Расчет стабилизатора

Для получения более постоянного напряжения на нагрузке при изменении потребляемого тока к выходу выпрямителя подключают стабилизатор, который может быть выполнен по схеме, приведенной на рис. 1. В этом устройстве работают стабилитрон VD1 и регулирующий транзистор VT1. Расчет позволит выбрать все элементы стабилизатора, исходя из заданного выходного напряжения Uh и максимального тока нагрузки Ih Однако оба эти параметра не должны превышать параметры уже рассчитанного выпрямителя. А если это условие нарушается, тогда сначала рассчитывают стабилизатор, а затем выпрямитель и трансформатор питания.

Рис. 1. Электрическая схема простого стабилизатора напряжения

Определяем необходимое для работы стабилизатора входное напряжение Uвып, поступающее с выпрямителя, при заданном выходном Uн

Здесь цифра 3, характеризующая минимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора, взята в расчете на использование как кремниевых, так и германиевых транзисторов. Если стабилизатор будет подключаться к готовому или уже рассчитанному выпрямителю, в дальнейших расчетах необходимо использовать реальное значение выпрямленного напряжения Uвып. Далее рассчитываем максимально рассеиваемую транзистором мощность:

Подбираем регулирующий транзистор. Его предельно допустимая рассеиваемая мощность должна быть больше значения Рмакс; предельно допустимое напряжение между эмиттером и коллектором больше Uвып; максимально допустимый ток коллектора больше Iн.

Определяем максимальный ток базы регулирующего транзистора:

где: h21эмни - минимальный коэффициент передачи тока выбранного транзистора.

Подбираем подходящий стабилитрон. Его напряжение стабилизации должно быть равно выходному напряжению стабилизатора, а значение максимального тока стабилизации превышать максимальный ток базы IБмакс- Рассчитываем сопротивление резистора R1:

где R1 - сопротивление резистора R1, кОм; Uст - напряжение стабилизации стабилитрона, В; IБмакс - вычисленное значение максимального тока базы транзистора, мА; Iстмин - минимальный ток стабилизации для данного стабилитрона, указанный в справочнике (обычно 3-5 мА). Определяем мощность рассеяния резистора R1:

Может случиться, что маломощный стабилитрон не подойдет по максимальному то-ку стабилизации и придется выбирать стабилитрон значительно большей мощности. Такое происходит при больших токах потребления и использовании транзистора с малым коэффициентом h21Э. В таком случае целесообразно ввести в стабилизатор дополнительный транзистор VT2 малой мощности (рис. 2), который позволит снизить максимальный ток нагрузки для стабилитрона (а значит, и ток стабилизации) примерно в h21Э раз и применить, соответственно, маломощный стабилитрон.

Рис. 2. Электрическая схема стабилизатора напряжения с дополнительным транзистором

В приведенных здесь расчетах отсутствует поправка на изменение сетевого напряжения, а также опущены некоторые другие уточнения, усложняющие расчеты. Проще испытать собранный стабилизатор в действии, изменяя его входное напряжение (или сетевое) на ±10% и точнее подобрать резистор R1 по наибольшей стабильности выходного напряжения при максимальном токе нагрузки.