Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике § 9.2. Компенсационные стабилизаторыСтабилизаторы напряжения различают компенсационные стабилизаторы непрерывного и импульсного действия. Стабилизаторы напряжения непрерывного действия представляют собой систему автоматического регулирования, в которой фактическое значение выходного напряжения сравнивается с заданным значением эталонного (опорного) напряжения. Возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается и должен воздействовать на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось вернуться к заданному уровню. В качестве источника опорного напряжения обычно используют параметрический стабилизатор, работающий с малыми токами нагрузки, реже гальванические батареи. В зависимости от способа включения регулирующего элемента различают компенсационные стабилизаторы последовательного и параллельного типов. Структурная схема компенсационного стабилизатора последовательного типа представлена на рис. 9.3, а. В этой схеме регулирующий элемент РЭ включен последовательно с нагрузкой и играет роль управляемого балластного сопротивления. Разностный сигнал рассогласования При положительном сигнале рассогласования
Рис. 9.3. При отрицательном сигнале рассогласования Принципиальная схема компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа на транзисторах приведена на рис. 9.3, б. Роль регулирующего элемента в этой схеме играет транзистор Для повышения коэффициента стабилизации схемы резистор Коэффициент стабилизации схемы рис. 9.3, б при абсолютно стабильном напряжении
а выходное сопротивление
Если
Увеличеиие
Это условие вытекает из очевидного равенства Согласно равенству (9.11), увеличение тока базы Так как ток базы связан с током нагрузки соотношением Плавная регулировка выходного напряжения производится с помощью делителя напряжения В этом случае выходное напряжение стабилизатора
Ток через делитель
При включении делителя напряжения коэффициент стабилизации, определяемый формулой (9.10), уменьшается в В раз, так как во столько раз уменьшается приращение входного тока транзистора Записав приращения входного тока без делителя
и с делителем
Для повышения коэффициента стабилизации компенсационного стабилизатора в качестве регулирующего элемента используют составной транзистор. Использование составного транзистора увеличивает коэффициент стабилизации на величину коэффициента усиления по току дополнительного транзистора.
Рис. 9.4.
Рис. 9.5. Структурная схема компенсационного стабилизатора напряжения параллельного типа приведена на рис. 9 4. В этой схеме регулирующий элемент (РЭ) подключен параллельно нагрузке Схема рис. 9.4 работает следующим образом. Разностный сигнал рассогласования Коэффициент стабилизации компенсационных последовательных стабилизаторов достигает нескольких тысяч и зависит от коэффициента усиления усилителя У. Однако следует учитывать, что при увеличении коэффициента усиления до определенного значения схема стабилизатора самовозбуждается. Выходное сопротивление компенсационных стабилизаторов имеет значение порядка нескольких ом и даже долей ом. КПД у стабилизаторов параллельного типа ниже, чем у стабилизаторов последовательного типа, так как на балластном резисторе Недостатком стабилизаторов последовательного типа является их критичность к перегрузкам. При коротком замыкании на выходе к регулирующему элементу (транзистору В настоящее время все больше распространены схемы стабилизаторов напряжения, выполненные на основе операционных усилителей.
Рис. 9.6. На рис. 9.5 приведена схема компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа, где операционный усилитель используется в качестве усилительного элемента. Напряжение на выходе схемы определяется выражением
и остается постоянным при изменении нагрузки
Рис. 9.7. Изменяя сопротивление в цепи обратной связи В настоящее время выпускают широкий ассортимент интегральных стабилизаторов напряжения с защитой от токовых перегрузок и короткого замыкания на выходе. В качестве источника опорного напряжения используют параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из стабилитрона и полевого транзистора, выполняющего роль балластного сопротивления. Регулирующий элемент обычно представляет собой составной транзистор, состоящий из двух или нескольких отдельных транзисторов, число которых определяется требованиями, предъявляемыми к стабилизатору. Усилительным элементом схемы интегрального стабилизатора является операционный усилитель или в некоторых случаях просто дифференциальный каскад. На рис. 9.6 приведена дсновная схема включения гибридного интегрального, стабилизатора типа Навесной резистор Его сопротивление зависит от значения допустимого тока нагрузки
где Конденсаторы
Рис. 9.8. Стабилизаторы отрицательного напряжения этой же серии отличаются от стабилизаторов положительного напряжения другим типом электропроводности транзисторов. На рис. 9.7 приведена основная схема включения стабилизатора типа
Рис. 9.9. По сравнению с гибридными полупроводниковые стабилизаторы напряжения имеют высокую стабильность выходного напряжения за счет запаса коэффициента усиления, который легко реализовать в полупроводниковых интегральных микросхемах, так как в гибридных ИМС транзисторы являются дискретными элементами. Основная схема включения полупроводникового стабилизатора Конденсатор Емкость конденсатора Стабилизаторы тока. В компенсационных стабилизаторах тока последовательно с нагрузкой включается эталонный резистор На рис. 9.9 приведен один из вариантов схемы компенсационного стабилизатора тока. Сигнал рассогласования
Рис. 9.10. Импульсные стабилизаторы напряжения. Существенным недостатком, рассмотренных выше компенсационных стабилизаторов непрерывного действия является относительно низкий КПД, не превышающий
Изменяя параметры Изменение параметров Возможны три способа модуляции входного напряжения:
Рис. 9.11 1. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ), когда изменяется длительность управляющих импульсов 2. Частотно-импульсная модуляция (ЧИМ), в процессе которой изменяется частота следования управляющих импульсов, а их длительность неизменна. 3. Широтно-частотная, когда частота и длительность управляющих импульсов — переменные величины. Наибольшее распространение получили стабилизаторы с широтно-импульсной модуляцией. В качестве схемы управления СУ в таких стабилизаторах может использоваться генератор импульсов ГИ, вырабатывающий прямоугольные импульсы с постоянной частотой. Длительность импульсов определяется величиной сигнала рассогласования, поступающего с выхода схемы сравнения СС. Возможно построение стабилизатора с ШИМ на основе структурной схемы рис. 9.11, а, где функции сравнения сигналов и Управления ключом выполняет компаратор напряжения КН, на Компаратор срабатывает при равенстве напряжений на обоих входах и формирует управляющее напряжение на входе регулирующего элемента (ключа), закрывая или откпы Существует класс импульсных стабилизаторов релейного типа в которых схема сравнения представляет собой релейное устройство, которое срабатывает, если часть выходного напряжения становится равной значению порогового напряжения Поскольку напряжение после ключевого элемента представляет собой последовательность импульсов, необходимым элементом импульсного стабилизатора является сглаживающий фильтр с высоким коэффициентом сглаживания. Обычно в качестве сглаживающего фильтра в импульсных стабилизаторах используют Г-образные Процессы, характеризующие работу импульсного стабилизатора с Г-образным
Рис. 9.12. Предположим, что в момент времени
где В момент времени Ток
Затем в момент времени Режим работы стабилизатора при
Пульсацию выходного напряжения
где Т — период переключения ключевого транзистора, Подставляя выражение (9.18) в (9.19), после несложных преобразований получим
Из выражения (9.20) следует, что для обеспечения малой пульсации выходного напряжения необходимо увеличивать частоту Регулирования f. Однако при увеличении частоты возрастают потери мощности в регулирующем транзисторе, катушке индуктивности, что приводит в конечном счете к снижению КПД. Обычно частота регулирования импульсных стабилизаторов напряжения лежит в пределах
|
1 |
Оглавление
|