ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ – СОФИЯ

ФЕТТ

Катедра “Силова електроника

 ”

КУРСОВ ПРОЕКТ

ПО

ТОКОЗАХРАНВАЩИ УСТРОЙСТВА

Тема: Стабилизатор  на постоянно напрежение

                                             

Съдържание:

Обяснителни записки.................................................................................2
Проектиране стабилизатора на напрежение...........................................3
Проектиране токоизправител и филтър.................................................10
Проектиране на трансформатора...........................................................12
Графична част..........................................................................................16

2

Обяснителна записка.  

Проектираното токозахранващо устройство се състои от три основни функционални 
блока – мрежов трансформатор, токоизправител + филтър и стабилизатор на 
напрежение. По - долу е описан начина по който са изчислени тези три блока, като 
е започнато от проектирането на стабилизатора и свършва с проектирането на 
мрежовият трансформатор. По – подробна информация за използваните дискретни 
елементи и използваната интегрална схема може да се намери в приложението към 
проекта.
Преобразуването на променливото напрежение в постоянно се извършва от 
токоизправителя, а трансформатора осигурява намаляването на амплитудата на 
входното напрежение до необходимата стойност.
Основните градивни блокове на стабилизатора са три :

1)

Мрежовият трансформатор служи за съгласуване на напреженията на 
променливотоковата и постояннотоковата верига . Той разделя гaлванично 
двете вериги, което осигурява допълнителна безопасност.

2) Вентилната група преобразува променливото напрежение в постоянно

( реализирана е по схема “Грец” – еднофазен мостов токоизправител ).

      Филтриращата група задържа всички хармоници и пропуска само   
      постоянната съставка.

3)

Стабилизатора на напрежение поддържа неизменна стойността на изходното 
напрежение ( реализиран е с ИС 

µ

А723 + съставен и транзистор за 

разширяване на обхвата по ток ).

I. Проектиране на стабилизатора на напрежение.

При проектирането на стабилизатора е използвана интегралната схема 

µ

A 723, 

която представлява стабилизатор на напрежение с вграден източник на еталонно 
напрежение ( ИЕН ) и усилвател. Използваната ИС 

µ

A 723 е изработена в корпус 

DIL - 14. 

Забележка

: В приложеният листинг с информация за 

µ

A 723, ИС е дадена 

в корпус DIL – 14. Разликата между корпус DIL - 14 и корпус ТО – 100 е в 
номерацията на изводите, като при корпус ТО – 100 липсва единят извод (9). 
Вътрешната блокова схема на 

µ

A 723, както и номерацията и предназначението на 

изводите са следните ( В скоби е дадена номерацията на изводите при корпус ТО – 
100 ) : 

3

Изводи 12(-) и 7(+) са за захранване на вътрешните вериги с напрежения от 8 до 40 
V. На извод 6 е изведен източника на еталонно напрежение U

ref 

= 7,1V. Изводи 4 и 5 

са съответно инвертиращият и неинвертиращият вход на усилвателя. Изводи 2, 13 

и 3 са съответно база, колектор и емитер на транзистора Т

2

 служещ за реализиране 

на схема за защита по ток. Изводи 11 и 10 са съответно колектор и емитер на 

изходният за схемата транзистор Т

1

. На извод 9 е изведен анода на стабилитрон за 

6,2 V.

-

 За да проектираме стабилизаторът на напрежение, първо изчисляваме статичният 

коефициент на усилване по ток на регулиращия транзистор за постигане на изходен 
ток на ИС 

µ

A 723  I

ИС

 ≤ 10 mA. Приемаме за изчисленията, че I

ИС

 = 15 mA.

h

21min 

= 

1040

10

.

15

6

,

15

3

=

=

−

ИС

KP

I

I

2. Избирам за 

Т1 

транзистора 

2N3055, 

който има следните характеристики:

U

CEmax

 = 60V

U

CEsat

 = 1.1V

h

21min

 = 15

I

CEmax

 = 15A

P

Cmax

 = 117W

R

tjC

 =1.5°C/W

T

jmax

 = 200°C

3.Изчисляваме входното напрежение.

V

k

)

U

kс

(Uo

U

П

CEsatT

i

64

,

17

025

,

0

1

1

,

1

.

2

15

1

.

1

min

=

−

+

=

−

+

=

V

,

b

U

U

вх

i

6

,

19

1

0

1

64

,

17

1

min

=

−

=

−

=

V

)

.(

U

U

вхном

i

56

,

21

)

1

,

0

1

.(

6

,

19

а

1

max

=

+

=

+

=

Където 

k

с

 = 2

 е коефициент на сигурност, а 

a = b = 0,1 

 са съответно относителното 

увеличение и намаление на входното напрежение 

ΔUвх=10%.

4

4. Максималното напрежение на транзистора в работен режим и при късо 
съединение е:

V

U

U

U

o

i

CE

56

,

6

max

=

−

=

V

U

U

MAX

MAX

i

CE

56

,

21

=

=

5. Изчисляваме тока на късо съединение – този ток се ограничава от защитата, за 
да се запазят същите топлинни загуби в транзистора, както при номинален режим:

A

I

U

Uo

I

T

i

кс

74

,

4

6

,

15

.

56

,

21

15

1

.

1

max

max

=







 −

=













−

=

6. Изчисляваме отделената от транзистора мощност, т.е. топлинните загуби за 
двата режима на работа:



В режим на късо съединение :                                                             

Pc

max.кс

 = Uвх

max

.I

кс 

= 21,56.4,74 = 102.25 W



В работен режим :

Pc

max.раб

 = U

CЕ раб.

.I

Tmax 

= 6,56.15,6 = 102.3 W

7.Транзисторът е закрепен директно върху радиатора, повърхностите са гладки и е 
употребена силиконова паста – Rt

ср

=0.5˚C/ W



Определяме сумарното топлинно съпротивление преход – радиатор :

Rt

JP

 = Rt

JC 

+ Rt

CP 

, ˚C/ W

Rt

JP 

= 1,5 + 0,5 = 2  ˚C/ W



Определяме топлинно съпротивление на радиатора :

JP

a

J

P

Rt

Pc

t

t

Rt

−

−

=

, където t

a

 е температурата на околната среда, t

J

 < t

Jmax 

е 

приета със запас с max работна температура на прехода колектор –
емитер:t

J

 = 150˚C < t

Jmax

=200˚C.

98

,

0

2

019

,

1

2

3

,

102

45

150

−

=

−

=

−

−

=

P

Rt

От   горният   израз   ясно   се   вижда,   че   топлинното   съпротивление   на   радиатора 
отрицателно.   Няма   радиатор,   който   да   може   да   отведе   необходимата   топлинна 
мощност  Pc

maxT1

  kъм   околната   среда.Това   налага   използването   на   паралелно 

свързване   на   транзистори   (два   или   повече),   което   позволява   максимално 
отделената мощност да се подели между тях :

5

          Rt

P 

> 0 → 

JP

T

a

J

Rt

Pc

t

t

−

−

1

max

> 0      →       

1

max

T

a

J

Pc

t

t

−

 > Rt

JC 

     →       Pcmax

T1 

< 

JP

a

J

Rt

t

t

−

 

→    Pcmax

T1 

< 52.5W.

 

8. Минималният брой на паралелно свързаните транзистори е :

        N > 

94

.

1

5

,

52

3

,

102

max

1

=

=

T

Pc

Pc

Приема се цяло, по – голямо число – N = 2  => необходими са 2 транзистора 
2N3055, свързани в паралел. Макар че използваме еднакви транзистори, в 
коефициентите и нелинейнoстта на характеристиките им съществуват разлики. За 
да изравним тези разлики, създаваме ООВ по ток за всеки транзистор, чрез 
включване на резистор в емитерната му верига. Базовите резистори предпазват 
схемата от самовъзбуждане и допълнително изравняват входните съпротивления 
на паралелно свързаните транзистори.

9.Определя се токът през един транзистор е: 

Ic

1

 = Ic

2

 =

А

N

Iкк

8

.

7

2

6

.

15

=

=

10. Изчислява се съпротивлението на резистора в емитерната верига R

E

 :

R

E1

 = R

E2

 =

077

.

0

8

.

7

6

,

0

=

=

RE

RE

I

U

  

Ω

11. Максимално напрежение върху един транзистор:

U

CET1

 = Uimax – Uo – U

RE

 = 21,56 – 15 – 0,6 = 5,96V

12. Максимален ток през един транзистор при +10% разбалансиране на тока е:

Ic

1

max = 1.1

A

N

I

КР

58

.

8

2

6

.

15

1

.

1

=

=

13. Maксимални топлинни загуби в най-натоварения транзистор:

Pc

1

max = Uce

T1

max . Ic

1

max = 5,96.8,58=51,14W

14. Изчисляваме на ново топлинното съпротивление на радиатора за всеки от 
транзисторите в паралел:

Rtp = 

C/ W

000

.

0

0

00

,

00

00

000

max

0



=

−

−

=

−

−

Rtjp

Pc

t

t

a

J

15. Изчисляваме максималната температура на прехода на най-натоварения 
транзистор:

6

t

J

 = Pc

1max

.Rt +t

a

 = Pc

1max

(R

tjc

+R

tcp

+R

tp

)+t

a

 = 51.14(1,5+0,5+0,053) + 45=149,9˚C≈150˚C

Тази температура е допустима.

16. Изчислява се активната площ на радиатора:

=

=

=

053

,

0

1200

1200

TP

P

R

S

22641 cm

2

Поради получената голяма площ на радиатора трябжа да се използва подходящ 
оребрен алуминиев радиатор.

17. Изчислява се базовият ток на един транзистор:

I

B1

=

A

h

Ic

T

572

,

0

15

58

.

8

1

min

21

max

1

=

=

18. Изчислява се съпротивлението на базовият резистор:

R

B1

 = R

B2

 = 

874

.

0

572

,

0

5

,

0

1

1

=

=

RB

RB

I

U

 Ω

Избира се резистор със съпротивление 1 Ω .Резисторите са с мощност 0,5W.

19. Общият базов ток на двата транзистора:

I

B

 = N. I

B1

 = 2.0,572=1.14A

Tози ток е голям и се налага да се използва схема на съставен транзистор.Избира 
се схема с допълнителна симетрия.

20. Избира се типът на входният транзистор Т

3

 .Подходящ е BD438(PNP) със 

следните данни:

U

CEmax

 = 45V

U

CEsat

 = 0,7V

h

21min

 = 85

I

CEmax

 = 4A

P

Cmax

 = 36W

R

tjC

 =3,5°C/W

T

jmax

 = 150°C

Коефициента на усилване по ток на транзистор Т

3

 трябва да е по – голям от 70, за 

да може I

ИС

 ≤ 15mA

21.Изчисляваме базовият ток на входния транзистор Т

3

: 

I

B3

 = 

mA

h

I

ET

B

4

,

13

85

14

,

1

3

21

=

=

22. Tоплинните загуби в транзистор Т

3 

са:

7

P

cmaxT3

 = U

CEmaxT3

.I

B

 = (U

CET1,2

 – U

RB1,2

 – U

BET1,2

). I

B

 =(5,96 – 0,5 – 0,6).1,14=5,54W

23. Изчислява се повърхността на охлаждащият радиатор на Т

3

. Закрепването на 

транзистора върху радиатора  е с изолационна подложка – R

tcp

= 1˚C/ W:



Определяме топлинно съпротивление преход – радиатор:

Rt

JP

 = Rt

JC 

+ Rt

CP 

= 3,5 + 1 =  4,5 ˚C/ W  



Определяме топлинно съпротивление радиатор – околна среда:

Rtp = 

C/ W

04

,

9

5

,

4

54

,

5

45

120

3

max



=

−

−

=

−

−

Rtjp

Pc

t

t

Т

a

J

 

където t

J

 = 120˚C < t

Jmax

=150˚C 



Определяме активна охлаждаща площ на радиатора:

74

,

132

04

,

9

1200

1200

=

=

=

TP

P

R

S

 cm

2  



Определяме общата площ на радиатора на съставният транзистор:

S

PОБ

 = 2.S

PT1,T2

 + S

PT3 

= 2. 22641 + 132,74 = 45415 cm

2

24. Изчислява се напрежението на насищане на съставният транзистор:

8

,

1

5

,

0

6

,

0

7

,

0

1

1

3

=

+

+

=

+

+

=

Σ

RB

BET

CEsatT

CEsat

U

U

U

U

25. Преизчислява се входното напрежение:

V

k

)

U

(Uo

U

П

CEsat

i

42

,

17

025

,

0

1

8

,

1

.

1

,

1

15

1

.

1

,

1

min

=

−

+

=

−

+

=

Σ

 

V

,

b

U

U

вх

i

35

,

19

1

0

1

42

,

17

1

min

=

−

=

−

=

V

)

.(

U

U

вхном

i

3

,

21

)

1

,

0

1

.(

35

,

19

а

1

max

=

+

=

+

=

Получените   стойности   на   преизчисленото   входно   напрежение   са   по   –   малки   от 
предварително избраните (т.3). Това гарантира по – малко топлинно натоварване 
на транзисторите и затова не са необходими други изчисления.

26. Преизчислява се токът на късо съединение:

A

I

U

Uo

I

T

i

кс

6

,

4

6

,

15

.

3

,

21

15

1

.

1

max

max

=







 −

=













−

=

27. Изчислява се съпротивлението на резистора R

Ш

 :

8