А

мА

U_КЭ=5 В

ГТ402И

1,5

1,5

2,4

1,0

0,5

ГТ402Д

1,0

0,5

1,6

0,8

0 0,1 0,2

0,3

0

U_БЭ ,В

0,1 0,2

0

0,3 UБЭ ,В

0,1 0,2

0,3 UБЭВ

I_БмА

UКЭ

3,2

=5 В

I_БмА

2,0

UКЭ

=5 В 2

2,4

1,5 1

1,6

0,8

ГТ403И

БЭ

1,0

0,5

1

П602Б 0

0

0,1 0,2

0,3 U В 0

0,1 0,2

I_БмА

,4

=5 В

,8

,2

,6

П605А

UКЭ

0

0,3 UБЭВ

0,1 0,2

0,3 UБЭВ

Библиографический список

Основной:

• • • 1. Лачин В. И. Электроника: учеб.пособие /В. И.Лачин, Н. С. Савёлов.- Ростов-на-Дону: изд-во «Феникс»2007.
      2. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и микропроцессорная техника: Учеб.пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2002. 622 с.
      3. Воробьёв Н. И. Проектирование электронных устройств: Учеб.пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1989. 223 с.
      4. Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и ста- билизаторы. – М. : Издательский дом «Додэка – ХХI», «Альтекс», 2007. 87 с.
      5. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропита- ния радиоэлектронной аппаратуры. – М. :Энергоатомиздат. 1985. 212 с.

Справочники:

• • • 1. Матвиенко В.А. Характеристики и параметры полупроводниковых приборов. Учеб. пособие. – Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2007.
      2. Молокова Г.Ф. Основные требования к оформлению дипломного проекта : Методические указания. – Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО

«СибГУТИ», 2005. 48 с.

• • • 1. Паутов В.И. Стабилизатор напряжения. Учеб. пособие. – Екатерин- бург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2011. 45 с.
      2. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: Спра- вочник / А. А. Зайцев, А. И. Миркин, В. В. Мокряков и др.; Под ред. А. В. Голо- медова. М.: Радио и связь1996.
      3. Транзисторы для аппаратуры широкого применения; Справочник/ К.М.Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И.Давыдова и др. Под ред. Б.Л. Перельмана. М.: Радио и связь.1981. 512 с.
      4. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Справочник / А. А. Зайцев, А. И. Миркин, В. В. Мокряков и др.; Под ред. А. В. Голомедова. М.: Радио и связь, 1989. 640 с.
      5. Усатенко С. Т., Каченюк Т. К., Терехова М. В. Выполнение электри- ческих схем по ЕСКД: Справочник. М.: Издательство стандартов, 1989. 325 с.
      6. Справочник по элементам радиоэлектронных устройств/ Под ред. В.Н. Дулина и др. М.: Энергия, 1977. 210 с.
      7. Отечественные стабилитроны. http://www.chipinfo.ru/dsheets/diodes/stablp.html

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Ряды номинальных сопротивлений резисторов и ёмкостей конденсаторов по гост 28884–90 (МЭК 63–63)

Номинальные сопротивления резисторов и ёмкостей конденсаторов посто- янной ёмкости с допускаемыми отклонениями ±5% и более должны соответство- вать числам, приведённым в таблице, и числам, полученным путём умножения этих чисел на 10 ⁿ, где n – целое положительное или отрицательное число.

Обозначение ряда Е24
Допуск ±5%
1,0	3,3
1,1	3,6
1,2	3,9
1,3	4,3
1,5	4,7
1,6	5,1
1,8	5,6
2,0	6,2
2,2	6,8
2,4	7,5
2,7	8,2
3,0	9,1

Номинал 1,2. Это может быть 12 Ом, 120 Ом, 1,2 кОм и т.д.

Постоянные резисторы общего назначения могут работать в цепях постоян- ного и переменного токов. Наиболее распространены резисторы типа МЛТ (ме- таллизированные лакированные теплостойкие). Их новое обозначение – резисто- ры С2-6. Маркировка резисторов – МЛТ-0,5 5%. Здесь 0,5 – допустимая мощ- ность рассеивания в ваттах, 5% –максимально допустимое отклонение от но- минального параметра (ряд Е24). Ту же конструктивную форму и габариты име- ют резисторы С2-6, МT, МТЕ, С2-23. Резисторы МТЕ имеют повышенную теп- лостойкость, а С2-23 — более жесткий допуск на величину сопротивления.

Приложение2

Федеральное агентство связи

Уральский технический институт связи и информатики (филиал) ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

в г. Екатеринбурге (УрТИСИ СибГУТИ)

Утверждаю Зав. кафедрой

Кафедра Инфокоммуникационных технологий и мобильной связи Стабилизатор напряжения

Курсовая работа

11.03.02 0000ХХ.00Х КР

Выполнил
студент гр.
Ф.И.О.	подпись
Руководитель
Ф.И.О.	подпись

г. Екатеринбург, 2020

Федеральное агентство связи

Уральский технический институт связи и информатики (филиал) ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» в г. Екатеринбурге (УрТИСИ СибГУТИ)

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине:

«Элементная база телекоммуникационных систем» на тему: «Стабилизатор напряжения»

студента (ки) группы Ф.И.О

Вариант

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1 Напряжение стабилизации, UСТ , В …………………………

2 Ток нагрузки, IН, мА…………………………………………..

3 Изменение температуры, ∆Т, оС………………………………

4 Материал транзистора……………………………………….

5 Коэффициент стабилизации, КСТ …………………………..

6 Температурный коэффициент напряжения, ТКН, % от UСТ…

Дата выдачи Дата окончания

					11.03.02.00000Х М.ABC ПЗ
Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата
Разраб.		Ф.И.О.			Стабилизатор напряжения 42	Лит.			Лист	Листов
Провер.		Ф.И.О.							42	45
Реценз.		Ф.И.О.				УрТИСИ СибГУТИ
Н. Контр.		Ф.И.О.
Утверд.		Ф.И.О.

					43 11.03.02.00000Х М.ABC ПЗ	Лист
						43
Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата

Поз. обозн.		Наименование				Кол.	Примечание
					44 11.03.02.00000Х М.ABC ПЭ			Лист
								1
Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата

В.И. П а у т о в

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Методические указания по выполнению курсовой работы студентами очной и заочной формы обучения

на базе среднего общего образования по направлению 11.03.02

«Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

Компьютерная верстка В.И. Паутов

Подписано в печать

Формат бумаги 62×84 1/16, отпечатано на ризографе, шрифт №10 Печ. лист 2,96, тираж , заказ .

Типография УрТИСИ СибГУТИ 620109, Екатеринбург, ул. Репина, 15

45

УДК 621. 372. 061

Р24

Кафедра Инфокоммуникационных технологий

и мобильной связи

©УрТИСИ ФГБОУ ВО «СибГУТИ», 2020

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1. Основные теоретические положения……………………………………. 5
   1. Полупроводниковые диоды 5
   2. Биполярные транзисторы 12
2. Параметрический стабилизатор напряжения 16
   1. Принцип работы стабилизатора ……………………………………. 16
   2. Основные параметры стабилизатора 18
3. Методические указания по проектированию стабилизатора 18
   1. Структурная схема стабилизатора 18
   2. Общие вопросы проектирования 19
   3. Определение исходных данных 19
   4. Выбор транзистора 19
   5. Выбор стабилитрона 21
   6. Стабилизация тока стабилитронов 22
   7. Расчет параметров стабилизатора 24
   8. Защита стабилизатора по току 26
   9. Защита нагрузки от перенапряжения 27
   10. Индикация состояния стабилизатора 28
   11. Заключение 29
   12. Составление принципиальной схемы стабилизатора 29
4. Требования к оформлению работы 29
   1. Оформление работы 29
   2. Таблица выбора варианта 31
5. Справочный раздел 32
   1. Определение площади радиатора 32
   2. Справочные данные диодов и транзисторов 32

Библиографический список 38

Приложения 39

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания по выполнению курсовой работы студентов по дис- циплине «Элементная база телекоммуникационных систем» составлены на основании государственных требований к минимуму содержания и уровню под- готовки дипломированного специалиста по направлению 11.03.02 – «Инфоком- муникационные технологии и системы связи».

Курсовая работа является неотъемлемой частью учебного процесса и входит в учебную нагрузку студентов по самостоятельной работе.

Курсовая работа выполняется в третьем семестре.

Материал курсовой работы не выходит за рамки программы курса «Элементная база телекоммуникационных систем» и материала, изучаемого на лекциях и практических занятиях.

Курсовая работа ставит своей целью закрепить знания, полученные при изу- чении теоретической части дисциплины в частности, применения полупроводни- ковых диодов и транзисторов, привить студентам навыки самостоятельной рабо- ты по разработке и анализу схем телекоммуникационных систем, пользование справочной и специализированной литературой.

Руководство содержит краткое описание элементной базы, используемой в курсовой работе, что позволяет студентам заранее подготовиться к выполнению работы, грамотно выполнить работу и в итоге защитить ее.

В заключение руководства приведены требования по оформлению курсовой работы.

В приложении имеется нормативный и справочный материал по элементной базе, используемой в работе.

Стабилизаторы, рассматриваемые в курсовой работе, широко используются в зарядных устройствах, в качестве источников питания маломощных радиоэлек- тронных устройств. Источники питания РЭА будут рассмотрены далее в специ- альном курсе.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Полупроводниковые диоды

• • 1. Выпрямительные диоды

Полупроводниковым диодом называют двухэлектродный полупроводнико- вый прибор, содержащий один или несколько электрических переходов (p—n-переходов или переходов металл-полупроводник).

Области применения полупроводниковых диодов определяются их вольт- амперными характеристиками и параметрами.

Под вольтамперной характеристикой (ВАХ) полупроводникового диода по- нимают зависимость тока через диод I от приложенного к нему напряжения U. Для вольт-амперной характеристики идеализированного p—n-перехода справед- лива следующая формула (уравнение Шокли):

 U 

I  I  

e T

0 



1

, (1.1)





где I₀ – обратный ток насыщения; φ_T – температурный потенциал; U – напряжение на переходе .

kT

Температурный потенциал

T  q ,

где k – постоянная Больцмана;

T – температура по шкале Кельвина;

q – заряд электрона.

Температурный потенциал имеет размерность напряжения и при температу- ре 20⁰С φ_T ≈ 26 мВ.

График вольтамперной характеристики, построенный согласно уравнению (1.1), приведен на рис. 1. На характеристике принято выделять прямую ветвь, со- ответствующую прямому напряжению на p—n-переходе, и обратную ветвь, соответствующую обратному напряжению на p—n-переходе. Прямое напряжение считается положительным, а обратное – отрицательным. При увеличении прямого напряжения ток резко возрастает и при изменении напряжения на 60 мВ ток изменяется на порядок.

При увеличении обратного напряжения обратный ток идеализированного p-n-перехода сначала быстро возрастает до значения I₀, а затем остается неизменным.

I Прямая ветвь

Уравнение вольтамперной характеристики можно разрешить относительно напряжения:

U  T

I₀

ln I

 I0 I0

(1.2)

Обратная

Продифференцировав это соотношение, най-

U дём дифференциальное сопротивление p-n-перехода

ветвь

Рис. 1. Вольтамперная ха- рактеристика p-n-перехода

rдиф

 dU

dI

 T

I  I0

. (1.3)

При прямом напряжении дифференциальное сопротивление r_диф уменьшается с ростом тока I.

При температуре Т = 300 К и прямом токе I = 1 мА получаем r_диф = 26 Ом, т. е. при прямом напряжении дифференциальное сопротивление p-n-перехода состав- ляет единицы Ом.

При обратном напряжении дифференциальное сопротивление перехода r_{диф. обр} резко увеличивается и при I→−I₀, r_{диф. обр}→ .

В реальных p-n-переходах необходимо учитывать объёмное сопротивление базы r_б, с учётом которого прямое напряжение на реальном диоде больше, чем на идеальном.

I

T₂>T₁

U

0

U

Рис. 2. Влияние температуры на характеристику перехода

С увеличением температуры падение напряже- ния на p-n-переходе, включенном в прямом направ- лении, уменьшается рис. 2.

Обратный ток в реальных p-n-переходах обу- словлен в основном тепловым током I₀.

Эта составляющая обратного тока сильно зави- сит от температуры и практически не зависит от приложенного напряжения.

Вольтамперная характеристика перехода Шоттки (перехода металл-полупроводник) описывается тем

же уравнением и имеет тот же вид, что и вольтамперная характеристика p-n-перехода. Отличие вольтамперной характеристики перехода Шоттки от ха- рактеристики p-n-перехода заключаются в том, что прямое падение напряжения на переходе Шоттки на (0,2 ÷ 0,4) В меньше, чем на p-n-переходе с аналогичны- ми параметрами, изготовленном на основе кремния (рис. 3).

В реальных p—n-переходах при увеличении обратного напряжения наблюда- ется пробой, под которым понимают резкое увеличение

обратного тока. Различают три вида пробоя: тепловой, лавинный

и туннельный.

IПР

Переход Шоттки

0,2 ÷ 0,4 В

p—n-переход Si

UПР

Тепловой пробой обусловлен нагреванием p-n-перехода при протекании через него обрат- ного тока. Рост температуры p-n-перехода при- водит к росту обратного тока. Если количество теплоты, выделяемой в переходе, превышает количество отводимой теплоты, то этот процесс будет лавинообразно развиваться и закончится разрушением p-n-перехода.

0 0,5 0,7 В

Рис. 3. ВАХ перехода Шоттки

Лавинный пробой (рис. 4) возникает в p-n-переходах при невысокой степени легиро- вания. Напряжение лавинного пробоя очень

слабо зависит от тока, протекающего через p-n-переход. Температурный ко- эффициент напряжения лавинного пробоя положителен.

Туннельный пробой имеет место в сильно легированных p-n-переходах и связан с туннельным эффектом.

Напряжение туннельного пробоя не превышает 5 В и очень слабо зави-

сит от тока, протекающего через U2 p-n-переход.

Лавинный и туннельный пробои обра- тимы, если не переходят в тепловой.

На вольтамперную характеристику

U1 I

U

ТКН > 0

диода существенное влияние оказывает температура окружающей среды. При уве- личении температуры обратный ток насы-

Т2>Т1

Рис. 4. Лавинный пробой

щения увеличивается у кремниевых диодов примерно в 2,5 раза при измене- нии температуры на каждые 10°С.

Максимально допустимое увеличение обратного тока диода определяет допустимую температуру диода, которая составляет 150 ÷ 200 °С для крем- ниевых диодов.

Диоды общего применения характеризуются следующими основными параметрами:

– дифференциальное сопротивление диода на прямой ветви ВАХ при заданном токе;

rд 

U ПР

I

(1.4)

ПР

• сопротивление постоянному току в заданной точке ВАХ

R  U ПР О I

(1.5)

ПР

• температурный коэффициент напряжения (ТКН) прямой ветви ВАХ

ТКН

 UПР  2,5мВ /^о С

Т

(1.6)

• допустимый прямой ток анода Iадоп;
• обратное допустимое напряжениеUобр.доп.
  • 1. Специальный диод – стабилитрон

Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения. Их рабо- та основана на использовании явления электрического пробоя р-n-перехода при включении диода в обратном направлении.

Электрический пробой обратим, т. е. он не приводит к повреждению диода и при снижении обратного напряжения (или ограничения тока) свой- ства диода сохраняются.

При прямом включении при увеличении температуры падение напря- жения на стабилитроне уменьшается рис. 5

ТКН = ∆U_ПР/∆Т = – 2,5 мВ/°С (1.8)

Т

∆U_СТ

мА I_ПР

40

20

60⁰С 20⁰С ∆Т⁰С

∆I_ПР

UОБР

Электрический пробой

PКдоп

UСТ

∆Т⁰С

∆U_ПР

0,4 0,6 0,8 U_ПР В

IСТmax

Тепловой пробой

IОБР

Рис. 5. Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Если через стабилитрон протекает постоянный обратный ток, то при изменении температуры падение напряжения на нем также изменяется. При

напряжении более 5 В ТКН положительный, при напряжении менее 5 В ТКН

отрицательный, при напряжении 5 Вольт ТКН ≈ 0.

Стабилитрон как источник напряжения представляют эквивалентной схемой, приве- дённой на рис. 6.

rст

VD

UСТ

U_СТ – идеальный источник напряжения,

r_СТ – внутреннее сопротивление этого источ-

Рис. 6. Эквивалентная схема замещения стабилитрона

ника – дифференциальное сопротивление ста- билитрона, VD – идеальный диод с напряжени-

ем Uпр = 0 В.

Основные параметры стабилитронов и их типовые значения.

1. Напряжение стабилизации U_СТ – падение напряжения на стабили- троне при протекании заданного тока стабилизации (от нескольких долей вольта до сотен вольт).
2. Максимальный допустимый ток стабилизации IСТmax– наибольший ток стабилизации, при котором нагрев стабилитронов не выходит за допус- тимые пределы (от десятков миллиампер до единиц ампер).
3. Минимальный ток стабилизации IСТmin – наименьшее значение тока стабилизации, при котором режим пробоя устойчив, (единицы милли- ампер).
4. Дифференциальное сопротивление r_СТ – отношение приращения на- пряжения стабилизации к вызывающему его приращению тока стабилизации г_ст= ∆U_СТ/∆I_СТ (доли -десятки Ом). Дифференциальное сопротивление умень- шается при увеличении тока стабилизации.
5. Температурный коэффициент напряжения стабилизации ξ_СТ — относи- тельное изменение напряжения стабилизации ∆U_СТ при изменении темпера- туры окружающей среды на ∆Т ⁰С (ξ_СТ — тысячные доли процента).

Для стабилитронов этот параметр принято выражать в относительном изменении напряжения стабилизации

  UСТ  1 100 %/^ОC

(1.7)

СТ

U

t

СТ

1. Температурный коэффициент напряжения при прямом включении стабилитрона ТКН = ∆U_ПР/∆Т ≈ – 2,5 мВ/°С.
2. Максимально допустимая рассеиваемая мощность Р_ДОП = U_СТ·I_СТ max. Если выделяющаяся в виде тепла мощность превышает допустимую для

стабилитрона, то прибор начнёт перегреваться и может наступить тепловой пробой.

• • 1. Специальный диод – тиристор

Тиристорами называют полупроводниковые приборы с тремя и более взаимодействующими p-n-переходами.

В зависимости от числа выводов тиристоры делят на:

• • • • диодные (динисторы), имеющие два вывода — от анода и катода,
      • триодные (тринисторы), имеющие выводы от анода, катода и одной из эквивалентных баз,
      • тетродные, имеющие выводы от всех областей.

В процессе работы тиристор может находиться в состоянии:

• выключен или закрыт, в этом состоянии тиристор имеет высокое со- противление и ток через него практически равен нулю;
• включён или открыт, в этом состоянии тиристор имеет малое сопро- тивление, ток в цепи определяется внешним сопротивлением.
  • 1. Специальный диод – светодиод

Светодиод – прибор с p-n-переходом, излучающим свет при протека- нии через него прямого тока. По своим электрическим свойствам светодиод аналогичен обычному диоду. Отличие состоит в том, что напряжение отпи- рания при прямом включении составляет примерно 2 вольта.

Светодиоды применяются для индикации наличия напряжения (тока) в электрической цепи, как источники света.

• • 1. Обозначение диодов

В основу обозначений универсальных диодов положен буквенно-цифро- вой код вида

Х Х ХХХХ Х

1 2 3 4 5

1. – материал диода: Г или 1 – германий, К или 2 – кремний;

А или 3 – соединения галлия.

1. – подкласс прибора: Д – диоды выпрямительные и импульсные, С – стабилитроны,

У – триодный тиристор;

1. – функциональный параметр, подкласс прибора.
2. – число – порядковый номер заводской разработки.
3. – буква – классификация по параметрам (квалификационная литера).

Второй элемент – вид прибора – диод Д.

Следующие элементы характеризуют его эксплуатационные свойства. Например, диод общего применения КД101А расшифровывается как кремниевый диод малой мощности, разработки номер 01, разновидности А.

Условное графическое обозначение (УГО) диодов общего применения на принципиальных схемах приведено на рис. 7.

Один из электродов обозначается буквой А – анод, другой электрод – буквой К – катод.

А

К

IПР +

–

Если к аноду приложено положительное напря-

жение, а к катоду – отрицательное, то диод включен в

Рис. 7. Обозначение универсального диода

прямом направлении и открыт. На диоде выделяется напряжение U_ПР и течёт прямой ток I_ПР.

Если к аноду приложено отрицательное на- пряжение, то диод включён в обратном направлении и закрыт, через диод протекает обратный ток малой величины I_ОБР. Если приложенное обратное напряжение превышает напряжение пробоя, то происходит электрический пробой диода и в цепи потечёт ток.

На рис. 8 приведено УГО стабилитрона. В ос- нову обозначений стабилитронов положен тот же

А

К

буквенно-цифровой код, что и для диодов. Напри-

Рис. 8. Обозначение

стабилитрона

мер, обозначение стабилитрона КС153А расшиф- ровывается как кремниевый диод малой мощности

(серия 100), разновидности А. В отличие от выпрямительных диодов по- следние два цифры обозначают напряжение стабилизации U_СТ = 5,3 В.

А К

IА + –

УЭ

Рис. 9. Обозначение управляемого тиристора

На рис. 9 приведено УГО тиристора. Обо- значение соответствует управлению тиристора по катоду, УЭ – управляющий электрод.

Тиристоры также обозначаются буквенно- цифровым кодом:

• первый элемент – исходный материал;
• второй элемент – вид прибора: Н – диод-

ный тиристор – динистор (неуправляемый), У – триодный тиристор – (управляемый).

Рис. 10. Обозначение

Например, КУ201К – кремниевый, управляе- мый, средней мощности, 01 разработки, разно- видности К.

На рис. 10 приведено УГО светодиода.

Система обозначений светодиодов аналогична обозначениям прочих диодов. Второй компонент обозначения буква Л – светоизлучающий диод. Например, АЛС331 расшифровывается следующим образом: А – материал арсенид галлия, ЛС – матрица светодиодов. Последующие цифры обознача- ют номер разработки и эксплуатационные свойства.

Биполярные транзисторы

• • 1. Общие положения

Транзисторами называются полупроводниковые приборы с двумя взаимодействующими n-p-переходами. По чередованию переходов транзи- сторы бывают двух типов: p-n-p – транзисторы и n-p-n – транзисторы (рис. 11).

Средний слой транзистора называют базой (Б), один из крайних – эмит- тером (Э), другой – коллектором (К). Стрелка в обозначении эмиттера пока- зывает направление протекания положительного тока.

n-p-n — транзистор p-n-p — транзистор

База

Коллектор

Эмиттер

База

Коллектор

Эмиттер

Рис. 11. Структура биполярного транзистора n-р-n и р-n-р типа

В зависимости от того, какой из электродов транзистора является об- щим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения: с общей базой (ОБ) – рис. 12,а; с общим эмиттером (ОЭ) – рис, 12,б; и с об- щим коллектором (ОК) – рис. 12. в.

I_Э

ОБ

I

ОЭ

К

ОК

I_Э

Э

UЭБ

К

I

I_К

Э

Вход

Б

UКБ

Выход

I_б

б

I_б

UКЭ

UБЭ

I_Э

UКЭ

U_Б

I_К

а)

б)

в)

Рис. 12. Схемы включения биполярного транзистора

Наиболее часто применяется схема ОЭ, так как позволяет получить наибольший коэффициент усиления по мощности.

Схема ОК усиливает электрический ток и мощность, но не усиливает напряжение.

Схема ОБ обеспечивает усиление напряжения и мощности, но не уси- ливает ток.

Токи электродов транзистора связаны соотношением

I_Э= I_Б + I_К (1.8).

В транзисторе, включённом по схеме ОЭ, ток коллектора

I_К= α·I_Э + I_КЭО (1.9)

где α – коэффициент передачи тока эмиттера в коллектор (α=0,9,…;099);

I_КЭО – обратный ток коллекторного перехода, в схеме ОЭ равен току коллектора при разомкнутом выводе базы (I_Б = 0).

Подставив (1.8) в (1.9) получим

i   i

к б

1  

 1 iк0  B  iб 1

• B  iк0  B  iб
• iкэ0 .

(1.10)

В выражении (1.10) базы (в коллектор), т.е.

 

B  

1  

– статический коэффициент передачи тока

B  IК  IКБ0

IБ  IКБ0

. (1.11)

Так как I_КБО << I_К и I_КБО << I_Б, то коэффициент передачи тока базы

B  IК

IБ

. (1.12)

Статические вольт-амперные характеристики для схемы включения ОЭ

представлены на рис. 13. На рис. 13. а изображены входные характеристи- ки I_Б = ƒ(Uбэ) при U_КЭ = Const, на рис. 13. б – выходные I_К = ƒ(UКЭ) при

I_Б = Const.

На рис. 13,а показано построение характеристического треугольника для определения входного сопротивления транзистора в системе h – пара- метров

h11э  U БЭ

IБ

UКЭ  Const

. (1.13)

На рис. 13,б показано определение коэффициент усиления транзистора. Коэффициент определяется через приращения токов базы и коллектора при постоянном напряжении U_КЭ (на рисунке U_КЭ = 5 В)

B  h21Э

 IК

IБ

UКЭ

Const

(1.14)

Для транзисторов малой мощности (Р_К < 300 мВт) этот параметр определя- ется при напряжении U_КЭ = 5 В. Для транзисторов средней мощности (Р_К < 3 Вт) – при напряжении U_КЭ = (10 ÷ 15) В.

I_К

∆I_К

∆I_Б= I_Б4 – I_Б3

IБ6 IБ5

IБ4 IБ3

IБ2

I_Б

∆I_Б

U_KЭ= 5 B

∆U_БЭ

UБЭ

мВ

а)

5 В UKЭ

б)

Рис. 13. Вольт-амперные характеристики биполярного транзистора Определение выходной проводимости транзистора h_22Э в системе

h-параметров показано на рис.14.

h22Э  I_К

U _КЭ

I Б  Соnst . (1.15)

Обратная выходной проводимости

I_К

IБ6 IБ5

IБ4

∆I_К IБ3

IБ2

∆U_КЭ

величина определяет дифференциаль- ное сопротивление коллекторного пе- рехода

r*  U _КЭ

к I _К

IБ  Соnst

(1.16)

UKЭ

Рис.14. Определение выходной проводимости h_22Э

Его значение находятся в пределах 10 ÷ 100 кОм.

Дифференциальное сопротивление перехода эмиттер–база r_Э зависит от постоянной составляющей тока эмиттера

Т 0,026

r





Э

I

I

Э Э

(1.17)

Ом.

Значение сопротивления г_Э лежит в пределах от единиц до десятков

Объёмное сопротивление базы

r_б = h_11э – (В + 1)∙r_Э, (1.18)

Обычно г_б >> г_Э и для маломощных транзисторов составляет (100 ÷ 500) Ом.

• • 1. Система обозначения транзисторов

В основу системы положен буквенно-цифровой код.

Первый элемент (цифра или буква) обозначает исходный полупровод- никовый материал аналогично диодам.

Второй элемент определяет подкласс прибора. Т – подкласс транзистор биполярный.

Третий – функциональные возможности транзистора – допустимую мощность рассеяния и граничную частоту.

Четвёртый – порядковый номер разработки технологического типа транзистора. Обозначается цифрами от 01 до 99 (в последнее время появились разработки с номерами от 101 до 999)

Пятый – обозначает дополнительные параметры транзистора в данной разработке. Они обозначают буквами русского алфавита

Например, транзистор КТ301А – кремниевый транзистор биполярный, высокочастотный, малой мощности, номер разработки 01, разновидности А.

Обозначение транзистора на принципиальных схемах нормировано и приведено на рис. 11 и 12. Направление стрелки эмиттера показывает поло- жительное направление тока эмиттера.

Изображение транзистора с выводами можно поворачивать на 90 граду- сов. Стандарт разрешает не изображать окружность.

• • 1. Допустимые электрические и тепловые параметры

Максимально допустимые напряжения это такие предельные напряже- ния, при которых транзистор не теряет своих электрических свойств. Пре- вышение этих напряжений не допускается, т.к. может наступить электриче- ский пробой р-n-переходов транзистора. В справочниках приводятся значе- ния допустимых напряжений U_КБmах, U_КЭmах, U_ЭБmах.

Максимально допустимая рассеиваемая мощность коллектора Pк.max – наибольшая мощность, рассеиваемая коллектором транзистора при темпера- туре окружающей среды Т_С (или корпуса T_К).

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Параметрический стабилизатор применяют в случаях, когда требуется получить стабильное напряжение при относительно малой электрической мощности рассеяния в сопротивлении нагрузки. В качестве нелинейного элемента, обеспечивающего стабилизацию выходного напряжения, приме- няют стабилитроны.

Принцип работы стабилизатора

Схема параметрического стабилизатора напряжения приведена на рис.15. Стабилитрон представлен схемой замещения, включающей диффе- ренциальное сопротивлением r_СТ, идеальный источник напряжения U_СТ и идеальный диод VD. Сопротивление R₀ ограничивает ток стабилитрона та- ким образом, чтобы мощность рассеяния на стабилитроне не превышала до- пустимую.

Работа стабилизатора состоит в следующем. Например, при увеличении напряжения источника напряжения U_И на величину ∆U_И электрический ток через стабилитрон VD увеличивается на величину ∆I_CT. Это приводит к увеличению падения напряжения на ограничительном сопротивлении R₀ и уменьшению изменения напряжения на сопротивлении нагрузки.

R₀

IВХ

+

U_И

–

IСТ

I_Н RH

rCТ

U_H = U_CT

а) б)

ICT

Рис. 15. Расчетная схема параметрического стабилизатора напряжения

При включении идеального диода в прямом направлении его сопро- тивление равно нулю, также равно нулю собственное сопротивление иде- ального источника напряжения. В режиме стабилизации сопротивления r_СТ и R_H включены параллельно и образуют делитель напряжения с сопротивлением R₀. При изменении U_И на величину ΔU_И напряжение нагрузки U_Н изменится

на величину

UН

 UИ  rСТ // RН .

RO  rСТ // RН

Так как r_СТ << R_Н, то r_СТ//R_Н ≈ r_СТ и

UН

 UИ  rСТ .

RO  rСТ

Подставляя эти соотношения в формулу, получим выражение для ос- новного параметра стабилизатора – коэффициент стабилизации

КСТ

 UИ

UН

 UН UИ

 UН

UИ

 RО  rСТ rСТ

 UН

UИ

 RО .

rСТ

(2.1)

Из уравнения (2.1) следует, что коэффициент стабилизации напряжения тем больше, чем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона и больше сопротивление R₀.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона r_СТ существенно зави- сит от величины тока, протекающего через стабилитрон. Чем ток больше, тем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона и выше значе- ние коэффициента стабилизации (рис 15,б).

Подставив в (2.1) значения напряжений, выраженные через соответст- вующие токи и сопротивления U_Н = I_HR_H и U_И = (I_H+I_CT)R₀+ I_HR_H, получим

КСТ

 IН  RН

IН  ( RО  RН )  IСТ  RО

 RO rСT

(2.2)

Как видно из уравнения (2.2), вопрос относительного влияния сопро- тивления R₀ и дифференциального сопротивления r_СТ на коэффициент ста- билизации параметрического стабилизатора значительно сложнее, чем ка- жется при анализе уравнения (2.1).

Параметры элементов стабилизатора выбирают таким образом, чтобы удовлетворялось условие

UИ min

• R 

UИ max

(2.3)

IН max  IСТ min

^O IН min

 IСТ max

где U_Иmах и U_Иmin – максимальное и минимальное значение напряжения источника питания;

I_Hmax и I_Hmin – максимальный и минимальный токи нагрузки;

I_CTmax и I_CTmin – максимальный и минимальный допустимые токи через стабилитрон.

Если неравенство не удовлетворяется, то реализовать параметриче- ский стабилизатор напряжения, имеющий заданные параметры, нельзя и необходимо применять иные схемотехнические решения.

Основные параметры стабилизатора

Стабилизатор характеризуется следующими основными параметрами:

1. Коэффициент стабилизации

КСТ

 UИ / UИ

UН / UН

 UН

UИ

 UИ UН

, (2.4)

где U_Н – выходное напряжение стабилизатора;

U_И – напряжение источника питания на входе стабилизатора;

ΔU_И – изменение напряжения источника питания вызвавшее изме- нение выходного напряжения на величину ΔU_Н.

Коэффициент стабилизации показывает насколько изменится выходное стабилизируемое напряжение при изменении входного напряжения.

1. Выходное сопротивление стабилизатора

ΔU_СТ

RВЫХ =

ΔI_Н

(2.5)

где ΔU_СТ = ΔU_Н – изменение напряжения стабилизации при изменении тока нагрузки на величину ΔI_Н.

1. Коэффициент температурной нестабильности ТКН

ТКН = ΔUСТ

UСТ

1 100%/град

(2.6)

где ΔU_СТ – изменение напряжения стабилизации при изменении темпе- ратуры на ΔТ градусов раздел 1.1.2.

ΔТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТАБИЛИЗАТОРА

Структурная схема стабилизатора

Структурная схема стабилизатора представлена на рис. 16.

ИП – источник питания стабилизатора, СЭ – силовой элемент — транзистор,

ИОН — источник опор- ного напряжения — ста- билитрон, СЗ – схема защиты, И — индикация состояния стабилиза- тора, Н – нагрузка

ИОН

СЭ

И

СЗ

Н

ИП

Рис. 16. Структурная схема стабилизатора

просы проектирования

стабилизатора.

Общие во-

При выборе элементов схемы руководствуются минимально возмож- ными параметрами. Например, если по расчёту получается мощность, вы- деляющаяся на резисторе равна 0,25 Вт, то элемент следует выбирать на эту мощность, возможно с небольшим запасом. Без необходимости не сле- дует выбирать элемент высокого класса. Например, во многих электрон- ных схемах вполне устраивает разброс параметров резисторов ±5%, что со- ответствует ряду Е24 (приложение 1).

При выборе режимов работы элементов и схем следует выбирать ми- нимально возможные значения токов и напряжений.

Определение исходных данных

По соотношениям (2.6, 2.7) оценивается возможность использования параметрического стабилизатора (рис. 15). Если параметрический стабили- затор не может обеспечить требуемый ток нагрузки, то можно попытаться включить транзистор для увеличения выходного тока стабилизатора (рис. 16). Введение транзистора VТ позволит увеличить ток нагрузки

IH в В раз по сравнению с допустимым током стабилитрона. В – статиче- ский коэффициент усиления тока транзистора. В схеме использован эмит- терный повторитель напряжения стабилитрона VD.

VT

R1 IБ

U_КЭ = 10 В

VD IH

U_И

RН U_Н = 10 В

Рис. 16. Параметрический стабилизатор с усилителем тока

Выбор транзистора

Порядок выбора элементов стабилизатора рассмотрим на примере (ва- риант 0). Напряжение стабилизации U_СТ = 10±0,1 В, номинальное значение тока нагрузки I_Н = 50±10 мА. Таким образом, необходимо обеспечить рабо- ту стабилизатора при I_Hmax = 60 мА. Такой ток эмиттера могут обеспечить транзисторы средней мощности серий 401-499 или 501-599 [10, 11].

Транзистор включён по схеме с общим коллектором, поэтому можно принять, что ток коллектора равен току эмиттера I_К ≈ I_Э. Кроме того нагруз- ка включена последовательно в цепь эмиттера транзистора, поэтому I_Э = I_Н.

1. Выбор транзистора.

Транзистор выбирается по максимальному значению тока коллектора

I_Kmax и допустимой мощности рассеяния. При выборе руководствуются сле- дующим: максимальный ток коллектора, указанный на ВАХ, должен лежать в пределах (1,1÷1,5)∙I_Hmax. Не следует выбирать транзисторы со слишком боль- шим запасом по допустимому току. В примере выбирается транзистор с током коллектора 65 мА ≤ I_Kmax ≤ 100 мА. Для указанного условия подходит тран- зистор типа КТ611В (таблица 4).

1. Определяется коэффициент усиления В по вольт-амперным коллек- торным характеристикам выбранного транзистора В = ∆I_K/∆I_Б при напряже- нии U_KЭ = 10 В (характеристики позиции 5.2.8). Методика определения по- казана на рис. 13 б. Для выбранного транзистора получаем В ≈ 50.
2. Определяется необходимый максимальный ток базы

I_Бmax= I_Кmax/В = 1,2 мА.

1. Для нормальной работы транзистора средней мощности напряжение между коллектором и эмиттером должно быть не менее 10 вольт. Примем напряжение U_КЭ = 10 В. При этом минимальное напряжение на коллекторе оказывается равным U_Kmin= U_Иmin= 20 В рис.16. По заданию напряжение ис- точника питания может изменяться в диапазоне ±15%, что составит 24,0 ±3,6 В, U_Иmах= 27,6 В. Таким образом, к транзистору прикладывается максимальное напряжение U_КЭmax = U_Иmах – U_Н = 27,6 – 10,0 = 17,6 В.
2. На основании приведённых расчётов выбирается источник питания для стабилизатора. Среднее значение напряжения U_Иср = 24 В.
3. Определяется мощность рассеяния на коллекторе транзистора

Р_К = U_КЭmax·I_Кmax= 27,6·0,06 = 1,66 Вт < Р_КДОП = 1,8 Вт.

1. Если полученная мощность рассеяния превышает допустимую, то транзистор необходимо поместить на радиатор. Выбор необходимой пло- щади радиатора производится по графикам рис. 24 справочных данных. Оп- ределяется превышение мощности в процентах, проводится горизонтальная линия до пересечения с графиком и определяется площадь радиатора.
2. Если используется транзистор на основе германия, то напряжение база–эмиттер следует принять равным (0,2 ÷ 0,3) В.
3. Для транзисторов средней мощности на основе германия следует воспользоваться теми же коллекторными характеристиками, что и для кремниевых соответствующей мощности. Входные характеристики для германиевых транзисторов представлены отдельно на рис. 5.2.9.

Выбор стабилитрона

Напряжение стабилизации U_СТ = 10 В. Стабилитрон включён в цепь базы транзистора. Его напряжение стабилизации должно быть больше на величину падения напряжения на переходе база-эмиттер U_БЭ. Для крем- ниевых транзисторов U_БЭ ≈ 0,7 В, для германиевых U_БЭ ≈ 0,25 В.

1. Учитывая падение напряжения U_БЭ ≈ 0,7 В выберем стабилитрон типа КС210В (таблица 2). Его напряжение U_СТ = 11 В, максимальный ток I_СТmax = 20 мА, ТКН ξ = + 7,5 10^-2 %/^ОС.

Оценим изменение напряжения стабилизации при изменении темпера- туры на ΔТ = 40⁰С. ΔU_СТ = U_СТ ∙ξ∙ΔТ = 11∙0,075·40 = 0,3 В. Напряжение U_СТ = 10 В изменяется на 0,33 В (330 мВ). Такой температурный дрейф не- допустим по заданию.

Требуется введение термокомпенсации.

1. Чтобы скомпенсировать положительный ТКН стабилитрона VD1, включим последовательно стабилитрон с отрицательным ТКН. Напряжение компенсации U_К определим по графику рис. 18. На оси ξ_СТ выберем значение ξ_СТ = – 0,075 (у стабилитрона ξ_СТ = +0,075). Проведём стрелку до пересече-

VT1

R1

UБЭ

+U_И

VD1

U

R_H

СТ

VD2

U_К

%

0С

0,08

ξСТ

0,04

0

4

8

12

16 В U_СТ

– 0,04

– 0,08

Рис. 17. Включение термокомпен- сирующего диода

Рис. 18. Зависимость относительного ξ_СТ стабилитрона от напряжения ста- билизации

ния с графиком ТКН. Через полученную точку проведём сечение (штрих- пунктирная линия). Согласно построению необходим стабилитрон с напря- жением стабилизации равным примерно 3 В. Такому напряжению соответст- вует стабилитрон КС131А, его напряжение стабилизации U_СТ = 3,1 В (таб- лица 2).

1. После этого необходимо выбрать основной стабилитрон VD1 с на-

пряжением U_СТ ≈ (U_Н – U_К+ 0,8 В) = (10 – 3,1 + 0,8) = 7,7 В (при условии, что транзистор на основе кремния U_БЭ = 0,7 В). Для рассматриваемого примера под- ходит стабилитрон КС175А с напряжением U_CT = 7,5 ± 5% B.

Внимание.

При заданном напряжении стабилизации более 12 В следует включить последовательно два стабилитрона. При этом желательно один из них выбрать на напряжение 5 В, при котором ξ_СТ ≈ 0.

Полной термокомпенсации данным способом получить не удаётся.

Стабилизация тока стабилитронов

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

Для уменьшения влияния изменения напряжения U_И на параметры ста- билизатора необходимо обеспечить постоянство тока стабилитронов. Обыч-

R_Э

U

Rэ UКБ

UKЭ

VT1

UБЭ

I_H ±20%

U ±15%

VD3

UЭK

R_H UH

И UБ2

VT2

IК2 R1

VD1 VD2

UСТ U_К

Рис. 19. Расчетная схема стабилизатора

но 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. Он работает в режиме стабилизатора тока, в котором ток коллектора не зависит от изменения напряжения U_И.

Ток коллектора транзистора VT2 задаёт ток стабилитронов VD1, VD2 и 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 VD2 за- дадимся 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. Допусти- мый ток коллектора должен быть больше полученного в расчёте. Проверяет- ся 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.

1. 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.

1. 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 ста- билитроном VD3.

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

1. Вычисляем величину сопротивления R1.

Зададим ток стабилитрона VD3 равным 5 мА. При минимальном напряже- нии источника U_П по сопротивлению R1 будет протекать ток 5 мА. Прикладыва- ется 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), на- пример 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. Рассеивае- мая резистором мощность P_R1= I_R1·U_R1=4,3 мА·8,4 В = 26 мВт.·Можно выбрать резистор с мощностью 1/8 Вт.

1. 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 (rСТΣ = 31 Ом).

Ом r_СТ

20мА

30мА

I_CT= 15мА

I_CT= 25мА

30

20

10

0

5 10 15 В U_СТ

Рис. 20. Зависимость сопротивления стабилитрона от тока стабилизации

Расчет параметров стабилизатора

Коэффициент стабилизации определяется по соотношению

СТ r

К



rк  Н

 h U

U

, (3.2)

СТ 11

1  h

21

И max

где r_{СТ Σ} – общее сопротивление стабилитронов;

rК– сопротивление коллекторной цепи транзистора VT1; h₁₁ – входное сопротивление транзистора VT1;

h₂₁ = В – статический коэффициент усиления транзистора VT1.

1. Сопротивление r_Э = φ_T/I_Э = 26 мВ/50 мА = 0,52 Ом. При температуре 20 ^ОС φ_T ≈ 26 мВ.
2. Параметр h₁₁ определяется по приращениям тока и напряжения на входной характеристике h₁₁ = ∆U_БЭ /∆I_Б (рис. 21). Ток базы был вычислен ранее I_Б = 1,2 мА. Значение тока базы откладываем на оси тока базы, прово- дим горизонтальную линию до пересечения с характеристикой, получаем положение рабочей точки (РТ). Строим характеристический прямоугольный треугольник так, чтобы РТ оказалась примерно в средине гипотенузы тре- угольника. Катеты проецируем на ось тока и напряжения. Вычисляем значе- ния ∆U_БЭ и ∆I_Б.

Из построения находим ∆U_БЭ ≈ 0,05 В и ∆I_Б= 0,6 мА. h₁₁= ∆U_БЭ /∆I_Б=

= 0,05/0,6 = 83 Ом.

1. Сопротивление r_К определяется по коллекторным вольт- амперным характеристикам транзистора. Для этого проводится вертикаль- ная прямая для напряжения 10 В, находится точка пересечения прямой с ха- рактеристикой тока базы, принятого в расчёте (I_Б = 1,2 мА). Возле этой точ- ки строится характеристический треугольник, катеты которого проециру- ются на оси и находятся значения приращения тока и напряжения ∆ U_КЭ и

∆I_К. Вычисляется сопротивление r_К. Построения показаны на рис. 21 и рис. 14. Из построения определяем ∆U_КЭ= 10 В, ∆I_К ≈ 4 мА.

r_К = ∆U_КЭ/∆I_К = 10 В/0,004 А = 2500 Ом.

1. Коэффициент В определяется при постоянном напряжении

U_КЭ = 10 В. Выбираем характеристики для токов базы 1,0 мА и 1,4 мА.

∆I_Б = 0,4 мА, ∆I_К ≈ 25 мА, В = ∆I_К/∆I_Б ≈ 25/0,4 = 62,5.

1. Вычисляем коэффициент стабилизации стабилизатора

СТ r

К



rк  Н

 h U

U

 2500

31  83

 10

28

 497

СТ 11

1 h

21

И max

1 62,5

1. Выходное сопротивление стабилизатора

R_ВЫХ = r_Э + (r_СТΣ+ r_б)/(1 + B)

Сопротивление r_б = h₁₁– r_Э(1 + B) = 83 – (0,52∙63,5) = 50,0 Ом.

R_ВЫХ = 0,52 + (31 + 50,0)/51 = 2,1 Ом.

I_Б

1,6

1,2

0,8

I_К мА

0,4

0

0,7 0,8

мА
	UКЭ=	10В
	РТ
*

0,9

80

60

40

20

1,4

I_Б = 1,2 мА 1,0

0,8

ΔI_Б = 0,2 мА

0

U_БЭ В

5 10

15 UКЭ В

Рис. 21. Входная и выходная характеристики транзистора

Защита стабилизатора по току

В случае уменьшения сопротивления нагрузки увеличивается ток вплоть до короткого замыкания. В этом случае силовой транзистор VT1 мо- жет сгореть. В таких ситуациях необходима защита стабилизатора по току.

Включим в токовую цепь нагрузки специальное сопротивление R_T, вы-

полняющего роль преобразователя тока в напряжение. При протекании по сопротивлению тока выделяется

VT1

I_H

+

R_Т

–

IБ1

VT3

IК3

VD1

VD2

I_H R_H

Рис. 22. Схема защиты стабили- затора по току

1. Выбор токового резистора.

напряжение с полярностью, указанной на рис. 22. Это напряжение воздейст- вует на вход транзистора VT3. При за- данном токе транзистор открывается и берет на себя часть тока базы тран- зистора VT1. Последний закрывается и ограничивает ток коллектора. При максимальном токе нагрузки транзи- стор VT3 закрыт и не оказывает влия- ния на работу стабилизатора.

Примем, что защита должна включиться, если ток превышает двойной максимальный ток нагрузки. Примем транзистор VT3 германиевый

n-p-n типа. Напряжение открывания у такого транзистора составляет 0,3 В. (2 I_Нmax = 0,12 A). Вычисляем величину сопротивления R_T.

R_T = 0,3 В/0,12 А = 2,5 Ом. Выбираем меньшее номинальное значение 2,4 Ом. Вычисляется мощность рассеяния на резисторе и его тип.

1. Транзистор VT3 можно выбрать любой германиевый n-p-n типа (таблица 3 Справочные данные).

Защита нагрузки от перенапряжения

В случае пробоя транзистора VT1 (рис. 19) на нагрузку попадает пол- ное напряжение питания, что может вывести ее из строя. Необходима схема защиты нагрузки от возможного перенапряжения. В таких случаях исполь- зуются быстродействующие электронные схемы защиты рис. 23. На этой схеме показаны элементы индикации состояния стабилизатора, индикация будет рассмотрена далее.

Схема защиты состоит из тиристора VS5, стабилитрона VD4 и резисто- ра. (Схема защиты по току на схеме не показана). В исходном состоянии тиристор VS5 закрыт, его управляющий вход подключен к катоду через со- противление R2. Стабилитрон VD4 также закрыт его напряжение включения на 10% больше напряжения нагрузки. Как только напряжение на нагрузке увеличивается по каким-либо причинам более чем напряжение стабилиза- ции стабилитрон VD4 он открывается, на сопротивлении R2 выделяется на- пряжение на управляющий электрод тиристора подается напряжение.

Ст VT1

FU

VD4

R3

С1

R₄

+

R1

VD5

U_И

VD6 + С2

VS5

R2

Рис. 23. Схема защиты нагрузки и индикация

Тиристор открывается, его сопротивление уменьшается до нескольких Ом, т.е. он закорачивает входную цепь стабилизатора. В результате сгорает плавкий предохранитель FU или срабатывает защита источника U_И.

1. Сопротивление R2 ограничивает ток стабилитрона на уровне 5 ÷ 10 мА. Из этих условий выбирается стабилитрон и резистор. В рассмат- риваемом примере U_H = 10 В. Можно использовать стабилитрон КС213В с напряжением включения 13 В (таблица 2). При выходе из строя транзистора VT1 на стабилитрон VD4 может поступать минимальное напряжение пита-

ния, равное 20 В. Зададимся током стабилитрона равным 5 мА. При пробое стабилитрона к резистору R2 прикладывается напряжение (20 – 13) = 7 В. Сопротивление R2 = 7 В/5мА = 1,4 кОм.

Вычисляется мощность рассеяния на резисторе, выбирается его тип. Проверим, не превышает ли ток через стабилитрон допустимое значе-

ние при максимальном напряжении источника питания равным 27,6 В. (27,6 – 13) В/1,4 кОм = 10,4 мА, что вполне допустимо для выбранного типа стабилитрона.

1. Выбор тиристора.

Напряжение включения тиристора должно быть больше максимального напряжения питания U_Иmax (параметр U_A таблица 5). При выборе тиристора можно ориентироваться следующим условием. Если ток нагрузки меньше 100 мА, то выбирается тиристор с током анода 100 мА и менее. Если ток на- грузки больше 100 мА, то выбирается тиристор с током анода 100 мА и бо- лее.

В примере можно выбрать тиристор КУ101В U_А = 50 В, I_А = 80 мА. Выбранные элементы вносятся в перечень элементов схемы.

Индикация состояния стабилизатора

Индикация состояния стабилизатора осуществляется с помощью свето- диодов (СИД). Нормальное состояние принято индицировать зеленым или желтым цветом, критическое состояние – красным.

1. Сопротивление R3 выбирается исходя из условий минимального тока СИД и минимального напряжения на нем (таблица 6). Выберем свето- диод КЛ101А с параметрами I_ПР = 10 мА, U_ПР = 5,5 В.

R4 = (U_Н – U_ПР)/I_ПР = 4,5 В/10 мА = 450 Ом. Выбираем ближайшее меньшее номинальное значение резистора. Вычисляется мощность рассеяния на ре- зисторе, выбирается его тип.

1. Индикация состояния перегрузки стабилизатора осуществляется с помощью СИД VD5. В исходном состоянии диод не светится. Если тири- стор открывается, то напряжение на нем уменьшается до одного вольта и по СИД потечет ток. Расчет ограничительного сопротивления R1 аналоги- чен расчету сопротивления R4.

СИД выбирается с красным свечением.

1. Плавкий предохранитель FU выбирается на такой ток, чтобы он сработал при допустимом токе тиристора.
2. Для устранения низкочастотных и высокочастотных помех на вы- ходе стабилизатора параллельно нагрузке включаются емкости

С1 = 0,1 мкФ и С2 = 10 ÷ 20 мкФ.

Заключение

После проведения всех расчетов и выбора элементов оформляется за- ключение. В нем отражается задание, т.е. что следовало спроектировать и приводятся параметры стабилизатора К_СТ, R_ВЫХ и U_Иср, полученные в ре- зультате проектирования.

Составление принципиальной схемы стабилизатора

После окончания расчётов отдельных узлов необходимо составить пол- ную принципиальную схему устройства. К схеме рис. 19 добавляется схема защиты и индикации рис. 22, рис. 23. Все стрелки и надписи удаляются. Всем элементам, изображенным на схеме, присваивается порядковый номер. Нумерация элементов сквозная R1, R2, и т.д. начинается с левой стороны чертежа. Номинальные значения элементов на схеме не указываются, стрел- ки направлений токов и напряжения тоже не указываются. Схема устрой- ства оформляется на листе формата А3, чертится рамка и основная надпись приложение 3.

При вычерчивании принципиальной схемы следует руководствоваться требованиями ГОСТ, с которыми можно ознакомиться в библиотеке [7]. Можно воспользоваться типовой «рисовалкой» Microsoft Word, программа- ми SPlan, Компас или Electronics Workbench.

Если схема выполняется на компьютере, то можно разделить её на две части, распечатать на двух листах А4 и затем склеить.

Принципиальная схема должна сопровождаться перечнем элементов – спецификацией, выполняемой в соответствии с ГОСТ (приложение 4). Если позволяет место на листе А3, то таблицу с перечнем элементов можно по- местить над основной надписью чертежа.

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАБОТЫ

Оформление работы

Курсовая работа должна быть оформлена в виде пояснительной записки, выполненной на листах формата А4 компьютерным способом.

По всем четырём сторонам листа записки должны оставаться поля слева – 25 мм, кругом по 10 мм.

Листы пояснительной записки должны быть скреплены в двух – трёх точках на расстоянии 10 мм от левого края листа.

Использование скрепок и пластиковых конвертов (файлов) не допуска- ется.

Пояснительная записка обязательно должна включать задание на проекти- рование, размещаемой на втором листе (номер варианта указывается на титуль- ном листе). Расчётные принципиальные схемы в пояснительной записке должны быть выполнены обязательно по трафарету. Схемы в тексте являются рисунками и должны иметь сквозную нумерацию и подрисуночные подписи.

Все буквенные обозначения физических величин должны быть указаны на рисунке или пояснены в тексте.

Расчёт численных значений физических величин должен быть оформлен следующим образом: после расчётной формулы, записанной в буквенных обо- значениях, в неё подставляют численные значения величин, а затем приводят ре- зультат вычислений и обозначение единицы физической величины без скобок. Обязательно проставляется размерность полученной величины. Если хотя бы од- на величина, входящая в формулу имеет три значащие цифры, то результат дол- жен иметь также три значащие цифры. В качестве примера оформления расчет- ной формулы можно обратиться к формуле расчета коэффициента стабилизации К_СТ.

Работы, сдаваемые на проверку, должны быть выполнены в полном объёме, приведён список использованной литературы, справочников.

Исправления следует вносить путём зачёркивания неправильного результата и вписывания правильного выше или правее неправильного. Если работа пере- оформлена полностью, то предыдущий вариант работы с замечаниями препода- вателя должен быть вложен в исправленный текст (за исключением титульного листа, который должен быть перенесён на исправленный текст).

Пример оформления титульного листа записки приведён в приложении 2. Титульный лист является страницей номер 1, но номер не проставляется. Длин- ный номер под заголовком обозначает следующее. Первая позиция – номер учебной специальности, следующие две позиции в учебных проектах не запол- няются, предпоследняя позиция – две последние цифры номера студенческого билета или зачётной книжки, последняя позиция – ПЗ – шифр документа – пояс- нительная записка.

В основной надписи принципиальной схемы эта позиция обозначается Э3 – обозначающую схему электрическую принципиальную.

В приложении приводятся вольт-амперные характеристики транзисторов, которые использовались в ходе расчётов. Эти характеристики можно скопиро- вать из электронной версии пособия и поместить в текст пояснительной записки.

Таблица выбора варианта и данных для расчета стабилизатора

Номер варианта выбирается по порядковому номеру студента в журнале группы.

Изменение напряжения источника питания составляет ±15% для нечетных номеров вариантов, ±16% для четных номеров вариантов.

Таблица 1. Таблица выбора варианта для расчета стабилизатора.

№ Вар.	UСТ В	IH mA	∆Т 0C	Материал транзистора	КСТ не менее	ТКН % от UСТ
0	10	85±20%	40	Si	200	менее 1%
1	7	96±20%	30	Si	200	менее 1%
2	7	75±40%	40	Ge	300	менее 0,5%
3	8	97±20%	30	Si	200	менее 0,9%
4	8	86±30%	40	Ge	150	менее 0,5%
5	8	102±20%	40	Si	200	менее 1%
6	9	96±30%	30	Ge	300	менее 0,5%
7	9	108±40%	30	Si	300	менее 0,8%
8	9	90±20%	40	Ge	200	менее 0,5%
9	10	80±50%	50	Si	250	менее 1%
10	10	98±40%	50	Ge	300	менее 0,6%
11	11	80±30%	40	Si	350	менее 1%
12	9	107±20%	40	Ge	200	менее 0,9%
13	11	92±40%	30	Si	260	менее 0,9%
14	12	100±40%	30	Si	280	менее 0,7%
15	12	92±40%	40	Ge	300	менее 1%
16	12	80±20%	40	Si	220	менее 0,5%
17	11	99±30%	35	Ge	260	менее 1%
18	13	88±40%	30	Si	300	менее 0,8%
19	13	90±30%	40	Ge	200	менее 0,4%
20	14	50±20%	40	Si	250	менее 0,5%
21	14	100±50%	40	Ge	260	менее 1%
22	16	98±40%	35	Si	300	менее 0,5%
23	15	80±20%	30	Ge	360	менее 1%

24	9	120±10%	35	Si	400	менее 0,4%
25	9	78±40%	20	Ge	360	менее 0,8%
26	15	90±30%	35	Si	200	менее 0,5%

Таблица 1. Продолжение.

27	14	80±20%	30	Ge	260	менее 1%
28	8	130±30%	25	Si	300	менее 2%
29	8	110±10%	30	Ge	260	менее 1%
30	10	90±40%	35	Si	300	менее 0,9%
31	11	120±20%	25	Ge	220	менее 1%
32	11	60±40%	40	Si	200	менее 0,5%
33	12	98±60%	50	Ge	260	менее 0,4%
34	12	60±30%	30	Si	300	менее 0,8%
35	13	88±40%	25	Ge	260	менее 1%
36	15	92±20%	40	Si	300	менее 0,5%

СПРАВОЧНЫЙ РАЗДЕЛ

• 1. Определение площади радиатора

% 100

Si

S

Ge

75

50

25

РКm

30 90 150

см²

Рис. 24. Выбор радиатора с необходимой площадью

Справочные данные диодов и транзисторов

• • 1. Эксплуатационные данные стабилитронов. Таблица 2.

Тип стабилитрона	UСТ В	Imin мA	Imax мA	PДОП мВт	ξ %/оС	rД Ом
КС107А	0,7	4	63	300	– 0,082	62
КС130А	3,0	3	63	300	– 0,07	60
КС131А	3,1	3	62	300	– 0,067	60
КС135А	3,5	3	62	300	– 0,065	56
КС138А	3,8	3	62	300	– 0,062	56
КС140А	4,0	3	60	300	– 0,06	52
КС142Б	4,2	3	60	300	– 0,05	48
КС147А	4,7	3	58	300	– 0,02	46
КС156Б	5,6	3	46	300	+ 0,02	45
КС168Б	6,8	3	45	300	+ 0,03	28
КС170А	7	2	20	280	0,05	10
2С190Б	9	1	26	280	0,065	12
КС210А	10	2	20	260	0,075	15
КС210В	11	2	20	280	0,078	15
КС212В	12	2	20	280	0,080	16
КС213Б	13	2	20	260	0,085	18
КС213Г	14	2	20	260	0,088	19

• • 1. Транзисторы малой мощности германиевые и кремниевые p-n-p-типа Таблица 3. Транзисторы малой мощности.

№	Тип транзи- стора	IK мА	UKЭ В	В	РК мВт	Тип транзи- стора	IK мА	UKЭ В	В	РК мВт
1	ГТ108Б	50	12	60	80	КТ104Б	50	12	60	150
2	ГТ115Б	30	20	50	80	КТ104Г	40	15	50	150
3	ГТ305А	40	15	40	75	КТ203Г	30	15	50	150
4	ГТ305В	35	20	80	80	КТ203В	25	15	80	150
5	ГТ308А	50	20	60	150	КТ343А	50	20	60	300
6	ГТ308В	50	18	70	150	КТ343В	40	15	60	150
7	ГТ309А	25	12	60	80	КТ349А	40	20	70	200
8	ГТ310Б	30	12	70	80	КТ349Б	50	16	60	250
9	ГТ320А	120	15	50	200	КТ351Б	60	15	50	200

• • 1. Транзисторы средней мощности германиевые и кремниевые.

Таблица 4. Транзисторы средней мощности.

№	Тип транзи- стора	IK мА	UKЭ В	В	РК Вт	Тип транзи- стора	IK мА	UKЭ В	В	РК Вт
1	ГТ404А	300	25	55	1,6	КТ603Б	300	30	55	1,5
2	ГТ404Б	400	30	70	1,6	КТ604	200	45	50	1,4
3	ГТ404Г	500	45	80	1,5	КТ605	200	60	40	1,5
4	ГТ612А	120	40	60	1,4	КТ608Б	400	60	60	1,5
5	ГТ612Б	200	25	60	1,8	КТ616Б	400	25	50	1,3
6	ГТ612Г	300	30	50	1,9	КТ617А	400	30	40	1,5
7	ГТ614А	200	30	50	1,1	КТ611В	100	70	60	1,8
8	ГТ614В	100	40	40	1,0	КТ618А	110	100	50	1,5
9	ГТ618А	120	45	50	1,2	КТ503Б	150	40	60	1,5

5.2.6 Тиристоры управляемые. Таблица 5. Тиристоры управляемые.

№	Тип диода	IА мА	UА В	IУПР мА	РА Вт
1	КУ101В	80	50	20	0,15
2	КУ101Г	100	80	30	0,2
3	КУ103А	100	150	40	0,15
4	КУ103В	200	150	50	0,2
5	КУ201А	300	200	100	4
6	КУ201Б	400	200	110	4
7	КУ201Д	450	100	120	5
8	КУ201Г	500	100	130	5

5.2.7 Светоизлучающие диоды. Таблица 6. Светоизлучающие диоды.

	Тип диода	IПР мА	UОБР В	UПР B	Цвет свечения
1	АЛ102A	5	6	3,2	Красный
2	АЛ102Б	20	6	4,5	Красный
3	АЛ102В	30	6	4,5	Красный
4	АЛ301Б	10	2	3,8	Красный
5	3Л102Б	12	2	3,8	Красный
6	АЛ304В	11	2	3	Зеленый
7	КЛ101A	10	2	5,5	Желтый
8	КЛ101Б	20	2	5,5	Желтый

• 1. Вольт-амперные характеристики транзисторов средней мощности

Р_Кдоп<3 Вт.

• • 1. Вольт-амперные характеристики кремниевых транзисторов.

мА

2,2

I_Б = 1,8 мА 1,4

1,0

ΔI_Б= 0,4 мА

U_КЭ=5 В

I_Б,мА

2,0

1,5

1,0

0,5

0

0,7 0,8

0,9

U_БЭ ,В

I_К

160

120

80

40

0

10 20

30 U_КЭ,В

I_Б ,мА

1,6

1,2

Входная и выходная характеристики транзистора КТ604

I_К,мА

	UКЭ=	5 В

200

160

2,0

0,8

0,4

0

0,7 0,8

0,9

U_БЭ ,В

120

80

40

0

5 10

I_Б = 1,6 мА 1,2

0,8

15 U_КЭ,В

I_Б

1,6

1,2

Входная и выходная характеристики транзистора КТ605

I_К мА

мА
UКЭ	=5	В

125

100

1,2

0,8

0,4

0

0,7 0,8

0,9

U_БЭ ,В

75

50

25

0

10 20

I_Б = 1,0 мА

0,8

0,6

30 U_КЭ,В

Входная и выходная характеристики транзистора КТ618А

I_Б

2,0

1,5

1,0

0,5

0

0,7 0,8

мА
UКЭ	=5	В

0,9

U_БЭ ,В

I_К мА

150

120

90

60

30

0

10 20

1,5

I_Б = 1,2 мА 0,9

0,6

30 U_КЭ,В

Входная и выходная характеристики транзистора КТ503Б

2

I_К мА

300

240

180

120

3,0

2,4

I_Б = 1,8 мА

1,2

0,6

60

0

10

20

30 U_КЭ,В

I_Б м

,4

,8

,2

,6

А
UКЭ	=10

1

1

0

0 0,7 0,8

0,9

U_БЭ ,В

Входная и выходная характеристики транзистора КТ603Б

• • 1. Входные характеристики германиевых транзисторов средней мощности типа n-р-n.

I_БмА

UКЭ

2,4

=5 В

I_БмА

1,6

UКЭ

=5 В 1,

1,8

1,2 0,

1,2

0,6

ГТ403А

БЭ

0,8

0,4

0,

П602И 0,

0 0,1 0,2

0,3 U В 0

0,1 0,2

I_БмА

2

=5 В

9

6

3

ГТ403Б

UКЭ

0

0,3 UБЭВ

0,1 0,2

0,3 UБЭВ

I_Б мА

UКЭ

2,0

=5 В

I_Б

2,0

I_Б

3,2

мА

U_КЭ=5 В

ГТ601А

мА

U_КЭ=5 В

ГТ402И

1,5

1,5

2,4

1,0

0,5

ГТ402Д

1,0

0,5

1,6

0,8

0 0,1 0,2

0,3

0

U_БЭ ,В

0,1 0,2

0

0,3 UБЭ ,В

0,1 0,2

0,3 UБЭВ

I_БмА

UКЭ

3,2

=5 В

I_БмА

2,0

UКЭ

=5 В 2

2,4

1,5 1

1,6

0,8

ГТ403И

БЭ

1,0

0,5

1

П602Б 0

0

0,1 0,2

0,3 U В 0

0,1 0,2

I_БмА

,4

=5 В

,8

,2

,6

П605А

UКЭ

0

0,3 UБЭВ

0,1 0,2

0,3 UБЭВ

Библиографический список

Основной:

• • • 1. Лачин В. И. Электроника: учеб.пособие /В. И.Лачин, Н. С. Савёлов.- Ростов-на-Дону: изд-во «Феникс»2007.
      2. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и микропроцессорная техника: Учеб.пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2002. 622 с.
      3. Воробьёв Н. И. Проектирование электронных устройств: Учеб.пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1989. 223 с.
      4. Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и ста- билизаторы. – М. : Издательский дом «Додэка – ХХI», «Альтекс», 2007. 87 с.
      5. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропита- ния радиоэлектронной аппаратуры. – М. :Энергоатомиздат. 1985. 212 с.

Справочники:

• • • 1. Матвиенко В.А. Характеристики и параметры полупроводниковых приборов. Учеб. пособие. – Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2007.
      2. Молокова Г.Ф. Основные требования к оформлению дипломного проекта : Методические указания. – Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО

«СибГУТИ», 2005. 48 с.

• • • 1. Паутов В.И. Стабилизатор напряжения. Учеб. пособие. – Екатерин- бург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2011. 45 с.
      2. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: Спра- вочник / А. А. Зайцев, А. И. Миркин, В. В. Мокряков и др.; Под ред. А. В. Голо- медова. М.: Радио и связь1996.
      3. Транзисторы для аппаратуры широкого применения; Справочник/ К.М.Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И.Давыдова и др. Под ред. Б.Л. Перельмана. М.: Радио и связь.1981. 512 с.
      4. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Справочник / А. А. Зайцев, А. И. Миркин, В. В. Мокряков и др.; Под ред. А. В. Голомедова. М.: Радио и связь, 1989. 640 с.
      5. Усатенко С. Т., Каченюк Т. К., Терехова М. В. Выполнение электри- ческих схем по ЕСКД: Справочник. М.: Издательство стандартов, 1989. 325 с.
      6. Справочник по элементам радиоэлектронных устройств/ Под ред. В.Н. Дулина и др. М.: Энергия, 1977. 210 с.
      7. Отечественные стабилитроны. http://www.chipinfo.ru/dsheets/diodes/stablp.html

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Ряды номинальных сопротивлений резисторов и ёмкостей конденсаторов по гост 28884–90 (МЭК 63–63)

Номинальные сопротивления резисторов и ёмкостей конденсаторов посто- янной ёмкости с допускаемыми отклонениями ±5% и более должны соответство- вать числам, приведённым в таблице, и числам, полученным путём умножения этих чисел на 10 ⁿ, где n – целое положительное или отрицательное число.

Обозначение ряда Е24
Допуск ±5%
1,0	3,3
1,1	3,6
1,2	3,9
1,3	4,3
1,5	4,7
1,6	5,1
1,8	5,6
2,0	6,2
2,2	6,8
2,4	7,5
2,7	8,2
3,0	9,1

Номинал 1,2. Это может быть 12 Ом, 120 Ом, 1,2 кОм и т.д.

Постоянные резисторы общего назначения могут работать в цепях постоян- ного и переменного токов. Наиболее распространены резисторы типа МЛТ (ме- таллизированные лакированные теплостойкие). Их новое обозначение – резисто- ры С2-6. Маркировка резисторов – МЛТ-0,5 5%. Здесь 0,5 – допустимая мощ- ность рассеивания в ваттах, 5% –максимально допустимое отклонение от но- минального параметра (ряд Е24). Ту же конструктивную форму и габариты име- ют резисторы С2-6, МT, МТЕ, С2-23. Резисторы МТЕ имеют повышенную теп- лостойкость, а С2-23 — более жесткий допуск на величину сопротивления.

Приложение2

Федеральное агентство связи

Уральский технический институт связи и информатики (филиал) ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

в г. Екатеринбурге (УрТИСИ СибГУТИ)

Утверждаю Зав. кафедрой

Кафедра Инфокоммуникационных технологий и мобильной связи Стабилизатор напряжения

Курсовая работа

11.03.02 0000ХХ.00Х КР

Выполнил
студент гр.
Ф.И.О.	подпись
Руководитель
Ф.И.О.	подпись

г. Екатеринбург, 2020

Федеральное агентство связи

Уральский технический институт связи и информатики (филиал) ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» в г. Екатеринбурге (УрТИСИ СибГУТИ)

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине:

«Элементная база телекоммуникационных систем» на тему: «Стабилизатор напряжения»

студента (ки) группы Ф.И.О

Вариант

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1 Напряжение стабилизации, UСТ , В …………………………

2 Ток нагрузки, IН, мА…………………………………………..

3 Изменение температуры, ∆Т, оС………………………………

4 Материал транзистора……………………………………….

5 Коэффициент стабилизации, КСТ …………………………..

6 Температурный коэффициент напряжения, ТКН, % от UСТ…

Дата выдачи Дата окончания

					11.03.02.00000Х М.ABC ПЗ
Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата
Разраб.		Ф.И.О.			Стабилизатор напряжения 42	Лит.			Лист	Листов
Провер.		Ф.И.О.							42	45
Реценз.		Ф.И.О.				УрТИСИ СибГУТИ
Н. Контр.		Ф.И.О.
Утверд.		Ф.И.О.

					43 11.03.02.00000Х М.ABC ПЗ	Лист
						43
Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата

Поз. обозн.		Наименование				Кол.	Примечание
					44 11.03.02.00000Х М.ABC ПЭ			Лист
								1
Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата

В.И. П а у т о в

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Методические указания по выполнению курсовой работы студентами очной и заочной формы обучения

на базе среднего общего образования по направлению 11.03.02

«Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

Компьютерная верстка В.И. Паутов

Подписано в печать

Формат бумаги 62×84 1/16, отпечатано на ризографе, шрифт №10 Печ. лист 2,96, тираж , заказ .

Типография УрТИСИ СибГУТИ 620109, Екатеринбург, ул. Репина, 15

45