Дополнительный материал к лекции 19 для самостоятельной работы

На рисунке 2.43, а приведена схема Вильямса «с двойным кольцом», в которой используются биполярные транзисторы. Напряжение на базе транзистора VT₁ поддерживается равным напряжению U_вых. Коллекторный ток VT₁ равный эмиттерному току, который течет через стабилитрон VD₁. Напряжение на стабилитроне VD₁ определяет напряжение на базе VT₂. Добиваются в схеме так, чтобы ток коллектора транзистора VT₁ был равны коллекторному току транзистора VT₂. За счет такой обратной отрицательной связи значительно снижается дифференциальное сопротивление стабилитрона. Ток стабилитрона не зависит от напряжения входа, а определяется по формуле I_ст=U_бэ/R₁, где U_бэ- Рисунок 2.43 – Схемы стабилизированных источников опорного напряжения: с

отрицательной обратной связью на транзисторах (а) и на

операционном усилителе (б)

напряжение база-эмиттер транзистора VT₁. Данная схема обеспечивает высокий температурный коэффициент выходного напряжения, но может работать только при напряжении U_вых=7 В.

Этого недостатка лишена схема, приведенная на рисунке 2.43,б. Благодаря применению операционного усилителя DA выходное напряжение можно изменять в достаточно в широких пределах. Выходное напряжение определяется

по формуле

U_вых= U_ст(1+R₂/R₃), (2.51)

где U_ст- напряжение термокомпенсирующего стабилитрона,

R₂ и R₃ – резисторы в цепи отрицательной обратной связи.

Ток стабилитрона поддерживается неизменным и выбирается по формуле

I_ст= (U_вых – U_ст)/R₁. (2.52)

где R₁ – сопротивление в цепи положительной обратной связи.

Параметрические стабилизаторы напряжения широко применяются в качестве источников опорного напряжения в компенсационных стабилизаторах напряжения, но простой стабилитрон не отвечает требованиям, предъявленным к опорным источникам напряжения. Поэтому были разработаны опорные источники с напряжением запрещенной зоны. На этой основе выполнен регулируемый прецизионный интегральный стабилитрон типа 142 ЕН19 (аналог микросхемы ТL431 фирмы Техаs Instruments). Упрощенная схема этой ИМС приведена на рисунке 2.44,а. Основными элементами этой микросхемы ИМС являются источник опорного напряжения, выполненный по схеме «запрещенной зоны» и операционный усилитель ОУ, позволяющий устанавливать выходное напряжение при помощи внешнего резисторного делителя R₁ и R₂, как показано на схемах включения (рисунок 2.44,б). Основные характеристики этого интегрального стабилитрона значительно превосходят характеристики обычных стабилитронов.

а) б)

Рисунок 2.44 - Упрощенная интегральная схема стабилитрона 142ЕН19 и

условное схематическое обозначение (а); его схема

включения (б)

Основное достоинство кремниевых параметрических стабилизаторов

напряжения является их фильтрующие свойства.

Так как статическое сопротивление стабилитрона намного меньше динамического, то схема со стабилитроном эквивалентна активно-емкостному фильтру. Эквивалентная емкость в таком фильтре может быть подсчитана по формуле

С_ф= 1/ (2π· f₁ ·r_d), (2.53)

где f₁- частота первой гармоники пульсации входного напряжения,

r_d – динамическое сопротивление стабилитрона.

Так как коэффициент стабилизации безинерционного стабилизатора численно равен коэффициенту сглаживания эквивалентного фильтра, т.е. К_ст= К_ф, то при расчете пульсаций на выходе выпрямительных устройств с кремниевым стабилизатором следует в К_ф раз уменьшить коэффициент сглаживания дополнительного фильтра.

Выходное сопротивление стабилизатора состоит, с учетом малости внутреннего сопротивления источника, из двух параллельно включенных сопротивлений R_г и r_d, из которых R_г > r_d. Отсюда следует, что

r _{вых стб} = r _d. (2.54)

Если стабилитрон шунтируют емкостью для улучшения фильтрующих свойств, то заодно уменьшают и выходное сопротивление стабилизатора. Дифференциальное сопротивление кремниевых стабилитронов невелико, что позволяет получать малое значение выходного сопротивления.

К достоинствам параметрических стабилизаторов напряжения является их простота и малое количество элементов.

К недостаткам параметрических стабилизаторов напряжения является невозможность плавной регулировки и точной установки номинального значения выходного напряжения, малый коэффициент стабилизации, а так же низкий КПД.

Дата добавления: 2014-01-04