Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008 (1055377), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Стабилизаторы такого типа, называек4ые компенсационными, содержат регулирующий элемент (биполярный или цо1тевой транзистор), включаемый последовательно или параллельно нагрузке 'регулирующий элемент может работать в активном (непрерывном) режиме, в '.дзбм случае стабилизатор называется линейным или с непрерывным регули роваийемй а также в клгочевом режиме.
В этом случае стабилизатор называется кпючевым или импульсным. Линейные стабилизаторы делятся на параметрические и компенсационные . Параметрические стабилизаторы являются простейшими устройствами, в кото„' -рвтх Малые изменения выходного напряжения достигаются за счет применения - вяектронных приборов, характеризующихся ярко выраженной нелинейностыо ййльт-амперцой характеристики.
Схема и принцип действия такого стабилиза тора рассматривались в главе 4 Параметрические стабилизаторы применяются в основном дгл построе Ийя источников опорного напряжения ГИОН). Так как стабильность ИОН определяет качество компенсационных стабилизаторов, то к стабилитро нам применяются особые требования по стабильности характеристик. Чтобы повьюить 1.:.::- ' . коэффициент стабилизации, применяют температурно-компенсированные двух, 'йтрехвьшодные стабилигронные интегральные микросхемы. Такие ИМС имеют .
': . и своем составе транзисторы, операционные усилители и обладают весьма бтабильными характеристиками. На рис.17.2, а показана схема источника опорного напряжения Т1.43! С (отечественный аналог — 142 ЕН19). Эго недорогой , .;"' „иеточиик опорного напряжения на "программируемом стабилитроне", его схема йклюЧения показана на рис.17.2, б «Стабилитрон» включается, когда управляющее напряжение достигает 2,75 В(кстабнлитронв собран из биполярных транзисторов). Этот прибор по управд~йМйему входу потребляет то всего лишь в несколько микроампер и имеет 227 малый температурный коэффициент выходного напряжения. Прн указанных в схеме параметрах на выходе получается стабилизированное напряжение 10 В, зз,2 ком 10 Т1.431С 27,4 кОм 1к Рис.17.2, ИМС ИОН (а) и схема ее включения (б) Комленса>1ионные стабилизаторы (рис,17,3) представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования.
Характерными элементами компенсационного стабилизатора является ИОН, элемент сравнения и усиления (ЭСУ) и регулирующий элемент (РЭ). вых Рис.17.3. Структурная схема компенсационного стабилизатора Напряжение на выходе стабилизатора или некоторая часть этого напряжения сравнивается с эталонным напряжением. В зависимости от их соотношения ЭСУ вырабатывает сигнал для РЭ, изменяющий режим его работы таким образом, чтобы напряжение на выходе стабилизатора оставалось практически постоянным. Чаще всего РЭ включают последовательно с нагрузкой. В этом случае стабилизатор называют последовательным.
В случае включения РЭ параллельно нагрузке стабилизатор называют параллельным. Простейшим последовательным стабилизатором (рис.17.4) напряжения является амиттерный повторитель, база транзистора которого подключена к источ- 228 " -'; й~звсопорного напряжения. В схеме опорное напряжение получается с и ~ - „П!ЧяиатрнЧЕСКОГО СтабИЛИЗатОра На СтабнпнтрОНЕ РТ7 И рЕЗИСтОрЕ Р гг ш„„ омощью РасЛ 7.4.
Простейший компенсационный стабилизатор напряжения Засчет отрицательной обратной связи по напряжению выходное напряжение руабилизатора устанавливается равным величине (7вых = СЪлогл - (эээ Схема работает следующим образом. Возьмем для примера, что входное з!агз!ряжение увеличилось. В первый момент выходное напряжение также будет ."..ууепичиваться, управляющее напряжение транзистора (укэ = Сгслогл — СЪгг уценьщается, транзистор подзапирается, сопротивление коллектор-эмиттер его увеличивается, а выходное напряжение уменьшается, компенсируя изменение -"~-,й1ходного сигнала. В данной схеме транзистор совмещает в себе функции ЭСУ ;;- ирЭ. для улучшения параметров схемы дополнительно включают усилитель ! э СиФала рассогласования (рис.! 7.5). Недостатком таких схем является критичность к короткому замыканию (КЗ) ', ' навыкоде.
В случае короткого замыкания рассеиваемая на транзисторе иощность йравь!сит допустимую и транзистор выйдет из строя. Для защиты схемы от КЗ -.=йоподьзуется принцип, который поясняется схемой, приведенной на рис.17.6 гг Рис.\ 7.5. Стабилизатор напряжения с усилителем на ОУ 229 поло Рис.
17.6. Стабилизатор с зашитои от короткого замыкания Для защиты от КЗ в схему дополнительно введены резистор йз и транзистор 'гТл Если произойдет недопустимое увеличение тока, то падение напряжения на Я~ превысит величину, равную приблизительно 0,6 В, транзистор Ру) откроется и предотвратит дальнейшее увеличение базового тока транзистора РТл В настоящее время стабилизаторы напряжения выпускаются в виде интегральныхх микросхем. Наиболее известная серия отечественных ИМС компенсационных лип ейиъи стабилизаторов- серия К1 42ЕН. В эту серию входят стабилизаторы с фиксированным выходиым напряжением, с регулируемым выходным напряжением и двухполярным и входным и выходным напряжением. ИМС стабилизаторов имеют всего трн внешних вывода (вход, выход и общий) и настраивается изготовителем на нужное фиксированное напряжение. На рис.
! 7.7 показано, как легко сделать стабилизатор, например на 5 В с применением одной из зтих схем. Конденсатор, поставленнъгй параллельно выходу, улучшает переходные процессы и удерживает полное выходное сопротивление на низком уровне при высоких частотах, ИМС стабилизаторов выпускаются в пластмассовых и металлических корпусах, как и транзисторы. На рис.17,8 приведена схема блока питания с ИМС стабилизатора напряжения. Нестаби 1мкФ рованнь вход Рис.17.7. Стабилизатор на ИМС К142ЕН5 230 Рис.17.8. Блок питания на ИМС стабилизатора напряжения 8 тех случаях, когда через нагрузку необходимо пропускать ток, превы- 'шающий предельно допустимые значения интегральных стабилизаторов, микро ",..ййему дополняют внешними регулирующими транзисторами (рис.17.9) ИМС стабилизаторов, как правило, снабжены внутренней зашитой от по—; .
зй)едгдений в случае перегрева или чрезмерного тока нагрузки (ИМС не сгорает, :," н:."вьгкшочается). Кроме того, предусмотрена защита прибора при выходе его Йз:области безопасной работы за счет уменьшения предельно возможного выюднецб тока при увеличении разности входного и выходного напряжений Рисй7.9. ИМС стабилизатора с внешним транзистором ИМС стабилизаторов дешевы, удобны в использовании, имеют широкую номенклатуру. Такое разнообразие схем дает возможность разработчикам не ,, ВИЗОбретать» самостоятельно схемы стабилизаторов, а выбирать готовые по 'катвлртам фирм-производителей Основной недостаток линейных СН вЂ” малый коэффициент полезного дей .',"9ФФЯ, КПД схемы зависит от соотношения входного Увх и выходного Уьых , „:«~Й большинства линейных стабилизаторов значение КПД невелико и не ,:-~)зФВЬпнает 50%, однако известны схемные решения, увеличивающие КПД до : ""~бр.зк Особенно невыгодно применение линейных СН в случае большой разницы !; —:;:-:в%Много и выходного напряжения, отметим также, что все линейные СН -"$,',рйги)тся понижающими, то есть ульм для них всегда ниже Ии 23! 17.3.
Импульсные стабилизаторы напряжении Импульсные ИСН обладают по сравнению с линейными рядом преимуществ. КПЛ их несравненно выше, так как благодаря использованию ключевого резкима работы регулируюшего транзистора средняя рассеиваемая на нем мошносгь оказывается значительно ниже, чем в линейном стабилизаторе. Малые тепловые потери позволяют во многих случаях отказаться от применения теплоотводов или сушественно уменьшить их габариты. Кроме того, наряду с обычным режимом понижения входного напряжения, импульсные ИСН могут работать в режиме его повышения и инвертирования. Рассмотрим принпип действия понижающего, повьппаюшего и инвертируюшего стабилизаторов напряжения, упрошепные структурные схемы силовой части которых изображены соответственно на рис.
17.10 а, б, в. Регулируюший транзистор гТ переключается с определенной частотой устройством управления (УУ) из состояния насыщения в состояние отсечки. В узле накопления энергии, содержащим катушку индуктивности 1 и конденсатор С, импульсы преобразуются в постоянное напряжение, величина которого зависит У~ в1 Рис 17.10.
Структурная схема понижающего 1а), повышающего (б) и инвертируюшего (в) импульсных стабилизаторов напряжения 232 . скважности и частоты управляющих импульсов, которые, в свою очередь, >адрэсдддяк>тся разностью между опорным и фактическим выходным напряже- ; м„управляющие импульсы переменной скважности формируются в УУ : ' сне>1налдной схемой широтно-импульсной модуляции П БИМ) Для понижакицего стабилизатора, когда РТ находится в состоянии насы ,: . щ>гвцня, диод Л> закрыт, через катушку Л течет линейно возрастающий ток, и в это'время происходит накопление энергии и заряд конденсатора С. Когда гТ ', йчерехпднт в состояние отсечки, ток через катушку начинает уменьшаться, поляр пГ~..:.
, -'.,-1н>э>ь наг>ряжения на ней изменяется за счет самоинду кции, открывается диод, я>касту>дна становится источником питания нагрузки. Затем процесс повторяется з>айста стабилизатора поясняется временными диаграммами, изобра>кенными двгрнс.!7.11. Постоянная составляющая напряжения на выходе зависит от ' аоотношения времени запертого и открытого состояний транзистора гТ, т.е. от сувв>кности импульсов на выходе УУ. еб> 1Увм> > '- '-''г.РнС.17.11. Временные диаграммы работы понижающего импульсного стабилизатора напряжения Стабилизация выходноп> напряжения осуществляется следующим образом -:"-';Эбдьмем для примера, что входное напряжение увеличилось.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
