Файл: Техническое задание на курсовую работу по дисциплине Элементная база телекоммуникационных систем на тему Стабилизатор напряжения студента группы.docx

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ

ФГБОУ «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ)

Уральский технический институт связи и информатики (филиал)

в г. Екатеринбурге

(УрТИСИ СибГУТИ)

Кафедра Инфокоммуникационных технологий и мобильной связи
СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Курсовая работа по дисциплине

«Элементная база телекоммуникационных систем»

11.03.02.000020.014 КР

Руководитель: Паутов В.И
Выполнил:

Студент группы ИТ-02Б Митрюков С. Г.

Екатеринбург 2021

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций РФ

ФГБОУ «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ)

Уральский технический институт связи и информатики (филиал)

в г. Екатеринбурге

(УрТИСИ СибГУТИ)


ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине:

«Элементная база телекоммуникационных систем»

на тему: «Стабилизатор напряжения»
студента группы ИТ-02б Ф.И.О Митрюков С. Г.

Вариант 14
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1 Напряжение стабилизации, UСТ , В …………………………	12
2 Ток нагрузки, IН, мА…………………………………………..	100±40%
3 Изменение температуры, ∆Т, оС………………………………	30
4 Материал транзистора……………………………………….	Si
5 Коэффициент стабилизации, КСТ …………………………..	280
6 Температурный коэффициент напряжения, ТКН, % от UСТ...	0,7%

Дата выдачи Дата окончания __________

Оглавление

---

ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа ставит своей целью закрепить знания, полученные при изучении теоретической части дисциплины, в частности, применения полупроводниковых диодов и транзисторов, привить навыки самостоятельной работы по разработке и анализу схем аппаратуры связи, пользование справочной и специализированной литературой.

В данной курсовой работе были использованы следующие основные термины: транзистор, стабилитрон. Вышеперечисленные понятия и механизмы рассмотрены ниже:

Транзистор — электронный прибор из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Транзисторы изготавливаются в рамках интегральной технологии на одном кремниевом кристалле (чипе) и составляют элементарный «кирпичик» для построения микросхем логики, памяти, процессора и т.п.

Стабилитрон (диод Зенера) — полупроводниковый диод, предназначенный для поддержания напряжения источника питания на заданном уровне. По сравнению с обычными диодами имеет достаточно низкое регламентированное напряжение пробоя (при обратном включении) и может поддерживать это напряжение на постоянном уровне при значительном изменении силы обратного тока. Мате- риалы, используемые для создания p-n перехода стабилитронов, имеют высокую концентрацию легирующих элементов (примесей). Поэтому, при относительно небольших обратных напряжениях в переходе возникает сильное электрическое поле, вызывающее его электрический пробой, в данном случае являющийся обратимым (если не наступает тепловой пробой вследствие слишком большой силы тока).

Стабилизаторы, рассматриваемые в курсовой работе, широко используются в зарядных устройствах, в качестве источников питания маломощных радиоэлектронных устройств.

1. Структурная схема стабилизатора

Рисунок 1 Структурная схема стабилизатора
ИП – источник питания стабилизатора;

---

СЭ – силовой элемент – транзистор;

ИОН - источник опорного напряжения – стабилитрон;

СЗ – схема защиты;

И - индикация состояния стабилизатора;

Н – нагрузка стабилизатора.

2. Общие вопросы проектирования

При выборе элементов схемы руководствуются минимально возможными параметрами. Например, если по расчёту получается мощность, выделяющаяся на резисторе равна 0,25 Вт, то элемент следует выбирать на эту мощность, возможно с небольшим запасом. Без необходимости не следует выбирать элемент высокого класса. Например, во многих электронных схемах вполне устраивает разброс параметров резисторов ± 5%, что соответствует ряду Е24.

При выборе режимов работы элементов и схем следует выбирать минимально возможные значения токов и напряжений.

3. Определение исходных данных

Рисунок 2 Параметрический стабилизатор с
По соотношениям оценивается возможность использования параметрического стабилизатора. Если параметрический стабилизатор не может обеспечить требуемый ток нагрузки, то можно попытаться включить транзистор для увеличения выходного тока стабилизатора. Введение транзистора VТ позволит увеличить ток нагрузки I_H в В раз по сравнению с допустимым током стабилитрона. В – статический коэффициент усиления транзистора. В схеме использован эмиттерный повторитель напряжения стабилитрона VD.

4. Выбор транзистора

Выберем напряжение стабилизации равным Ucт=12 В, номинальное значение тока нагрузки I_Н =100±40%.

Тогда I_Hmax = 104 мА, I_Hmin = 56 мА.

Таким образом, необходимо обеспечить работу стабилизатора при

I_Hmax = 104 мА. Такой ток эмиттера могут обеспечить транзисторы средней мощности серий 401-499 или 501-599.

Транзистор включен по схеме общий коллектор, поэтому можно принять, что ток коллектора равен току эмиттера. Транзистор выбирается по максимальному значению тока коллектора I_Kmax и допустимой мощности рассеяния. Максимальный ток коллектора,

---

указанный на ВАХ, должен лежать в пределах (1,1÷1,5) ∙ I_Hmax, т.е. 114<I_Kmax<156. Для указанного условия подходит транзистор типа КТ503Б.

По максимальному значению тока выбирается транзистор и по справочным данным определяются его параметры: коэффициент передачи тока базы В, допустимая мощность рассеяния коллектора при заданном максимальном значении окружающей температуры Р_Кдоп. Коэффициент усиления В можно определить по вольт - амперным коллекторным характеристикам транзистора В = ∆I_K/∆I_Б при напряжении 12В.

Исходя из характеристик рис.3 транзистор типа КТ503Б получаем В ≈52,7



Рисунок 3. - Входная и выходная характеристики транзистора КТ503Б Определяется необходимый максимальный ток базы:

I_Бmax= I_Кmax /В = 150/59,3 = 2,85 мА

Для нормальной работы транзистора средней мощности и с учетом изменения напряжения питания, напряжение между коллектором и эмиттером должно быть не менее 12 вольт. Примем напряжение U_КЭ = 12В. При этом минимальное напряжение на коллекторе оказывается равным U_Kmin = U_Иmin = 21 В

По заданию напряжение источника питания может изменяться в диапазоне ±15%, что составит 24,2 ± 3,6 В, U_Иmах = 27,8 В.

Таким образом, к транзистору прикладывается максимальное напряжение U_КЭmax = U_Иmах – U_Н = 27,8 – 12 = 16,8 В. Для всех транзисторов средней мощности такое напряжение вполне допустимо.

На основании приведённых расчётов выбирается источник питания для стабилизатора. Среднее значение напряжения U_Иср= 24 В.

Теперь можно определить мощность рассеяния:
Р_К=U_КЭmax · I_Кmax=27,8 · 0,0012= 0,033 Вт < Р_КДОП = 1,5 Вт.

5. Выбор стабилитрона

Учитывая падение напряжения U_БЭ ≈ 0,7 В выберем стабилитрон КС168Б. Его напряжение U_СТ = 12 В, максимальный ток I_СТmax = 20 мА,

ТКН менее 0,7 %, ξ = + 7,5 10^‑2 %/^ОС.

Оценим изменение напряжения стабилизации при изменении температуры на ΔТ = 30⁰С. ΔU_СТ = U_СТ ∙ξ∙ΔТ = 12∙0,075·30 = 0,3 В . Напряжение U_СТ = 11 В изменяется на 0,363 В (0,363 мВ).

Такой температурный дрейф недопустим по заданию.

---

Чтобы скомпенсировать положительный ТКН стабилитрона VD1, включим последовательно стабилитрон с отрицательным ТКН.


Рис. 6. Зависимость относительного ξ_СТ стабилитрона от напряжения стабилизации




Напряжение компенсации U_К определим по графику рис.6. На оси ξ_СТ выберем значение включим последовательно стабилитрон с отрицательным ТКН. На оси ξ_СТ выберем значение ξ_СТ = – 0,075 (у стабилитрона ξ_СТ = +0,075). Проведём стрелку до пересечения с графиком ТКН. Через полученную точку проведём сечение (штрихпунктирная линия). Согласно построению необходим стабилитрон с напряжением стабилизации равным примерно 3 В.

Такому напряжению соответствует стабилитрон КС131А, его напряжение стабилизации U_СТ = 3,1 В (таблица 2).

После этого необходимо выбрать основной стабилитрон VD1 с напряжением U_СТ ≈ (U_Н – U_К+ 0,8В) = (11 – 3,1 + 0,8) = 8,7 В (при условии, что транзистор на основе германия U_БЭ = 0,7 В). Для рассматриваемого примера подходит стабилитрон 2С190Б с напряжением U_CT = 9 ± 5% B.

6. СТАБИЛИЗАЦИЯ ТОКА СТАБИЛИТРОНОВ

Ток стабилитронов задает резистор R1, подключенный к источнику питания. Изменение напряжения источника приводит к изменению тока стабилитронов, их сопротивления и в конечном итоге влияет на выходное напряжение стабилизатора (рис. 7).



Рис. 7. Расчетная схема стабилизатора
Для уменьшения влияния дрейфа напряжения источника питания U_И на параметры стабилизатора за стабилизируем ток стабилитронов с помощью специальной схемы, называемой генератором стабильного тока (ГСТ) (рис. 19).

Напряжение на базе транзистора VT2 рис. 7 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

---