Лекция 3 - Конспекты (1095370), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Ввиду относительно малой установленной мощностистабилитронов параметрические стабилизаторы наиболее часто используют висточниках опорного напряжения (ИОН) и микромощных ИЭП (для нагрузокот нескольких единиц до десятков миллиампер).а)б)Рисунок 3.9 – Структура компенсационного стабилизатора напряжения (а) и егоВАХ (б)РЭ – регулирующий элемент; ИЭ – измерительный элемент; УЭ – усилительный элементUвх – напряжение на входе стабилизатора; Uвых – напряжение на выходе стабилизатора19Электропитание РЭАГлава 3Компенсационный стабилизатор напряжения (тока) – это стабилизатор, вкотором стабилизация напряжения (тока) осуществляется за счёт воздействияизменения выходного напряжения (тока) на его регулирующий элемент черезцепь ОС.

Эффект стабилизации достигается за счёт изменения параметроврегулирующего элемента (РЭ), как правило, транзистора, при воздействии нанего сигнала ОС. В компенсационных стабилизаторах напряжения сигнал ОСявляется функцией выходного напряжения, а в стабилизаторах тока – функциейвыходного тока.На рисунке 3.10 приведена структура компенсационного стабилизаторанапряжения (тока), состоящего из трёх элементов: регулирующего РЭ,измерительного ИЭ и усилительного УЭ.Рисунок 3.10 – Структура компенсационного стабилизатора напряженияРЭ – регулирующий элемент; ИЭ – измерительный элемент; УЭ – усилительный элементUвх – напряжение на входе стабилизатора; Uвых – напряжение на выходе стабилизатораРЭ представляет собой регулируемое активное (для стабилизаторовпостоянноготока)илиреактивноенелинейное(длястабилизаторовпеременного тока) сопротивление.

ИЭ фиксирует отклонение напряжения навыходе стабилизатора от некоторого эталонного ИОН. УЭ усиливает изменениевыходного напряжения и воздействует на РЭ, изменяя его сопротивление иподдерживая тем самым постоянство выходного напряжения с той или инойстепенью точности.В комбинированном стабилизаторе напряжения (тока) стабилизацияосуществляется и за счёт нелинейных свойств компонентов, входящих в его20Электропитание РЭАГлава 3состав, и за счёт воздействия изменения выходного напряжения (тока) на егоРЭ через цепь ОС.В зависимости от способа включения РЭ относительно сопротивлениянагрузки стабилизаторы напряжения (тока) делят на последовательные ипараллельные (рисунок 3.11).а)б)Рисунок 3.11 – Структуры последовательного (а) и параллельного (б)стабилизаторов напряженияРЭ – регулирующий элемент; R – ограничивающий резистор; Uвх – напряжение на входестабилизатора; Uвых – напряжение на выходе стабилизатораПри параллельной стабилизации РЭ подключают параллельно нагрузке.Параллельная стабилизация основана на принципе разделения тока, всоответствии с которым сумма тока нагрузки IН и тока РЭ IРЭ поддерживаетсяпостоянной.В схеме параллельного стабилизатора через гасящий резистор R,включенный последовательно с нагрузкой, протекает постоянный токI R  I РЭ  I Н ,(3.12)а падение напряжения на том же резистореU R  U вх  U РЭ .(3.13)На холостом ходу, когда I Н  0 , весь полный ток IR будет протекать черезРЭ, то есть I R  I РЭ .

Таким образом, независимо от того, подключена ли илиотключена нагрузка, ИЭП постоянно потребляет максимальный ток, а21Электропитание РЭАГлава 3следовательно, стабилизатор имеет малый КПД, что является его недостатком.К достоинствам такого стабилизатора следует отнести высокую надёжностьпри перегрузках и коротких замыканиях на выходе, то есть защита такомустабилизатору не нужна.Лучшимипараметрамихарактеризуютсяпоследовательныестабилизаторы – схемы с последовательным включением РЭ. Однако онитребуют дополнительной защиты при перегрузках и коротких замыканиях, таккак РЭ постоянно находится в цепи нагрузки.В зависимости от типа РЭ компенсационные стабилизаторы делят наламповые, транзисторные, тиристорные, дроссельные. В некоторых случаяхстабилизаторы включают в себя несколько РЭ разного типа, напримертранзистор или дроссель, транзистор и тиристор и т.

д. В современных ИЭПширокоприменяютпреимущественнотранзисторныеитиристорныестабилизаторы напряжения (тока).Поточностиподдержаниявыходногонапряжениянанагрузкестабилизаторы подразделяют на прецизионные (изменение напряжения не более0, 005%), точные (от 0,01 до 0, 005%), средней точности (от 0,1 до 0,01%) инизкой точности (от 1 до 0,1%)По режиму работы РЭ компенсационные стабилизаторы делят настабилизаторы непрерывного (РЭ работает в непрерывном режиме, егосопротивление плавно меняется под воздействием влияющих величин)действия и импульсного (РЭ работает в импульсном режиме, под воздействиемвлияющих величин изменяется длительность и периодичность его включения).В этой связи часто выделяют линейные и импульсные стабилизаторы (равно каклинейные и импульсные ИЭП – в зависимости от того, стабилизатор с какимрежимом работы РЭ в них применён).

Иногда к линейным стабилизаторамотносят и параметрические. Однако в дальнейшем будем считать, что такоеделениехарактерноисключительностабилизаторами.22дляИЭПскомпенсационнымиЭлектропитание РЭАГлава 3Принцип действия стабилизирующего ИЭП можно пояснить, представляяего в виде делителя напряжения. Простейший делитель (рисунок 3.12)содержит два элемента:- регулирующий (или "активный"), сопротивление которого Rрег можетизменяться под воздействием управляющего сигнала z(t);- нагрузочное сопротивление RН – оно же эквивалентное сопротивлениепотребителя электроэнергии.Рисунок 3.12 – Эквивалентная упрощённая схема ИЭП как регуляторанапряженияEпит – источник входного напряжения; z(t) – управляющий сигнал; Rрег – сопротивлениерегулирующего элемента; RН – сопротивление нагрузкиДелительпитаетсяотисточникапостоянногонапряженияEпит,напряжение на нагрузке uн и ток iн определяются выражениями:uН RНEпитEпит , iН RН  R регRН  Rрег(3.14)В регуляторах напряжения (или тока) обычно напряжение Eпит исопротивление RН остаются постоянными, а величина напряжения uН (или токаiН) меняются плавно или дискретно в определённом диапазоне за счётизменения величины сопротивления Rрег под влиянием управляющего сигналаz(t) относительно малой мощности.ВстабилизаторепостоянногонапряжениясопротивлениеRНинапряжение на входе Eпит могут принимать различные значения в интервалах23Электропитание РЭАГлава 3(Rмин; Rмакс) и (Eпит - ΔE; Eпит + ΔE) соответственно, а величина напряжения uНдолжна оставаться постоянной.

Обеспечивается такой режим опять-таки за счётизменения величины сопротивления Rрег регулирующего элемента, причем z(t)является теперь сигналом рассогласования (различия) между uН и опорнымнапряжением Uоп, задающим уровень выходного напряжения стабилизатора.Иначе говоря, в стабилизаторе обязательно должна действовать отрицательнаяОС по напряжению, обеспечивающая минимальное различие uН и Uоп.Стабилизатор постоянного тока iН через нагрузку функционируетсходным образом.

Разница состоит в том, что здесь должна действоватьотрицательная ОС по току, и потому z(t) формируется как разность междунапряжением Ui, снимаемым с датчика выходного тока, и Uоп, задающим теперьуровень этого тока.В стабилизаторах рассмотренного типа ОС являются внешними, так какобеспечиваютсяониспециальнымицепямиуправления.Влияниенастабилизируемую величину любого изменения внешнего фактора (напряженияEпит и сопротивления RН) компенсируется за счёт соответствующего измененияRрег. Поэтому такие стабилизаторы называются компенсационными.Если ток через регулирующий элемент не прерывается, то этостабилизатор непрерывного действия, а если прерывается – импульсного (или"ключевой" стабилизатор).Наиболееважнымиэлектрическимипараметрамистабилизаторовнапряжения (тока) являются.1. Коэффициент стабилизации по напряжению: Кст U гдеU вх  U вх.

макс  Uвх. мин ;U вх U вых,:U вх.ном U вых.номU вых  U вых. макс  Uвых. мин ;(3.15)Uвх.миниUвх.макс–минимальное и максимальное значение входного напряжения соответственно;Uвых.мин и Uвых.макс – минимальное и максимальное значение выходного24Электропитание РЭАГлава 3напряжения соответственно; Uвх.ном и Uвых.ном – входное и выходноеноминальное напряжения стабилизатора соответственно.В общем случае коэффициентом стабилизации напряжения называютчастное от деления относительного изменения напряжения на входе наотносительное изменение напряжения на выходе стабилизатора.

Чем большекоэффициент стабилизации, тем меньше изменяется выходное напряжение приизменении входного. У простейших стабилизаторов величина Kст составляетединицы, а у более сложных – сотни и тысячи.В некоторых случаях качество стабилизации напряжения оценивают постатической ошибке δ от изменения в определённых пределах величинывходного напряжения. Она представляет собой отношение приращениявыходного напряжения к его номинальному значению:  U вых.U вых.номСтатическая ошибка, как и коэффициент стабилизации, определяется принеизменном токе нагрузки стабилизатора ( RН  const ).Коэффициент стабилизации по току определяют как: Кст I U вх I вых,:U вх.ном I вых.ном(3.16)где I вых  I вых. макс  I вых.

мин ; Iвых.мин и Iвых.макс – минимальное и максимальноезначение тока через нагрузку соответственно; Iвых.ном – номинальное значениетока через нагрузку.Различаютинтегральныйидифференциальныйкоэффициентыстабилизации. Интегральный Кст определяет стабилизацию в заданномдиапазоне изменения дестабилизирующего фактора (входного напряжения),дифференциальный Кст − в бесконечно малом диапазоне изменения этойвеличины. Практическое значение имеет интегральный Кст.2. Коэффициент нестабильности по напряжению определяется какотношение производной выходного напряжения по входному напряжению квыходному напряжению:25Электропитание РЭАГлава 3 К Н U U вых1,U вх U вых.ном(3.17)Коэффициент нестабильности по току определяется как относительноеизменение выходного напряжения при изменении выходного тока в заданныхпределах: К Н I U вых,U вых.ном I вых(3.18)3.

Выходное (внутреннее) сопротивление:Rвых ВыходнымсопротивлениемU вых,I выхстабилизатора(3.19)называетсяотношениеизменения напряжения на выходе стабилизатора к вызвавшему его изменениютока нагрузки при постоянном входном напряжении. Чем меньше выходноесопротивление, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменениитока нагрузки. У простейших стабилизаторов величина Rвых составляет единицыОм, а у более совершенных – сотые и тысячные доли Ома.4. Коэффициент подавления (сглаживания) пульсации – отношениенапряжения пульсации на входе стабилизатора к напряжению пульсации на еговыходе:KСГ U ~ m.вх U ~ m.вых,:U 0вх U 0вых(3.20)где U~m.вх и U~m.вых – соответственно амплитуды пульсаций напряжений на входеи выходе стабилизатора; U0вх и U0вых – постоянные составляющие напряженияна входе и выходе стабилизатора соответственно.Для некоторых стабилизаторов коэффициент подавления пульсацийпримерно равен коэффициенту стабилизации напряжения.5.КПДопределяетсякакотношениемощности,отдаваемойстабилизатором в нагрузку, к мощности, потребляемой самим стабилизатором:26Электропитание РЭАГлава 3Pвых U вых I вых,PвхU вх I вх(3.21)В зависимости от принципа построения, схемотехнических решений иэлементной базы КПД стабилизатора может составлять от единиц до 98% длялучших современных образцов.6.

Номинальное выходное напряжение Uвых.ном.7. Диапазон изменения входного напряжения (Uвх.мин...Uвх.макс).8. Диапазон изменения тока нагрузки (Iвых.мин...Iвых.макс).9. Температурный коэффициент напряжения характеризует степеньстабильности выходного напряжения при изменении температуры окружающейсреды и неизменных напряжении на входе и токе нагрузки:U вых,t(3.22)где t – изменение температуры окружающей среды (°С).10. Быстродействие характеризует способность стабилизатора быстроотрабатывать скачкообразные изменения входного напряжения или токанагрузки.Обычнобыстродействие определяютвременемустановлениявыходного напряжения при заданном скачкообразном изменении напряженияна входе или тока нагрузки.В зависимости от назначения ИЭП и вида нагрузки к стабилизаторампредъявляют следующие требования:- высокий КПД;- высокий коэффициент стабилизации Кст;- возможность плавной или ступенчатой регулировки выходногонапряжения (тока);- минимальные габариты и вес;- минимальные пульсации выходного напряжения.27Электропитание РЭАГлава 33.5.2 Параметрические стабилизаторы напряжения (тока)В параметрических стабилизаторах напряжения (тока), как правило,используют участок ВАХ того или иного элемента, имеющий большуюкрутизну.Широкое распространение получили параметрические стабилизаторы настабилитронахистабисторах,которыеосуществляютстабилизациюнапряжения постоянного тока за счёт нелинейности ВАХ стабилитрона илистабистора, т.

Характеристики

Список файлов лекций