2 Расчет схемы стабилизации напряжения на нагрузке при помощи кремниевого стабилитрона 2.1 Условие задачи Разработать схему стабилизации напряжения на нагрузке при помощи кремниевого стабилитрона (КС), если входное напряжение UВХ изменяется от UВХ MIN =

8 октября 2025
Электроника, электротехника, радиотехника

Условие:

2 Расчет схемы стабилизации напряжения на нагрузке
при помощи кремниевого стабилитрона
2.1 Условие задачи
Разработать схему стабилизации напряжения на нагрузке при помощи
кремниевого стабилитрона (КС), если входное напряжение UВХ изменяется от
UВХ MIN = (30 + 1,5·N)·G, В до UВХ MAX = 35 + (30 + 2·N)·G, B,
а ток и напряжение нагрузки соответственно равны
IН = 150 – N·G, мА;
UН = (15 + N)·G, B,
где G – номер группы студента, N – номер студента по журналу деканата.
Для этого требуется выполнить следующее:
1. Выбрать схему стабилизации напряжения.
2. Выбрать тип КС (из справочника или из таблицы 2.1).
3. Определить необходимое число последовательно включенных КС.
4. Рассчитать и выбрать сопротивление ограничительного резистора R0.
5. Проверить возможность стабилизации напряжения во всем диапазоне изме
нения входного напряжения UВХ.
6. Рассчитать величину сопротивления добавочного резистора RД.
7. Начертить рассчитанную схему, указав на ней параметры всех элементов.
8. Определить при напряжениях входа равных UВХ MIN, UВХ СР и UВХ MAX сле
дующие величины:
8.1. Входные токи схемы IBX MIN, IBX СР, IBX MAX.
8.2. Токи стабилитрона I′CT MIN, I′CT CP, I′CT MAX.
8.3. Падение напряжения на R0 UR0 MIN, UR0 CP, UR0 MAX.
8.4. Падение напряжения на RД.
8.5. Напряжение на нагрузке UH MIN, UH CP, UH MAX.
9. В III квадранте прямоугольной системы координат (ось абсцисс — U, ось
ординат — I ) построить следующие графики:
9.1. ВАХ одного окончательно выбранного КС.
9.2. ВАХ S последовательно включенных КС.
9.3. График I′CT = f(UВХ).
9.4. Область падения напряжения на R0.
9.5. Область падения напряжения в RД.
9.6. На графиках показать и подписать численные значения UСТ, S·UСТ,
UВХ MIN, UВХ СР, UВХ MAX, UR0 MIN, UR0 CP, UR0 MAX, ICT MIN, ICT MAX,
I′CT MIN, I′CT CP, I′CT MAX, UН.
10. Дать краткое описание работы схемы при UВХ MIN, UВХ СР и UВХ MAX.
N=1 G14

Решение:

Для решения задачи по разработке схемы стабилизации напряжения на нагрузке с использованием кремниевого стабилизатора (КС), следуем шагам, указанным в условии задачи.

Шаг 1: Выбор схемы стабилизации напряжения

Для стабилизации напряжения на нагрузке можно использовать схему с одним или несколькими стабилизаторами, подключенными параллельно к нагрузке. В данной задаче мы будем использовать схему с одним стабилизатором.

Шаг 2: Выбор типа КС

Для выбора типа стабилизатора необходимо обратиться к справочнику или таблице 2.1. Предположим, что мы выбрали стабилизатор с рабочим напряжением 15 В и током стабилизации 100 мА.

Шаг 3: Определение необходимого числа последовательно включенных КС

Для расчета числа стабилизаторов, если входное напряжение может достигать 35 В, а выходное напряжение на нагрузке 16 В (при N=1):
- Разница напряжений: \( U{ВХ MAX} - UH = 35 - 16 = 19 В \).
- Если один стабилизатор имеет падение напряжения 15 В, то:
\[
n = \frac{19}{15} \approx 1.27 \Rightarrow 2 \text{ стабилизатора}
\]

Шаг 4: Расчет и выбо...

Сначала определим ток нагрузки: \[ I_H = 150 - 1 \cdot 14 = 136 \text{ мА} \] С учетом двух стабилизаторов, общий ток через них: \[ IH + I{доп} \text{ - ток через стабилизаторы)} \] Предположим, что \( I_{доп} = 10 \text{ мА} \): \[ I_{CT} = 136 + 10 = 146 \text{ мА} \] Теперь рассчитаем \( R_0 \): \[ U{H} + U{CT} \cdot R_0 \] При \( U_{ВХ MIN} = 30 + 1.5 \cdot 14 = 51 \text{ В} \): \[ 51 = 16 + 15 \cdot 2 + 0.146 \cdot R_0 \] \[ R_0 = \frac{51 - 46}{0.146} \approx 34.24 \text{ Ом} \] Проверяем диапазон входных напряжений: - \( U_{ВХ MIN} = 51 \text{ В} \) - \( U_{ВХ MAX} = 35 + (30 + 2 \cdot 1) \cdot 14 = 65 \text{ В} \) Для расчета добавочного резистора, если необходимо, чтобы ток через стабилизаторы не превышал 100 мА, можно использовать: \[ R{H} - U{доп}} = \frac{16 - 15}{0.01} = 100 \text{ Ом} \] На схеме должны быть указаны: - Входное напряжение \( U_{ВХ} \) - Сопротивление \( R_0 \) - Сопротивление \( R_D \) - Стабилизаторы (2 шт.) 1. : - \( I0} \) - \( I{ВХ СР}}{R_0} \) - \( I0} \) 2. : - \( I{BX MIN} - I_H \) - \( I{BX CP} - I_H \) - \( I{BX MAX} - I_H \) 3. : - \( U{BX MIN} \cdot R_0 \) - \( U{BX CP} \cdot R_0 \) - \( U{BX MAX} \cdot R_0 \) 4. : - \( UD} = ID \) 5. : - \( U{ВХ MIN} - U{CT} \) - \( U{ВХ СР} - U{CT} \) - \( U{ВХ MAX} - U{CT} \) На графиках необходимо отобразить: - ВАХ одного стабилизатора - ВАХ двух стабилизаторов - График зависимости \( I{ВХ}) \) - Области падения напряжения на \( RD \) При \( U{ВХ СР} \) и \( U_{ВХ MAX} \) схема будет обеспечивать стабильное напряжение на нагрузке, несмотря на изменения входного напряжения, благодаря использованию стабилизаторов и правильно подобранных резисторов. Это общее решение задачи. Для более точных расчетов необходимо подставить конкретные значения и провести дополнительные вычисления.