Расчет вольт амперной характеристики

Калькулятор расчёта мощности стабилизатора напряжения

Пример определение точной суммарной мощности однофазного и трехфазного напряжения

Прежде чем приобрести стабилизирующее устройство для сети с одной фазой, следует определить суммарную мощность всех энерго потребителей, которые будут подключены к стабилизатору. Допустим, планируется осуществить его установку прямо на входе, обеспечив энергией весь дом. В таком случае следует выяснить величину активной мощности каждого устройства, после чего все значения сложить. Стандартный набор устройств: (Мощность современных устройств может быть больше, в таком случае нужно делать подсчет исходя из ваших показателей) • Телевизор — 300 В; • Компьютер — 300; • Холодильник — 400; • Пылесос — 1000; • Утюг — 550; • Освещение — 450. Общая активная мощность — 3000 В. При этом пылесос и холодильник имеют электродвигатели. Для запуска двигателей требуется ток, величина которого превышается номинальное значение в 3-5 раз. Поэтому их мощность (пылесоса 1000 и холодильника 400) нужно умножить на это число 3 = 4200 В). После этого необходимо найти полную мощность, которая отличается от активной на величину коэффициента мощности (cosф). Данное значение указывается в технических паспортах устройств, однако в среднем оно равняется 0,75, для утюгов и прочего нагревательного оборудования — 1, для энергосберегающих лампочек — 0,9. Для пересчета активную мощность нужно разделить на cosф. Пересчет: • Телевизор — 300 / 0,75 = 400 ВА; • Компьютер — 300 / 0,75 = 660 ВА; • Холодильник — (400×3) / 0,75 = 1600 ВА; • Пылесос — (1000×3) / 0,75 = 4000 ВА; • Утюг — 550 / 1 = 550 ВА; • Освещение — 450 / 0,9 = 500 ВА. Общая мощность равняется 7450 ВА = 7,5 кВт. На следующем этапе с помощью мультиметра необходимо определить величину минимального сетевого напряжения в наиболее загруженный период. К примеру, это число равняется 180 В. Нормальное функционирование стабилизатора возможно лишь, если при его выборе учитывался нижний предел напряжения. В данном случае минимальное напряжение равняется 180 В, что соответствует коэффициенту 1,2. Если же значение равняется 170 В, используется коэффициент 1,3. Определяем мощность: 7,5 умножить на 1,2 = 9 кВт Однако всегда необходимо оставлять запас мощности. Поэтому полученное число умножаем на коэффициент запаса, который равняется 1,25: 9 умножить на 1,25 = 11,25 кВт При таких показателях нужно выбирать стабилизатор с мощностью от 12 кВт.

Пример выбора стабилизатора напряжения для трехфазной сети

При подборе аппарата для сети с тремя фазами принцип расчета полностью повторяет раннее описанный. Для наиболее загруженной фазы следует определить мощность. Замер напряжения также осуществляется на этой фазе. Выявленную мощность следует умножить на число фаз (3). При этом обязательно прибавлять небольшой запас мощности в 10-15 %. В результате из имеющегося ассортимента стабилизаторов выбирается наиболее подходящий вариант с мощностью выше полученного значения. ОТВЕТЫ НА ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ ПО СТАБИЛИЗАТОРАМ НАПРЯЖЕНИЯ

Мощность стабилизатора напряжения

Очень важная характеристика для надежной, долгой работы. Всем известно, если любое оборудование использовать на все сто процентов его возможностей, срок службы значительно сокращается. Мощность стабилизатора указывает максимальное значение нагрузки, которое можно подключить. Перед покупкой следует первым делом вычислить общее потребление бытовой техники дома, лишь после этого рассматривать модели, способные обеспечить соответствующий режим работы по нагрузке.

Как она влияет на работоспособность? Если неправильно подобрать мощность стабилизатора, периодически будет срабатывать защита — перегрузка. Результат, возникает дискомфорт от постоянных отключений. Работа будет в перегруженном режиме, последствия — перегрев трансформатора. Случай без гарантийный. Чтобы правильно рассчитать данный параметр электронного стабилизатора, существует несколько способов. Рассмотрим подробнее.

Расчет по техническим характеристикам

Каждый бытовой прибор имеет паспорт, где есть таблица характеристик прибора. В этой таблице без особого труда можно посмотреть сколько потребляет прибор. На каждом приборе (обычно на задней стороне прибора) есть шильдик с указанием основных характеристик. Собрав все значения с приборов которыми Вы можете пользоваться одновременно, суммируем. Получаем приблизительное значение необходимой мощности стабилизатора. Значение приблизительное. Поэтому рекомендуется всегда закладывать небольшой запас для Российских производителей, и 50% запаса для произведенных в Китае.

Мощность стабилизатора по входным автоматам

Самый простой способ определения мощности стабилизатора — посмотреть номинал входных автоматов установленных в щитке. Автоматы находятся рядом со счетчиком электроэнергии. На фото показан пример расположения автоматов, место обозначения номинала. Расчет мощности электронного стабилизатора прост. Смотрим значения номинала автомата. Приблизительно делим значение на 5, получаем мощность стабилизатора. Например стоят автоматы 25 Ампер (25 А). Будет прописано С25. Делим, получаем значение 5 кВа. Если автоматы не выбивало, значит Ваша нагрузка не превышает 5 кВа. Начинаем просматривать модели с данной характеристикой. Сложнее определить если в щитке много автоматических выключателей. Внимательно рассматриваем номиналы всех. Как правило вводной (входной) автомат имеет значение выше, чем все остальные, ставят его первым от счетчика электроэнергии.

Расчет мощности в онлайн калькуляторе

В процессе расчета надо сложить все электроприборы, которыми пользуетесь одновременно. Прибавить несколько киловатт на свет. Не забывайте учитывать мощные нагревательные элементы. Получив определенное значение, надо теперь заложить запас на падение мощности стабилизатора при пониженном напряжении. В нижней части калькулятора предусмотрена дополнительная шкала, которая учитывает падение, закладывая небольшой запас.

Серия ЛЮКС работает без падения мощности стабилизатора при пониженном напряжении. Измерительный элемент стоит на выходе стабилизирующего устройства. В результате защита по перегрузке сработает только тогда, когда потребитель даст нагрузку в 100% от заданных параметров. Естественно, законы физики не отменяли, на входе устройства при низком напряжении потребление тока будет больше. В результате само падение оплачивает не потребитель, а производитель. Что очень удобно для конечного потребителя.

Хотите получить бесплатную консультацию, узнать стоимость и действующие скидки?

Отправьте запрос, заполнив все поля в онлайн консультанте.

Рассчитать мощность стабилизатора можно позвонив по бесплатному номеру

Способы расчета вольт-амперных характеристик

1. Метод пересчета координат точек вольт-амперной характеристики, снятой при температуре среды То, на новую температуру (Т0+ΔТ0). Развивались как графоаналитические, так и аналитические варианты этого метода.

Метод расчета вольт-амперных характеристик на новую температуру среды сводится к вычислению координат точки искомой вольт-амперной характеристики по формулам, устанавливающим связь этих координат с координатами точки К исходной вольт-амперной характеристики, при некотором ограничении положения искомой точки.

Этот метод расчета вольт-амперных характеристик предусматривает наличие исходной вольт-амперной характеристики и температурной характеристики данного экземпляра ПТР.

2. Метод расчета вольт-амперных характеристик, требующий знания толь-: ко температурной характеристики данного экземпляра ПТР и типовой для данного типа ПТР характеристики рассеяния.

Чтобы построить вольт-амперную характеристику при заданной температуре среды То, достаточно задаться рядом значений температуры рабочего тела ПТР Т и определить по температурной характеристике соответствующее каждому значению температуры сопротивление R. По типовой характеристике рассеяния находят величину коэффициента рассеяния для каждого значения перегрева Θ. Подставляя найденные таким образом значения R, Θ и b в выражение (1-20), легко подсчитать величину тока

Пример 1-2. Рассчитать вольт-амперную характеристику ПТР, параметры которого приведены в примере 1-1. T0=353°К. Окружающая среда — спокойный воздух. Характеристика рассеяния приведена на рис. 1-5. Найдем координаты точки, соответствующей температуре T=373°К- Из табл. 1-1 найдем R=27 600 ом, перегрев Θ = 373—353=20° К. По графику на рис. 1-‘5 находим, что перегреву Θ=20° К соответствует b=1,15-10-3 вт/град, следовательно,

Аналогично производим расчет остальных точек (табл. 1-2).

Основные параметры терморезисторов:

1) Tдоп – допустимая температура, определяемая свойствами рабочего материала и конструкционными особенностями терморезистора.

Часто величина допустимой температуры устанавливается в зависимости от температуры плавления припоя, которым рабочее тело соединено с токоподводящими деталями.

2) αt – температурный коэффициент, выражающий в процентах изменение абсолютной величины сопротивления при изменении температуры на 1K.

Вследствие нелинейности температурной характеристики значение температурного коэффициента зависит от величины температуры, поэтому его записывают обычно с индексом, указывающим температуру, при которой имеет место данное значение.

Вычисляют температурный коэффициент по формуле, вытекающей из его определения и выражения температурной характеристики:

Пример 1-3. Температурный коэффициент ПТР, рассмотренного в примере 1-1, при температуре T0=293° К равен

а при температуре T0=373°К:

3) τ — постоянная времени – время, в течение которого температура рабочего тела при его свободном охлаждении понижается на 63% от первоначальной разницы температур рабочего тела и окружающей среды.

4) H – теплоемкость — количество теплоты, которое необходимо сообщить рабочему телу, чтобы повысить его температуру на 1K

.

Пример 1-4. Определить теплоемкость ПТР, имеющего τ = 24 сек и среднее значение коэффициента рассеяния b=О,76*103 вт/град:

Следует иметь в виду, что из трех параметров τ, Н и b теплоемкость менее других зависит от температуры.

5) G – коэффициент энергетической чувствительности – мощность, которую нужно выделить в ПТР для уменьшения его сопротивления на 1%.

Величина коэффициента энергетической чувствительности зависит от режима работы ПТР, т. е. будет различной в каждой точке вольт-амперной характеристики.

Пример 1-5. В точке К вольт-амперной характеристики, представленной на рис. 1-4, статическое сопротивление R = 27 600 ом., что соответствует температуре T=373 К, α373=3,49%/град (см. пример 1-3), коэффициент рассеяния b=1,5*10-3 вт/град, следовательно, коэффициент энергетической чувствительности

6) Iдоп max – максимально допустимый ток — ток при протекании которого через ПТР температура последнего равна максимально допустимой.

Величина допустимого тока зависит от температуры среды и характера последней. При одинаковой температуре двух сред допустимый ток будет больше в той среде, которая обладает большей теплопроводностью.

Для определения допустимого тока на вольт-амперной характеристике следует нанести прямую, соответствующую сопротивлению рабочего тела ПТР при Тяоп. Точка пересечения этой прямой с вольт-амперной характеристикой соответствует допустимому току.

Перечисленные параметры и характеристики можно назвать паспортными данными ПТР, поскольку или полностью отражают его свойства и достаточны для прове­дения расчетов как статических, так и динамических режимов электрических цепей с ПТР.

Достоинствами полупроводниковых терморезисторов являются: чрезвычайно высокая чувствительность; малая инерционность; небольшие размеры; возможность получения измерительных элементов различной геометрической формы; большой отрицательный температурный коэффициент сопротивления -3÷4* *10-2 ºС-1.

Недостатки: отсутствие взаимозаменяемости; необходимость индивидуальной градуировки; необходимость характерной зависимости электрического сопротивления от температуры; малая допустимая мощность рассеяния при прохождения измерительного тока.

На рис. 2 показано устройство платинового термометра сопротивления. Чувствительный элемент термометра сопротивления выполняется в виде спирали из проволоки 1, помещенной в четырехканальный керамический каркас 2. Для защиты от механических повреждений и вредного воздействия измеряемой или окружающей среды чувствительный элемент помещен в защитную оболочку 2, которая уплотнена керамической втулкой 4. Выводы 5 чувствительного элемента проходят через изоляционную керамическую трубку 6.

Эти элементы находятся в защитном чехле 7, устанавливаемого на объекте измерения с помощью резьбового штуцера 8. На конце защитного чехла располагается соединительная головка 9 термометра. В головке находится изоляционная колодка 10 с винтами 1- для крепления выводов термометра и подключения соединительных проводов, которые выводятся через штуцер. Для уменьшения влияния внешних электрических и магнитных полей чувствительные элементы терморезисторов делаются с безиндуктивной намоткой.

Рисунок 2 – устройство термометра сопротивления

На рис.3 показана принципиальная схема неуравновешенного моста.

R1, R2, R3 — постоянные резисторы плеч моста; Rt — сопротивление термометра; mV — милливольтметр с внутренним сопротивлением Rм; Rк — контрольный резистор; П — переключатель, позволяющий включать либо термометр сопротивления / положение ключа W , либо контрольный резистор /положение К/.

Если при положении И переключателя П сопротивление термометра изменится, то через миллиамперметр , включенный в измерительную диагональ моста, потечет ток и его указатель отклонится. Угол отклонения показателя миллиамперметра, а следовательно сила тока будет тем больше, чем значительнее нарушиться равновесие моста. Т.о., устанавливается известная зависимость между отклонением указателя милливольтметра и сопротивлением терморезистора, позволяющая судить о температуре термометра, а следовательно, и о температуре среды, в которой он находится..

Для поддержания постоянства напряжения между точками С и d используется регулировочный резистор R1 выполненный в виде реостата, а также стабилизированный источник питания. Для обеспечения контроля напряжения предусматривается постоянный, не зависящий от температуры контрольный резистор Rк, включенный в схему моста вместо термометра сопротивления.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ)

ВАХ – это вольт-амперная характеристика, а если точнее, зависимость тока от напряжения в каком-либо радиоэлементе. Это может быть резистор, диод, транзистор и другие радиоэлементы. Так как транзистор имеет более двух выводов, то он имеет множество ВАХ.

Немного теории

Думаю, не все, кто читает эту статью, хорошо учились в школе. Поэтому, давайте разберемся, что представляет из себя зависимость одной величины от другой. Как вы помните из школы, мы строили графики зависимости игрек (У) от икс (Х). Та переменная, которая зависит от другой переменной, мы откладывали по вертикали, а та, которая независима – по горизонтали. В результате у нас получалась система отображения зависимости “У” от “Х”:

Так вот, мои дорогие читатели, в электронике, чтобы описать зависимость тока от напряжения, вместо “У” у нас будет сила тока, а вместо Х – напряжение. И система отображения у нас примет вот такой вид:

Именно в такой системе координат мы будет чертить вольт-амперную характеристику. И начнем с самого распространенного радиоэлемента – резистора.

ВАХ резистора

Для того, чтобы начертить этот график, нам потребуется пропускать через резистор напряжение и смотреть соответствующее значение силы тока тока. С помощью крутилки я добавляю напряжение и записываю значения силы тока для каждого значения напряжения. Для этого берем блок питания, резистор и начинаем делать замеры:

Вот у нас появилась первая точка на графике. U=0,I=0.

Вторая точка: U=2.6, I=0.01

Третья точка: U=4.4, I=0.02

Четвертая точка: U=6.2, I=0.03

Пятая точка: U=7.9, I=0.04

Шестая точка: U=9.6, I=0.05

Седьмая точка: U=11.3, I=0.06

Восьмая точка: U=13, I=0.07

Девятая точка: U=14.7, I=0.08

Давайте построим график по этим точкам:

Да у нас получилась почти прямая линия! То, что она чуть кривая, связана с погрешностью измерений и погрешностью самого прибора. Следовательно, так как у нас получилась прямая линия, то значит такие элементы, как резисторы называются элементами с линейной ВАХ.

ВАХ диода

Как вы знаете, диод пропускает электрический ток только в одном направлении. Это свойство диода мы используем в диодных мостах, а также для проверки диода мультиметром. Давайте построим ВАХ для диода. Берем блок питания, цепляем его к диоду (плюс на анод, минус на катод) и начинаем точно также делать замеры.

Первая точка: U=0,I=0.

Вторая точка: U=0.4, I=0.

Третья точка: U=0.6, I=0.01

Четвертая точка: U=0.7, I=0.03

Пятая точка: U=0.8,I=0.06

Шестая точка: U=0.9, I=0.13

Седьмая точка: U=1, I=0.37

Строим график по полученным значениям:

Ничего себе загибулина :-). Вот это и есть вольт-амперная характеристика диода. На графике мы не видим прямую линию, поэтому такая вольт-амперная характеристика называется НЕлинейной. Для кремниевых диодов она начинается со значения 0,5-0,7 Вольт. Для германиевых диодов ВАХ начинается со значения 0,3-0,4 Вольт.

ВАХ стабилитрона

Стабилитроны работают в режиме лавинного пробоя. Выглядят они также, как и диоды.

Мы подключаем стабилитрон как диод в обратном направлении: на анод минус, а на катод – плюс. В результате, напряжение на стабилитроне остается почти таким же, а сила тока может меняться в зависимости от подключаемой нагрузки на стабилитроне. Как говорят электронщики, мы используем в стабилитроне обратную ветвь ВАХ.

Резюме

ВАХ – это вольт-амперная характеристика. Она показывает зависимость тока от напряжения на радиоэлементе.

Элементы, имеющие прямую ВАХ называются линейными элементами. Элементы, которые имеют ВАХ в виде какой-либо функции называются элементами с нелинейной ВАХ.

Простые стабилизаторы напряжения и их расчёт

В этой статье пойдёт речь о стабилизаторах постоянного напряжения на полупроводниковых приборах. Рассмотрены наиболее простые схемы стабилизаторов напряжения, принципы их работы и правила расчёта. Изложенный в статье материал полезен для конструирования источников вторичного стабилизированного питания.

Начнём с того, что для стабилизации любого электрического параметра должна быть схема слежения за этим параметром и схема управления этим параметром. Для точности стабилизации необходимо наличие «эталона», с которым стабилизируемый параметр сравнивается. Если в ходе сравнения оказывается, что параметр больше эталонного значения, то схема слежения (назовём её схемой сравнения) даёт команду на схему управления «уменьшить» значение параметра. И наоборот, если параметр оказывается меньше эталонного значения, то схема сравнения даёт команду на схему управления «увеличить» значение параметра. На этом принципе работают все схемы автоматического управления всех устройств и систем, которые нас окружают, от утюга, до космического аппарата, разница лишь в способе контроля и управления параметром. Точно так же работает стабилизатор напряжения.

Структурная схема такого стабилизатора изображена на рисунке.

Работу стабилизатора можно сравнить с регулировкой воды, бегущей из водопроводного крана. Человек подходит к крану, открывает его, а потом, наблюдая за потоком воды, регулирует его подачу в большую, или меньшую сторону, добиваясь оптимального для себя потока. Сам человек выполняет функцию схемы сравнения, в качестве эталона выступает представление человека о том, какой поток воды должен быть, а в качестве схемы управления выступает водопроводный кран, который управляется схемой сравнения (человеком). Если человек изменит своё представление об эталоне, решив, что поток воды, бегущий из крана недостаточный, то он откроет его больше. В стабилизаторе напряжения точно так же. Если у нас появляется желание изменить выходное напряжение, тогда мы можем изменить эталонное (опорное) напряжение. Схема сравнения, заметив изменение эталонного напряжения, самостоятельно изменит и выходное напряжение.

Резонным будет вопрос: Зачем нам такое нагромождение схем, если можно на выходе использовать источник уже «готового» эталонного напряжения? Дело в том, что источник эталонного (далее по тексту – опорного) напряжения – слаботочный (низкоамперный), поэтому не способен питать мощную (низкоомную) нагрузку. Такой источник опорного напряжения можно использовать в качестве стабилизатора для питания схем и устройств, потребляющих малый ток – КМОП-микросхем, слаботочных усилительных каскадов и др.

Схема источника опорного напряжения (слаботочного стабилизатора) изображена ниже. По своей сути – это специальный делитель напряжения, описанный в статье Делитель напряжения, отличие его в том, что в качестве второго резистора используется специальный диод – стабилитрон. В чём особенность стабилитрона? Простыми словами, стабилитрон, это такой диод, который в отличие от обычного выпрямительного диода, при достижении определённого значения обратно приложенного напряжения (напряжения стабилизации) пропускает ток в обратном направлении, а при его дальнейшем повышении, уменьшая своё внутреннее сопротивление, стремится удержать его на определённом значении.

На вольтамперной характеристике (ВАХ) стабилитрона режим стабилизации напряжения изображен в отрицательной области прикладываемого напряжения и тока.

По мере увеличения обратного напряжения, прикладываемого к стабилитрону, он сначала «сопротивляется» и ток, протекающий через него минимален. При определённом напряжении, ток стабилитрона начинает увеличиваться. Достигается такая точка вольтамперной характеристики (точка 1), после которой дальнейшее увеличение напряжения на делителе «резистор – стабилитрон» не вызывает увеличения напряжения на p-n переходе стабилитрона. На этом участке ВАХ происходит увеличение напряжения лишь на резисторе. Ток, проходящий через резистор и стабилитрон продолжает расти. От точки 1, соответствующей минимальному току стабилизации, до определённой точки 2 вольтамперной характеристики, соответствующей максимальному току стабилизации стабилитрон работает в требуемом режиме стабилизации (зелёный участок ВАХ). После точки 2 вольтамперной характеристики стабилитрон теряет свои «полезные» свойства, начинает греться и может выйти из строя. Участок от точки 1 до точки 2 является рабочим участком стабилизации, на котором стабилитрон выступает в качестве регулятора.

Зная, как рассчитывается простейший делитель напряжения на резисторах можно элементарно рассчитать цепь стабилизации (источник опорного напряжения). Как и в делителе напряжения, в цепи стабилизации протекают два тока – ток делителя (стабилизатора) Iст и ток нагрузочной цепи Iнагр . В целях «качественной» стабилизации последний должен быть на порядок меньше первого.

Для расчётов цепи стабилизации используются значения параметров стабилитронов, публикуемые в справочниках:

• Напряжение стабилизации Uст;
• Ток стабилизации Iст (обычно — средний);
• Минимальный ток стабилизации Iст.min;
• Максимальный ток стабилизации Iст.max.

Для расчёта стабилизатора, как правило, используются только два первых параметра — Uст , Iст , остальные применяются для расчёта схем защиты по напряжению, в которых возможно значительное изменение входного напряжения.

Для повышения напряжения стабилизации можно использовать цепочку из последовательно соединённых стабилитронов, но для этого, допустимый ток стабилизации таких стабилитронов должен быть в пределах параметров Iст.min и Iст.max , иначе существует вероятность выхода стабилитронов из строя.

Следует добавить, что простые выпрямительные диоды также обладают свойствами стабилизации обратно приложенного напряжения, только значения напряжений стабилизации лежат на более высоких значениях обратно приложенного напряжения. Значения максимального обратно приложенного напряжения выпрямительных диодов обычно указывается в справочниках, а напряжение при котором проявляется явление стабилизации обычно выше этого значения и для каждого выпрямительного диода, даже одного типа, различно. Поэтому, используйте выпрямительные диоды в качестве стабилитрона высоковольтного напряжения только в самом крайнем случае, когда не сможете найти необходимый Вам стабилитрон, или сделать цепочку из стабилитронов. В этом случае, напряжение стабилизации определяется экспериментально. Необходимо соблюдать осторожность при работе с высоким напряжением.

Порядок расчёта стабилизатора напряжения (источника опорного напряжения)

Расчет простейшего стабилизатора напряжения мы проведём с рассмотрением конкретного примера.

1. Входное напряжение делителя — Uвх (может быть стабилизированным, а может и нет). Допустим, что Uвх = 25 вольт;

2. Выходное напряжение стабилизации — Uвых (опорное напряжение). Допустим, что нам необходимо получить Uвыx = 9 вольт.

1. Исходя из необходимого напряжения стабилизации, по справочнику подбирают необходимый стабилитрон. В нашем случае это Д814В.

2. Из таблицы находят средний ток стабилизации — Iст . По таблице он равен 5 мА.

3. Вычисляют напряжение, падающее на резисторе — UR1, как разность входного и выходного стабилизированного напряжения.

4. По закону Ома делят это напряжение на ток стабилизации, протекающий через резистор, и получают значение сопротивления резистора.

Если полученного значения нет в резистивном ряде, выберите ближайший по номиналу резистор. В нашем случае это резистор номиналом 3,3 кОм.

5. Вычисляют минимальную мощность резистора, помножив падение напряжения на нём на протекающий ток (ток стабилизации).

Учитывая, что через резистор кроме тока стабилитрона протекает ещё и выходной ток, поэтому выбирают резистор, мощностью не менее, чем в два раза больше вычисленной. В нашем случае это резистор мощностью не меньшей 0,16 Вт. По ближайшему номинальному ряду (в большую сторону) это соответствует мощности 0,25 Вт.

Вот и весь расчёт.

Как было написано ранее, простейшую цепочку стабилизатора постоянного напряжения можно использовать для питания схем, в которых используют малые токи, а для питания более мощных схем они не годятся.

Одним из вариантов повышения нагрузочной способности стабилизатора постоянного напряжения является использование эмиттерного повторителя. На схеме изображён каскад стабилизации на биполярном транзисторе. Транзистор «повторяет» приложенное к базе напряжение.

Нагрузочная способность такого стабилизатора возрастает на порядок. Недостатком такого стабилизатора, как и простейшей цепочки состоящей из резистора и стабилитрона, является невозможность регулировки выходного напряжения.

Выходное напряжение такого каскада будет меньше напряжения стабилизации стабилитрона на значение падения напряжения на p-n переходе «база – эмиттер» транзистора. В статье Биполярный транзистор, я писал, что для кремниевого транзистора оно равно – 0,6 … 0,7 вольта, для германиевого транзистора – 0,2 … 0,3 вольта. Обычно грубо считают – 0,65 вольта и 0,25 вольта.

Поэтому, например при использовании кремниевого транзистора, напряжении стабилизации стабилитрона равном 9 вольт, выходное напряжение будет на 0,65 вольта меньше, т.е – 8,35 вольта.

Если вместо одного транзистора использовать составную схему включения транзисторов, то нагрузочная способность стабилизатора возрастёт ещё на порядок. Здесь также, как и в предыдущей схеме следует учитывать уменьшение выходного напряжения за счёт его падения на p-n переходах «база – эмиттер» транзисторов. В данном случае, при использовании двух кремниевых транзисторов, напряжении стабилизации стабилитрона равном 9 вольт, выходное напряжение будет уже на 1,3 вольта меньше (по 0,65 вольт на каждый транзистор), т.е – 7,7 вольта. Поэтому, при проектировании подобных схем необходимо учитывать такую особенность и подбирать стабилитрон с учётом потерь на переходах транзисторов.

Резистор R2 необходим для «гашения» реактивной (емкостной и индуктивной) составляющей транзистора VT2, оказывающей паразитное влияние на работу транзистора, и обеспечивает надёжное его реагирование на входное воздействие. Чем меньше сопротивление резистора, тем меньше паразитное влияние, но слишком малое сопротивление может привести к тому, что транзистор VT2 окажется закрытым и в качестве регулирующего элемента окажется только транзистор VT1. Практически, на схемах стабилизаторов, значение резистора R2 рассчитывают редко. Бывает, радиолюбители даже ставят такие номиналы, которые противоречат нормальной работе схем, а сами радиолюбители даже об этом не подозревают. Поэтому его значение подбирают исходя из максимального расчётного нагрузочного тока. Через этот резистор должен протекать ток, приблизительно в 50 раз меньше максимального нагрузочного тока стабилизатора. Цифра 50 — это усреднённое значение коэффициента передачи силовых транзисторов, работающих в режиме больших токов. Сопротивление резистора определяется по закону Ома. Значение падения напряжения на переходе «база – эмиттер», (для кремниевого транзистора – 0,65 вольт) делится на максимальный ток нагрузки стабилизатора (например 2,5 ампер). Полученное значение умножается на 50. Если Вы используете составные транзисторы, то это значение может быть больше на 1 — 2 порядка (не 50, а 500…5000).

Рассчитанное таким образом сопротивление позволяет более эффективно гасить реактивную составляющую выходного транзистора и полноценно использовать мощностные способности обоих транзисторов. Не забывайте производить расчёт требуемой мощности резисторов, иначе всё сгорит в неподходящий момент. Выход из строя резистора R2 может привести к выходу из строя транзисторов и того, что Вы подключите в качестве нагрузки. Расчёт мощности стандартный, описанный на страничке Резистор.

Как выбрать транзистор для стабилизатора?

Основные параметры для транзистора в стабилизаторе напряжения: максимальный ток коллектора, максимальное напряжение «коллектор-эмитер» и максимальная мощность. Все эти параметры всегда имеются в справочниках.
1. При выборе транзистора необходимо учитывать, что паспортный (по справочнику) максимальный ток коллектора должен быть не менее, чем в полтора раза больше максимального тока нагрузки, который вы хотите получить на выходе стабилизатора. Это делается для того, чтобы обеспечить запас по току нагрузки при случайных кратковременных бросках нагрузки (например короткого замыкания). При этом следует учесть, чем больше эта разница, тем менее массивный радиатор охлаждения требуется транзистору.

2. Максимальное напряжение «коллектор-эмитер» характеризует способность транзистора выдерживать определённое напряжение между коллектором и эмитером в закрытом состоянии. В нашем случае этот параметр должен также превышать не менее, чем в полтора раза напряжение подводимое к стабилизатору от цепи «трансформатор-выпрямитель-фильтр питания» вашего блока стабилизированного питания.

3. Паспортная выходная мощность транзистора должна обеспечивать работу транзистора в режиме «полуоткрытого» состояния. Всё напряжение, которое вырабатывается цепочкой «трансформатор-выпрямительный мост-фильтр питания» делится на две нагрузки: собственно нагрузка вашего блока стабилизированного питания и сопротивление коллекторно-эмитерного перехода транзистора. По обоим нагрузкам течёт один и тот же ток, поскольку они подключены последовательно, а вот напряжение делится. Из этого следует, что необходимо выбрать такой транзистор, который при заданном токе нагрузки способен выдерживать разницу между напряжением, вырабатываемым цепочкой «трансформатор-выпрямительный мост-фильтр питания» и выходным напряжением стабилизатора. Мощность вычисляется как произведение напряжения на ток (из учебника физики средней школы).

Например: На выходе цепи «трансформатор-выпрямительный мост-фильтр питания» (а значит на входе стабилизатора напряжения) напряжение равно 18 вольт. Нам необходимо получить выходное стабилизированное напряжение 12 вольт, при токе нагрузки 4 ампера.

Находим минимальное значение необходимого паспортного тока коллектора (Iк max):

Определяем минимальное значение необходимого напряжения «коллектор-эмитер» (Uкэ):

Находим среднее напряжение, которое в рабочем режиме будет «падать» на переходе «коллектор-эмитер», и тем самым поглощаться транзистором:

Определяем потребную номинальную мощность транзистора:

При выборе типа транзистора необходимо учитывать, что паспортная (по справочнику) максимальная мощность транзистора должна быть не менее, чем в два — три раза больше номинальной мощности падающей на транзисторе. Это делается для того, чтобы обеспечить запас по мощности при различных бросках тока нагрузки (а следовательно и изменения падающей мощности). При этом следует учесть, чем больше эта разница, тем менее массивный радиатор охлаждения требуется транзистору.

В нашем случае необходимо выбрать транзистор с паспортной мощностью (Рк) не менее:

Выбираете любой транзистор, удовлетворяющий этим условиям, с учётом, что чем паспортные параметры будут намного больше расчётных, тем меньше по размерам потребуется радиатор охлаждения (а может и вообще не нужен будет). Но при чрезмерном превышении этих параметров учитывайте тот факт, что чем больше выходная мощность транзистора, тем меньше его коэффициент передачи (h21), а это ухудшает коэффициент стабилизации в источнике питания.

В следующей статье мы рассмотрим компенсационный стабилизатор напряжения непрерывного действия. В нём используется принцип контроля выходного напряжения мостовой схемой. Он обладает меньшей пульсацией выходного напряжения, чем «эмиттерный повторитель», кроме того, он позволяет регулировать выходное напряжение в небольших пределах. На его основе будет рассчитана простая схема стабилизированного блока питания.

Электростатика. Вольтамперная характеристика (ВАХ).

Вольтамперная характеристика (ВАХ)– определяет зависимость (функцию) тока от приложенного к элементу электрической цепи напряжения либо зависимость падения напряжения на элементе электрической цепи от протекающего через него тока для выбранного конкретного устройства или схемы. Вольтамперная характеристика — это график.

Наиболее употребляемая ВАХ нелинейных элементов (степень нелинейности определяется коэффициентом нелинейности K = UdI / IdU). Примерами элементов с существенно нелинейной ВАХ будут диод, тиристор, стабилитрон.

Для линейных элементов ВАХ является прямой линией, проходящею через начало координат и описывается законом Ома I = U / R. Угол наклона ВАХ характеристики обусловлен электрическим сопротивлением проводника R (или его электропроводимости G):

tgφ = IU = G.

Построим в системе х0у графики зависимости тока от напряжения для резистора. Ось 0у будет силой тока, 0х – напряжением. Для сбора информации требуемой для построения выбранной зависимости, нам необходимо пропускать через резистор напряжение, и фиксировать одновременно величину тока. Выполняем замеры и наносим точки:

первая точка на графике U=0,I=0;

вторая точка — U=2,6, I=0,01;

3-я: U=4,4, I=0,02;

4-я: U=6,2, I=0,03;

5-я: U=7,9, I=0,04;

Расчет и построение вольт-амперной характеристики идеального p-n-перехода

ДОПОЛНЕНИЕ

ТЕСТ

ТЕСТ

Рассчитать и построить вольт-амперную характеристику идеального p-n-перехода (полупроводникового диода) I(U) при заданном значении температуры T и значении теплового тока (обратного тока насыщения) перехода I0:

1. Без учета сопротивления базовой области RБ;

2. С учетом сопротивления базовой области RБ.

Обе характеристики построить на одном графике. Показать влияние сопротивления базовой области RБ на ВАХ p-n-перехода.

Исходные данные: T=2900C, I0=1 мкА, RБ=30 Ом.

Решение:

T =T+273=563 К

1) Тепловой потенциал при заданной температуре

2) Используя полученное значение теплового потенциала и заданное значение обратного тока насыщения значения тока через p-n-переход для напряжений от 0 до -5 В с шагом 1 В и от 0 до 0,2 В с шагом 0,05 В. Результаты расчета занесем в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

3) Используя данные таблицы 1.1 построим ВАХ идеального p-n-перехода (рисунок 1).

Рисунок 1.

4) Отдельно проведем расчеты в области малых прямого и обратного напряжений (в диапазоне -3φт до 3 φт), полученные данные занесем в таблицу 1.2. Формулы для расчетов как в пункте 2. По полученным данным построим ВАХ (рисунок 2).

Таблица 1.2

Рисунок 2.

5) Проведем анализ влияния сопротивления базовой области на ВАХ идеального p-n-перехода. Влияния сопротивления RБ учтем исходя из перераспределения приложенного внешнего напряжения между обедненным слоем и базовой областью: U=Up-n+IRБ. Для расчетов воспользуемся данными таблицы 1.1. Полученные результаты занесем в таблицу 1.3. По полученным данным построим ВАХ (рисунок 3).

Таблица 1.3

Рисунок 3.

6) Отдельно проведем расчеты сопротивления базовой области на ВАХ идеального p-n-перехода в области малых прямого и обратного напряжений (в диапазоне -3φт до 3 φт), полученные данные занесем в таблицу 1.4. Формулы для расчетов как в пункте 5. По полученным данным построим ВАХ (рисунок 4).

Таблица 1.4

Рисунок 4.

7) Приведем вместе для сравнения (влияние учета сопротивления базовой области на ВАХ) рисунок 1,3 и рисунки 2,4.

Рисунок 5.