Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987) (1142057), страница 49
Текст из файла (страница 49)
при изменении входного напряжения на значение Л1У,„ток сгабилитрона изменяется на значение А(У,„/К„ Предположим, что нагрузка изменилась, например уменьшилось сопротивление резистора Я„, что привело к увеличению тока нагрузки. Так как при неизменном входном напряжении должно сохраняться постоянспю входного тока(1 = 1„+ 1в = сопзг, то увеличение тока 1„влечет за собой уменьшение на такое же значение тока стабилитрона. Основными параметрами стабилизаторов напряжения являются: коэффициент полезного действия, равный отношению мощности, выделяемой в нагрузке, к входной мощности, т. е. Рв ч — —"— в в . ~вх - ~вх1вх коэффициент стабилизации, определяемый как отношение относительного приращения напряжения на входе стабилизатора Ь(/и/1/„к относительному приращению напряжения на выходе Лх/„/(х', при постоянной нагрузке: К =: — "; (13.4) /вх Пв я„= вове выходное сопротивление, равное отношению приращения напряжения на.
выходе стабилизатора Лх/„к приращению тока нагрузки Ы„: МУ„ в в х,х- (13.5) При питании усилителей выходное сопротивление стабилизатора создает наразитные обратные связи через источник„ прнводюцие к изменению параметров усилителей и даже к самовозбуждению усилителей. Поэтому выхолное сопротивление стабилизатора желательно снижать. Выходное сопротивление параметрического стабилизатора (рис. 13Л, а) определяется дифференциальным сопротивлением стабилнтрона Вс на рабочем участке вольт-амперной характеристики: й =Ю = "= *" " (13.6) — Ы„(„..-1„м„ поскольку выходным напряжением стабилизатора является напряжение на стабилитроне ((1, = (1 ), а изменение тока в нагрузке равно изменению тока через стабилитрон (Ын = Ы ).
Записав ЬУ =Л( й, и учтя выражение (13.2), найдем в соответствии с формулой (13.4) коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора: Ыстйе . Ыстйн Пн Кст ('нт (тн (тнт ~с Из формулы (13. т) следует, что с ростом сопротивления Ве увеличивается коэффициент стабилизации. Однако при заданных параметрах (/,„, (1„, 1„„,н, 1„сопротивление йсе однозначно определяется из выражения ('вт Пн б (н + (ст.нсн (13.8) где 1„н = — " " — номинальный ток стабилитрона (рис.
13.1, б). Увеличить сопротивление В; можно лишь повысив напряжение (т',„, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению величины К Поэтому коэффициент стабилизации параметрических стабилизаторов напряжения не превышает 5(1 Для повышения величины К„можно применять каскадное включение стабнлитронов. Параметрические стабилизаторы напряжения просты и надежны, однако обладают существенными недостатками, главными нз которых являются невозможность регулировки выходного нацряження и малое значение коэффициента стабилизации, особенно при больших токах нагрузки (1„> 1„х ).
$ 13.2. КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ Высокое качество стабилизации напряжения можно получить прн использовании компенсационных стабилизаторов, представляющих собой автоматические регуляторы, в которых фактическое выходное напряжение сравнивается с эталонным (опорным) напрюкением. Возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается и воздействует на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось достичь эталонного уровня. В качестве источника опорного напрюкения обычно используют параметрический стабилизатор, работаюший с малыми токами нагрузки, реже— гальванические батареи. Рассмотрим структурную схему стабилизатора последовательного типа (рис. 13.2, а), в которой регулирующий элемент РЭ включен последовательно с нагрузкой и играет роль управляемого балластного сопротивления. Разностный сигнал рассогласования о'„— (), формируемый источником опорного напряжения ИОН и нагрузкой, поступает на вход усилителя постоянного тока У, усиливается и воздействует на регулирующий элемент РЭ, При положительном сигнале рассогласования (0, — 1г„) О) внутреннее сопротивление РЭ возрастает и падение напряжения П, на нем увеличивается.
Поскольку РЭ и нагрузка включены последовательно, при увеличении 11р, выходное напряжение уменьшается, стремясь к значению П . .При отрицательном сигнале рассогласования (о'„— (",„< О), наоборот„внутреннее сопротивление РЭ и падение напряжения на нем уменыцаются, что приводит к возрастанию выходного напряжения У„. Принципиальная схема транзисторного компенсационного стабилизатора последовательного типа приведена на рис. 132, б. Роль регулирующего элемента в этой схеме играет транзистор Т,.
С ростом величины ~11,„) выходное напряжение возрастает по абсолютному значению, создавая сигнал рассогласования (1а, на входе усилителя постоянного тока, выполненного на транзисторе Т,. Ток коллектора транзистора Тз возрастает, а потенциал его коллектора становится более положительным относительно «земли». Напряжение база — эмиттер Ряс тдг транзистора Т, уменьшается, что приводит к возрастанию внутреннего сопротивления этого транзистора и падению напряжения на нем. Выходное напряжение при этом уменьшается, стремясь к прежнему значению. Ступенчатую регулировку выходного напряжения можно осуществить, используя опорное напряжение, снимаемое с цепочки последовательно включенных стабилитронов.
Плавная регулировка обычно производится с помощью делителя напряжения Во йз, йл, включенного в выходную цепь стабилизатора таким образом, как показано на рис. 13.2, б. Если пренебречь падением напряжения на эмиттерном переходе транзистора Тл, то в этом случае выходное напряжение стабилизатора (х'„ж У + 1ы+ '" „(Я, + Вз). (13.9) ил+ )хз / Ток через делитель 1 „выбирают обычно на порядок выше, чем ток базы транзистора Т2.
Дальнейшее увеличение тока делителя за счет снижения сопротивлений йх, Тхз, Ял нецелесообразно, так как приводит к существенному уменьшению к. п. д. схемы. Тогда выражение (13.9) принимает вид г л (! л, л' ) Если в схеме рис. 13.2, б базу транзистора Т, подключить непосредственно к выходу стабилизатора, то выполняется равенство У = У„; коэффициент стабилизации и выходное сопротивление при этом определяются выражениями 1133 в "в1 (1 3.11) вх л + вх.62 (122+ Ю( + Р2) +хб2 вьзх 1 + р () ~ вхб2+ ° .1 1 х ввххлвл х вхл К (13.14) ~2 + В2 ~~вл где К, вз — — множитель, обусловленный Пх+ П2+ ПЛ (Хв влиянием делителя на коэффициент стабилизации К найденный при Увл = Пл. Очевидно, что коэффициент стабилизации и выходное сопротивление стабилизатора с делителем на выходе (рис.
13.2,6) можно записать следующим образом: (13.13) Таким образом, делитель напряжения в схеме стабилизатора (рис. 13.2,б) уменьшает коэффициент стабилизации схемы и повышает выходное сопротивление стабилизатора. В настоящее время получили распространение схемы стабилизаторов напряжения, выполненные на основе операционных усилителей (ОУ). Простейшая схема стабилизатора напряжения на ОУ, используемая при малых токах нагрузки, нзобра-кена на рис. 13.3. Напряжение на выходе схемы и„,,. =К„.и,„~=-.+1 и, (13.13) вь~ Ум ап остается постоянным при изменении сопротивления нагрузки А„. Для получения опорного напряжения (1,„использован параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из резистора Яз и стабилитрона Д.
Изменяя сопротивление в цепи обратной связи К„, можно регулировать выходное напряжение схемы. При больших токах нагрузки используют компенсационный стабилизатор напряжения последовательно~о типа на ОУ, схема которого приведена на рис. 13.4. В настоящее время выпускают также интегральные стабилизаторы напряжения компенсашюнного типа. В качестве источника опорно~о напряжения в схемах интегральных стабилизаторов кроме стабилитронов используется транзистор, включенный по схеме каскада ОБ и работающий как генератор стабильного тока. 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. Рис. И.З Рис ккт На рис. 13.5 приведена основнаи схема включения гибридного интегрального стабилизатора типа 275ЕН6А, позволяющая стабилизировать на выходе положительное напряжение 6 В, Навесной резистор л, включается в цепь защиты стабилизатора от короткого замыкания нагрузки. Его сопротивление зависит от значения допустимого тока нагрузки 1 „и определяется по формуле В„, = ие,Р., где Бе,= 0,5 —:0,7 В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
