Выходное сопротивление стабилизатора

[spiller]

Всем привет, пытаюсь спроектировать компенсационный стабилизатор для источника питания, знаю точно, что мне нужен стабилизатор с последовательным включением регулирующего элемента. Но есть загвоздка - сопротивление нагрузки варьируется от Ом до кОм, а ошибка стабилизации очень ограничена, поэтому мне нужен транзистор (или несколько) с очень маленьким выходным сопротивлением меньше 0.01 Ом.

Так вот, преподаватель сказал, что есть общие формулы, по которым можно рассчитать выходное сопротивление транзистора через его h параметр, нигде не могу найти эти формулы, может кто подскажет?

[Enman]

транзистор выбирается по мощностным параметрам, а выходное сопротивление всего стабилизатора 0,01 Ом определит уже коэффициент усиления усилителя ошибки в цепи обратной связи (как известно, параллельная по выходу ООС (т.е. по напряжению) снижает выходное сопротивление в Ку раз). Но при этом ещё и надо не забыть с каких точек снимать это самое напряжение ОС (с самой нагрузки, "четырёхпроводная схема подключения"), иначе сопротивление проводников от стабилизатора до нагрузки испортят картину.
Выходное сопротивление транзисторного каскада - это где про СОЭ, СОК....
Практически - сопротивление выхода операционника, допустим, 100 Ом, идёт на выход составного ЭмитПовт (Вст=500), 100/500=0,2 Ома, это выходное сопротивление без учёта ООС, так что имея Ку усилителя ошибки (с учётом делителя ОС) всего 20 уже укладываемся, а операционник в цепи ОС даст такое усиление с большим запасом....Стабильность опорного напряжения тоже надо обеспечить....

[spiller]

транзистор выбирается по мощностным параметрам, а выходное сопротивление всего стабилизатора 0,01 Ом определит уже коэффициент усиления усилителя ошибки в цепи обратной связи (как известно, параллельная по выходу ООС (т.е. по напряжению) снижает выходное сопротивление в Ку раз). Но при этом ещё и надо не забыть с каких точек снимать это самое напряжение ОС (с самой нагрузки, "четырёхпроводная схема подключения"), иначе сопротивление проводников от стабилизатора до нагрузки испортят картину.
Выходное сопротивление транзисторного каскада - это где про СОЭ, СОК....
Практически - сопротивление выхода операционника, допустим, 100 Ом, идёт на выход составного ЭмитПовт (Вст=500), 100/500=0,2 Ома, это выходное сопротивление без учёта ООС, так что имея Ку усилителя ошибки (с учётом делителя ОС) всего 20 уже укладываемся, а операционник в цепи ОС даст такое усиление с большим запасом....Стабильность опорного напряжения тоже надо обеспечить....

Это я примерно знал, но меня интересует есть ли какие-то формулы по которым можно найти выходное сопротивление самого транзистора через его h параметры?



Вам нужно прочитать Правила форума.
Нарушение Правил форума п. 2.7
aen

[El-Eng]

Для определения выходного сопротивления транзистора не нужны h-параметры, а нужно почитать умные книжки, Титце-Шенка, например. Из них можно узнать, что для кремниевого биполярного транзистора в схеме эмиттерного повторителя выходное сопротивление практически равно Ut/Iэ, где Ut - температурный потенциал, равный 0.026В, а Iэ - ток эмиттера. Для полевого транзистора выходное сопротивление в схеме повторителя равно 1/S, где S - крутизна.

[Ariadna-on-Line]

Зафиксируем потенциал на выводе базы. Напряжение на эмиттере будет меняться за счет падения напряжения на активном
сопротивлении базы от тока базы.

Rвых = dVэ/dIэ по определению.

dVэ = Rб*dIб как сказано выше.

dIэ = dIк + dIб = dIб * B + dIб где B - коэфф. усил. тр-ра в схеме с ОЭ

---> Rвых = Rб*dIб / dIб(B+1) = Rб / (B+1)

[El-Eng]

Ariadna-on-Line, вы забыли учесть "сопротивление тела эмиттера", величину, равную Ut/Iэ, а, ведь, именно она и дает основной вклад в выходное сопротивление повторителя, особенно при малых токах эмиттера.

[Ariadna-on-Line]

Нет, не забыл. Знаю (немного) про эти квантовые фокусы. Но они имеют место при экзотических режимах, типа режима микротоков или режима насыщения, когда параметры транзистора испытывают сильную нелинейность. В нормальной схеме эти эффекты просто спрячутся в табличные значения Rб или В или т.п. Не стоит лезть в тонкости без особой нужды, мне думается.

[El-Eng]

Да какие там тонкости, это - один из основных параметров. Возьмите любую приличную книжку, того же Титце-Шенка, например. Они там только крутизной и оперируют (S=Iк/Ut), причем считают ток коллектора равным току эмиттера.

Спойлер

----------

Tsh1.png

(88.38 КБ) 959 скачиваний

TSh2.png

(103.43 КБ) 974 скачивания

[spiller]

Спойлер

Для определения выходного сопротивления транзистора не нужны h-параметры, а нужно почитать умные книжки, Титце-Шенка, например. Из них можно узнать, что для кремниевого биполярного транзистора в схеме эмиттерного повторителя выходное сопротивление практически равно Ut/Iэ, где Ut - температурный потенциал, равный 0.026В, а Iэ - ток эмиттера. Для полевого транзистора выходное сопротивление в схеме повторителя равно 1/S, где S - крутизна.

А как узнать ток эмиттера? Во всех справочниках по транзисторам указывают только максимальный ток коллектора, как я понимаю ток эмиттера практически равен току коллектора, но если так считать, то получается что у выбранного мной транзистора максимальный ток коллектора равен 15А > ток эммитера так же 15А > 0.026В/15А = 0.00173 Ом, но везде пишут что выходное сопротивление транзистора при включении с ОК примерно 10-100 Ом, что-то явно не сходится.

[SmarTrunk]

spiller
Для больших токов нужно учесть как минимум сопротивления выводов (можно попробовать найти в справочнике).

[Дмитрий]

А как узнать ток эмиттера?

Вы пошли не по тому пути.
В данной теме только один правильный пост, это второй по счету.

транзистор выбирается по мощностным параметрам, а выходное сопротивление всего стабилизатора 0,01 Ом определит уже коэффициент усиления усилителя ошибки в цепи обратной связи (как известно, параллельная по выходу ООС (т.е. по напряжению) снижает выходное сопротивление в Ку раз). Но при этом ещё и надо не забыть с каких точек снимать это самое напряжение ОС (с самой нагрузки, "четырёхпроводная схема подключения"), иначе сопротивление проводников от стабилизатора до нагрузки испортят картину.
Выходное сопротивление транзисторного каскада - это где про СОЭ, СОК....
Практически - сопротивление выхода операционника, допустим, 100 Ом, идёт на выход составного ЭмитПовт (Вст=500), 100/500=0,2 Ома, это выходное сопротивление без учёта ООС, так что имея Ку усилителя ошибки (с учётом делителя ОС) всего 20 уже укладываемся, а операционник в цепи ОС даст такое усиление с большим запасом....Стабильность опорного напряжения тоже надо обеспечить....

Вот вдумайтесь в него и считайте свой стабилизатор.

Во всех остальных постах написали полнейшую ерунду. Они как бы правильные, но не имеют никакого отношения к вашему вопросу.

[SmarTrunk]

Все верно, при наличии усилителя ошибки и ООС она будет иметь решающее влияние на выходное сопротивление (этот вариант логичнее, исходя из значения выходного тока).
При отстутствии усилителя ошибки (стабилитрон - составной (?) транзистор) не будет ООС и ее влияния. Схему в студию, ну или полное техзадание (курсовик?)

[El-Eng]

А как узнать ток эмиттера?

Ток эмиттера, это ток, который течет через эмиттер (ток нагрузки). Внезапно, правда? (Кэп, молчать! ) Да, выходное сопротивление ЭП зависит от тока нагрузки. Именно это и есть главная проблема схемы простейшего стабилизатора на транзисторе со стабилитроном. И устраняют ее как раз усилителем с петлей ООС.

выходное сопротивление транзистора при включении с ОК примерно 10-100 Ом...

Так и есть для токов порядка миллиампера. Если у вас мощный транзистор с малым В и/или высокоомный источник в цепи базы, то нужно добавить компонент, о котором написал Ariadna-on-Line.

Они как бы правильные, но не имеют никакого отношения к вашему вопросу.

Дмитрий, вопрос ТС был о выходном сопротивлении транзистора... Но даже в случае с усилителем и ООС это сопротивление следует принимать во внимание, поскольку оно вместе с выходным конденсатором образует дополнительный полюс на АЧХ усилителя, что может привести к неустойчивости стабилизатора, особенно при малых токах нагрузки или в режиме ХХ.

[spiller]

Все верно, при наличии усилителя ошибки и ООС она будет иметь решающее влияние на выходное сопротивление (этот вариант логичнее, исходя из значения выходного тока).
При отстутствии усилителя ошибки (стабилитрон - составной (?) транзистор) не будет ООС и ее влияния. Схему в студию, ну или полное техзадание (курсовик?)

В том-то и дело что схемы нет, преподаватель предложил нам такую схему



И даже рассказал как примерно считается:

Kдел = R2 / (R1+R2)

Uвых = Uэт * (1 + R1/R2)

Ку (обр. связи) = 1 / (1+Kу*B) = 1/Кст >>> 1/Кст = 1/Ку*B , отсюда находим коэффициент усиления.

Rвых = Rвых0 / (1+ Ку*B) , где Rвых0 - выходное сопротивление транзистора на регулирующем элементе.


Я почитал разные статьи, из тех что понятны выбрал вот эту http://www.meanders.ru/stabilizator2.shtml

Там дан подробный расчёт для вот такой схемы:



И вроде бы для той схемы всё понятно, но до сих пор остаются вопросы:

1) Как всё-таки найти выходное сопротивление транзистора на регулирующем элементе?
2) На последней схеме транзистор VT1 - усилитель, а все остальные транзисторы это составной регулирующий элемент?
3) Как добиться нужно коэффициента усиления? То-есть мне нужен коэффициент усиления 1000, для этого нужно просто сделать каскад из нескольких транзисторов и перемножить их коэффициенты усиления?
4) Для схемы выше как я понимаю расчёт идёт при том условии, что входное напряжение постоянное 25В, у меня же входное напряжение изменяется от 14В до 34В, как это учесть?

[Дмитрий]

мне нужен коэффициент усиления 1000, для этого нужно просто сделать каскад из нескольких транзисторов и перемножить их коэффициенты усиления?

Если на транзисторах, то это делается примерно так.

Спойлер

А можно в качестве усилителя ошибки вообще взять операционный усилитель и схем таких полно.

[spiller]

Спойлер

мне нужен коэффициент усиления 1000, для этого нужно просто сделать каскад из нескольких транзисторов и перемножить их коэффициенты усиления?

Если на транзисторах, то это делается примерно так.



[spoiler]



А можно в качестве усилителя ошибки вообще взять операционный усилитель и схем таких полно.

Вроде как только на транзисторах нужно сделать, а данная выше схема будет разве подходить по выходному сопротивлению? У неё регулирующий элемент по схеме с ОЭ, там выходное сопротивление будет порядка нескольких кило Ом и даже если коэффициент усиления будет 10000, то всё равно выходное сопротивление стабилизатора полулчится около нескольких Ом, что никак не подходит.

[aen]

У неё регулирующий элемент по схеме с ОЭ, там выходное сопротивление будет порядка нескольких кило Ом и даже если коэффициент усиления будет 10000, то всё равно...

А при чем тут это?
То, что Вы написали говорит только о том, что Вы не понимаете самых основ.
Вот тогда картинка.



Ручкой переменного резистора величиной 1 килоом устанавливаем на вольтметре, а значит и на на нагрузке, напряжение 4 вольт.
Обратной связью в данном случае являются мои глаза, что смотрят на вольтметр и рука, которая крутит переменное сопротивление.
Если сопротивление нагрузки изменить, то соответственно изменится напряжение на выходе.
Я это глазами вижу и рукой подкручиваю переменный резистор. Это обратная связь.
Если я снова выставлю напряжение на вольтметре ровно 4 вольта, то это значит, что выходное сопротивление данной системы с обратной связью в качестве которой используются мои глаза и рука равно НУЛЮ.
И то, что регулирующий элемент в виде переменного сопротивления имеет величину далекую от НУЛЯ, все равно данная система имеет нулевое выходное сопротивление.

В вашем же случае нулевое даже и не нужно, т.е. устанавливать можно с погрешностью.

А например случай, когда при уменьшении сопротивления нагрузки выставлять "ручкой" на выходе напряжение не 4 вольта, а к примеру 4,05 вольта, то это значит у вас в данном случае будет не то что нулевое, а даже отрицательное выходное сопротивление.

[SmarTrunk]

1) Как всё-таки найти выходное сопротивление транзистора на регулирующем элементе?
2) На последней схеме транзистор VT1 - усилитель, а все остальные транзисторы это составной регулирующий элемент?
3) Как добиться нужно коэффициента усиления? То-есть мне нужен коэффициент усиления 1000, для этого нужно просто сделать каскад из нескольких транзисторов и перемножить их коэффициенты усиления?
4) Для схемы выше как я понимаю расчёт идёт при том условии, что входное напряжение постоянное 25В, у меня же входное напряжение изменяется от 14В до 34В, как это учесть?

КУ в этой схеме, действительно, определяется усилителем на VT1, и усиления 1000 на одном транзисторе не получить. Лучше использовать ОУ (операционный усилитель) - если Вы их проходили, либо более сложную схему усилителя, либо, возможно, в результате рассчетов уменьшить требования к усилению.
http://radiohlam.ru/teory/prkomstab.htm

Остальные транзисторы - да, составной транзистор - регулирующий элемент.

Для Вашей схемы я бы, для себя, как радиолюбитель, так рассчитал выходное сопротивление регулирующего элемента:

Выходное сопротивление усилителя, грубо, R2=2,7кОм.
Транзистор VT2 в режиме эмиттерного повторителя уменьшает его, грубо, в h21э раз (возьму 50)
RвыхVT1=R2/h21э=2700/50=54 Ом
Каждый из транзисторов VT3, VT4 уменьшает его тоже, грубо, в h21э раз (возьму 30)
RвыхVT3=RвыхVT4=54/30=1,8 Ом (плюс токовыравнивающие резисторы по 0,5 Ом = 2,3 Ом)
Поскольку на выходе два транзистора параллельно, то Rвых=2,3/2= примерно 1,15 Ом.

Для токов в 15А это слишком много.

[spiller]

Спойлер

1) Как всё-таки найти выходное сопротивление транзистора на регулирующем элементе?
2) На последней схеме транзистор VT1 - усилитель, а все остальные транзисторы это составной регулирующий элемент?
3) Как добиться нужно коэффициента усиления? То-есть мне нужен коэффициент усиления 1000, для этого нужно просто сделать каскад из нескольких транзисторов и перемножить их коэффициенты усиления?
4) Для схемы выше как я понимаю расчёт идёт при том условии, что входное напряжение постоянное 25В, у меня же входное напряжение изменяется от 14В до 34В, как это учесть?

КУ в этой схеме, действительно, определяется усилителем на VT1, и усиления 1000 на одном транзисторе не получить. Лучше использовать ОУ (операционный усилитель) - если Вы их проходили, либо более сложную схему усилителя, либо, возможно, в результате рассчетов уменьшить требования к усилению.
http://radiohlam.ru/teory/prkomstab.htm

Остальные транзисторы - да, составной транзистор - регулирующий элемент.

Для Вашей схемы я бы, для себя, как радиолюбитель, так рассчитал выходное сопротивление регулирующего элемента:

Выходное сопротивление усилителя, грубо, R2=2,7кОм.
Транзистор VT2 в режиме эмиттерного повторителя уменьшает его, грубо, в h21э раз (возьму 50)
RвыхVT1=R2/h21э=2700/50=54 Ом
Каждый из транзисторов VT3, VT4 уменьшает его тоже, грубо, в h21э раз (возьму 30)
RвыхVT3=RвыхVT4=54/30=1,8 Ом (плюс токовыравнивающие резисторы по 0,5 Ом = 2,3 Ом)
Поскольку на выходе два транзистора параллельно, то Rвых=2,3/2= примерно 1,15 Ом.

Для токов в 15А это слишком много.

Спасибо, здесь вроде бы всё понятно, только откуда Вы взяли ток в 15А и почему это слишком много?


Узнал у преподавателя сегодня как всё-таки найти выходное сопротивление, он будет равно 1/h22, только вот проблема, ни в одном справочнике не могу найти эту величину, преподаватель же утверждал, что во всех справочниках есть, может кто подскажет где можно посмотреть h22 параметр для транзисторов?

[spiller]

P.S: в том и проблема, что усилитель нужно обязательно на транзисторе. Сейчас посмотрел ещё, вроде как советуют использовать токостабилизирующий двухполюсник, чтобы увеличить коэффицент усиления, но пока с ним не разобрался.