РЭА компенсационные, собранные на транзисторах

Стабилизаторы постоянного напряжения вторичного электропитания

Дополнительный материал к лекции 20 для самостоятельной работы

Стабилизаторы постоянного напряжения вторичного электропитания

РЭА компенсационные, собранные на транзисторах

Стабилизаторы постоянного напряжения вторичного электропитания

План (логика) изложения материала

Лекция 20

Экспресс - проверка знаний пройденного материала:

1 Нарисуйте схему с высокоомным транзисторным двухполюсником.

2 Нарисуйте схему двухкаскадного параметрического стабилизатора.

3 Нарисуйте схему мостового стабилизатора напряжения.

4 Нарисуйте схему температурной стабилизации и схема однокаскадного

параметрического стабилизатора напряжения

5 Нарисуйте схему стабилизированного источника опорного напряжения с

отрицательной обратной связью на транзисторах.

6 Нарисуйте схему стабилизированного источника опорного напряжения с

отрицательной обратной связью на операционном усилителе.

7 Напишите ключевые слова к теме лекции 19.

После изучения лекции 20 студент должен знать: принцип работы компенсационного стабилизатора напряжения и его характеристики.

Уметь: пояснить работу компенсационного стабилизатора напряжения, а также расчет и выбор элементов схемы компенсационного стабилизатора напряжения.

РЭА компенсационные, собранные на микросхемах

Для получения более высокого коэффициента стабилизации напряжения вторичного источника электропитания РЭА (50…1000) и выше, для плавного регулирования выходного напряжения применяются компенсационные стабилизаторы напряжения.

Структурные схемы компенсационных стабилизаторов непрерывного действия постоянного напряжения бывают последовательного и параллельного типов (Рисунок 2.45). Основными функциональными узлами в таких стабилизаторах являются:

- источник опорного (эталонного) напряжения (ИОН);

- сравнивающий и усилительный узел (СУУ);

- регулирующий узел (РУ).

В стабилизаторах последовательного типа (рисунок 2.45,а) регулирующий узел включен последовательно с источником входного напряжения и нагрузкой. Если по каким-либо причинам напряжение на выходе отклонилось от своего номинального значения, то разность эталонного и выходного напряжений изменяется, усиливается и воздействует на регулирующий элемент. При этом

сопротивление регулирующего элемента автоматически меняется и напряжение

входное распределяется между РУ и R_н таким образом, чтобы компенсировать происшедшие изменения напряжения на нагрузке.

а) б)

а - последовательного типа;

б - параллельного типа

Рисунок 2.45 - Структурные схемы компенсационных стабилизаторов

В схеме параллельного стабилизатора компенсационного типа (рисунок 2.45,б) при отключении напряжения на выходе от номинального выделяется сигнал, равный разности эталонного и выходного напряжений, усиливается элементами СУУ и воздействует на регулирующий узел РУ, включенный параллельно нагрузке. Ток регулирующего узла I_р изменяется. Поэтому на балластном сопротивлении R_б, включенном последовательно с R_н, изменяется падение напряжения, а напряжение на выходе U_вых= U_вх- I·R_б остается стабильным.

Различие приведенных схем состоит в следующем. В последовательных стабилизаторах напряжения на регулирующем элементе возрастает при увеличении напряжения на нагрузке, а ток приблизительно равен току нагрузки. В параллельных стабилизаторах напряжение на регулирующем элементе не зависит от входного напряжения, а ток находится в прямой зависимости от напряжения на нагрузки.

Стабилизаторы параллельного типа имеют невысокий КПД и применяется сравнительно редко. Для стабилизации повышенных напряжений и токов, а также при переменных нагрузках обычно применяются стабилизаторы напряжения последовательного типа. Их недостатком является то, что при коротком замыкании на выходе к регулирующему элементу будет приложено все входное напряжение. Это обстоятельство необходимо учитывать при эксплуатации стабилизатора.

Простейшая схема однокаскадного стабилизатора последовательного типа без усилительного элемента приведена на рисунке 2.36. Здесь опорным

элементом, на котором создается эталонное напряжение, является стабилитрон

VD, а роль сравнивающего и регулирующего элемента выполняет транзистор VT.

Выходное напряжение представляет собой разность между опорным напряжением и напряжением U_эб (U_вых= U_ст- U_эб). В нормальном режиме, когда отсутствует дестабилизация, режим работы регулирующего транзистора выбирают так, чтобы он был не полностью открыт напряжением смещения эмиттер-база (режим класса А), которое обычно составляет величину порядка (0,1…0,3) В. Выходное напряжение при этом практически равно опорному напряжению (U_вых≈U_ст). Предположим, что по каким-то причинам напряжение на выходе стабилизатора уменьшилось. Напряжение на стабилитроне, включенном между положительным полюсом источника напряжения и базой регулирующего транзистора, при этом практически не измениться. Учитывая, что регулирующий транзистора фактически включен по схеме эмиттерного повторителя, уменьшение напряжения на сопротивлении нагрузки можно рассматривать как увеличение положительного потенциала эмиттера по отношению базы. По этой причине сопротивление транзистора уменьшиться и падение напряжения на сопротивлении нагрузки восстановиться до первоначального (номинального) значения. Аналогично работает схема и при повышении выходного напряжения.

Рисунок 2.46- Однокаскадный компенсационный стабилизатор

напряжения

Схема эмиттерного повторителя (рисунок 2.46) по сравнению по схемам с общим эмиттером или базой имеет в точках подключения потребителя минимальное сопротивление. Это выходное сопротивление при токах в несколько десятков миллиампер может составлять 3..5 Ом, при токах в несколько ампер r_{вых.стб}. составляет десятые – сотые доли Ома.

Применив каскад усиления в схеме стабилизатора, можно значительно увеличить К_ст и уменьшить r_{вых.стб}. (рисунок 2.47).

а – схема компенсационного стабилизатор

напряжения;

б – вольт - амперная характеристика транзисторов

VT₃ и VT₁.

Рисунок 2.47- Принципиальная схема компенсационного стабилизатора

напряжения с последовательным включением

регулирующего транзистора и с токостабилизирующим

транзистором

Принципиальная схема компенсационного стабилизатора напряжения на рисунке 2.47,а состоит из следующих элементов. В измерительный узел включаются следующие элементы: резисторный делитель R₄,R₅ и R₆ и источник опорного напряжения VD₂ и резистор R₃. В сравнительный и усилительный узел включаются следующие элементы: транзистор VT₃ и нагрузочный токостабилизирующий двухполюсник VT₂, стабилитрон VD₁ и резистор R₁ и R₂. В регулирующий узел включается следующий элемент – транзистор VT1.

Принцип действия схемы заключается в следующем. При изменении входного напряжения, относительно номинального значения, например увеличивается входное напряжение. Это приводит к тому, что в первоначальный момент увеличивается выходное напряжение на нагрузке R_н, на резисторном делителе R₄,R₅ и R₆ и напряжение U_r. Увеличение напряжения U_r приводит к увеличению отрицательного потенциала на транзисторе VT₃ по отношению к потенциалу его эмиттера, который определяется опорным напряжением U_ст.

Если рассмотреть выходную вольт- амперную характеристику транзистора VT₃, режим работы транзистора VT₃ класс А, то рабочая точка транзистора будет перемещаться в верх по нагрузочной характеристики. Следовательно транзистор

VT₃ больше будет открываться, при этом увеличивается коллекторный тока I_к3 на величину dI_к3.

Так как ток коллектора I_к2 транзистора VT₂, равный сумме токов I_к3+I_б1 - величина постоянная, то при увеличении тока I_к3 приводит к уменьшению тока базы регулирующего транзистора VT₁. Уменьшения тока I_б1, приводит к перемещению рабочей точки, на нагрузочной характеристики, в низ на ней.. Это приводит к закрытию транзистора и к увеличению сопротивления перехода r_кэ, при этом увеличивается падение напряжения на транзисторном переходе регулирующего коллектор- эмиттер транзистора VT₁.

Вывод. Если схема правильно отрегулирована, то на какую величину возрастает напряжение на входе, на такую величину возрастает напряжение на коллектор-эмиттерном переходе регулирующего транзистора VT₁ и напряжение на выходе будет поддерживаться постоянной по величине.

Коэффициент стабилизации схемы определяется по формуле

К_ст(U)= К_{U VT3}·γ·(U_вых/U_вх), (2.55)

где К_{U VT3} - коэффициент усиления усилителя постоянного тока на транзисторе

VT₃;

γ=U_r/U_вых – число, показывающее, во сколько раз напряжение U_r меньше

U_вых.

Выходное сопротивление стабилизатора с учетом внутреннего сопротивления R_н источника напряжения на выходе

R_вых= (R_н +r_э)/γ· К _{U VT3}. (2.56)

Из предыдущих формул (2.55) видно, что коэффициент стабилизации схемы тем больше, а выходное сопротивление тем меньше, чем больше коэффициент усиления усилителя К _{U VT3}.

Величина усиления, транзистора VT₃ К _{U VT3} приближенно можно найти по формуле

К _{U VT3} ≈ β _VT3 · (R_вых2/R_вх3), (2.57)

где β _VT3 - коэффициент усиления по току транзистора VT₃;

R_вх3- входное сопротивление транзистора VT₃;

R_вых2- выходное сопротивление токостабилизирующего двухполюсника.

Следовательно, для того чтобы повысить коэффициент стабилизации нужно применять токостабилизирующие двухполюсники а также необходимо выбирать транзистор усилительного каскада с высоким коэффициентом усиления β _VT3.

Дата добавления: 2014-01-04