Компенсационные стабилизаторы

Компенсационные стабилизаторы

Компенсационные стабилизаторы бывают по переменному и  постоянному токам.

В зависимости от вида контролируемого параметра:

– стабилизатор напряжения;

– стабилизатор тока.

Компенсационные стабилизаторы представляют собой систему автоматического регулирования, содержащую  цепь отрицательной  обратной связи.

Система автоматического регулирования контролирует отклонение сигнала на нагрузке от опорного напряжения и вырабатывает дополнительный сигнал, который компенсирует это отклонение.

Структурная схема последовательного компенсационного стабилизатора изображена на рисунке 7.11.

Напряжение  на выходе управляющего элемента равно

Рекомендуемые материалы

,                                      (7.15)

где  – коэффициент передачи управляющего элемента;

       – выходное напряжение источника опорного напряжения;

        – напряжение на нагрузке.

Ток  через регулируемый элемент описывается следующим выражением

,                                     (7.16)

где  – крутизна управления регулируемого элемента;

         – ток нагрузки.

Отсюда

.                                  (7.17)

Из последней формулы получаем

.                                               (7.18)

При глубокой отрицательной связи    ,      т. е.  напряжение на нагрузке не зависит ни от сопротивления нагрузки, ни от уровня входного напряжения.

Структурная схема параллельного компенсационного стабилизатора изображена на рисунке 7.12.

Стабилизация выходного параметра осуществляется за счет перераспределения  между нагрузкой и регулируемым элементом:

              .                                                           (7.19)

Ток через регулируемый элемент определяется так же, как в последовательном стабилизаторе (7.16)

Входное и выходное напряжения параллельного стабилизатора связаны соотношением

                          .                         (7.19)

 Из формул (7.16) и (7.19) следует

 .                      (7.20)                                

После несложных преобразований получаем

.                                                       (7.21)

При условии  последнюю формулу можно упростить

.                                              (7.21)

Таким образом, напряжение на нагрузке практически не зависит ни от значения входного напряжения, ни от сопротивления нагрузки.

На практике чаще всего используют последовательные компенсационные стабилизаторы. Параллельные компенсационные стабилизаторы используются для стабилизации высоковольтных напряжений при малых токах нагрузки.

Принципиальная схема простейшего последовательного компенсационного стабилизатора напряжения изображена на рисунке 7.13.

Роль источника опорного напряжения здесь исполняет параметрический стабилизатор на резисторе  и стабилитроне . Транзистор  является одновременно управляющим и регулирующим элементом.

Выходное напряжение стабилизатора определяется по формуле

,                                                          (7.22)

где  – напряжение на стабилитроне ,

        ­– напряжение база  –  эмиттер транзистора .

Для приращения можно записать:

Для уменьшения относительной нестабильности необходимо увеличить глубину обратной связи F и уменьшить нагрузку на опорный источник напряжения за счет увеличения коэффициента усиления по току  транзистора VT.

Одним из способов увеличения  является использование в качестве регулирующего элемента составных транзисторов, схемы которых приведены на рисунке 7.14.

Параметры эквивалентного транзистора при схеме Дарлингтона

Параметры эквивалентного транзистора при схеме Шиклаи

Для уменьшения пульсаций  используют питание опорного источника от выходной цепи стабилизатора, а не от входной цепи.

Принципиальная схема такого стабилизатора:

В схеме транзистор VT1 – регулирующий элемент, резистор R3 и VD2 образуют источник опорного напряжения. Управляющий элемент – дифференциальный каскад на транзисторах VT2 и VT3.

Предположим, что по каким-то причинам  уменьшилось выходное напряжение  стабилизатора (например, вследствие уменьшения сопротивления ). Тогда снизится потенциал базы  и уменьшится ток коллектора транзистора . Ток коллектора транзистора  возрастет на эту же величину, увеличится ток в регулируемом транзисторе  и выходное напряжение  стабилизатора возвратится к исходному значению (разумеется, с некоторой погрешностью).

В стационарном режиме напряжения на базах транзисторов и приблизительно равны

,                                             (7.35)

где  – напряжение на стабилитроне .

Отсюда

                                 .                                                  (7.36)

Элементы  R1, R2 и VD1 образуют запускающую цепь. В момент включения стабилизатора на базу транзистора VT2 через диод VD1 подается потенциал  с делителя, образованного резисторами  R1, R2. Этот потенциал включает транзисторы VT2 , VT1 и на выходе стабилизатора появляется напряжение. Цепь обратной связи устанавливает рабочий  режим во всех элементах схемы.

В рабочем режиме  , диод VD1 заперт и схема запуска на работу стабилизатора не влияет

.

В этой схеме стабильность   практически определяется стабильностью источника опорного напряжения .

 Недостаток схемы – она не защищена от короткого замыкания по выходу.

Типовая схема компенсационного стабилизатора напряжения с защитой от короткого замыкания, реализуемого в интегральном исполнении, представлена на рисунке 17.16.

 

Регулирующий элемент выполнен на транзисторах VT3 и VT4, включенных по схеме Дарлингтона.  Опорный источник напряжения образован полевым транзистором VT2  и стабилитроном VD1.

Использование в качестве балластного сопротивления  полевого транзистора VT2  повышает стабильность тока, протекающего через стабилитрон VD1, и, тем самым, стабильность напряжения опорного источника . Блок сравнения и усиления выполнен в виде  дифференциального каскада на транзисторах  VT5 и VT7. Полевой транзистор VT1 повышает сопротивление нагрузки в цепи коллектора  VT5, что увеличивает коэффициент передачи в цепи обратной связи и стабильность выходного напряжения стабилизатора. Выходное напряжение поступает на вход блока сравнения и усиления через делитель напряжения на резисторах  R3 и R4. Выходное напряжение зависит от соотношения сопротивлений указанных резисторов  

                                         .                                                   (18.18)

Схема защиты от короткого замыкания по выходу содержит резистор R2 и транзистор VT6. Когда ток нагрузки, равный току в  резисторе R2, станет равным значению, при котором напряжение на резисторе   достигнет порога открывания транзистора VT6 (для кремниевого транзистора это приблизительно ), последний откроется и часть тока коллектора транзистора VT5 потечет в этот транзистор, уменьшая ток регулируемого элемента. Таким образом,  ток нагрузки ограничивается значением

                                       .                                                (18.19)

"53 Ультразвуковая диагностика неопухолевых заболеваний кишечника" - тут тоже много полезного для Вас.

             

Получение двух полярных напряжений от одного источника.

Соотношение между Е₁ и Е₂ определяется R₁, R₂

При R₁= R₂:  Е₁ = Е₂

Максимальный ток от этой схемы определяется токами VT1, VT2.