Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 40
Текст из файла (страница 40)
В выпрямителе без фильтра напряжение Г„и нагрузочный ток ! и связаны между собой соотношением (5.12) Гн нх 1 пр тр) н где Ун, — напряжение на нагрузочном устройстве при 1н =О. На рис.5.13 изображена зависимость Гн = 1(1н ) выпрямителя без фильтра (кривая !). Кривая ! нслинсйна, что объясняется нелинейным характером ВАХ диода. т.е.
зависимостью Рпр от тока. Дчя однополупериодного выпрямителя Ь'„ х = 0,45 Г . для двухпол~ периодного — Гн х = (1,9 Г, Кривая 2 на рис.5.13 соответствует выпрямителю с емкостным фильтром. При 1 = 0 кривая берет свое начало из точки на оси ординат, соот н ветствующей напряжению Г „. = 1 2Г~. так как в отсутствие тока 1„конденсатор С ф заряжается до амплитудного значения напряжения вторичной обмотки и2, С ростом тока 1н кривая 2 спадает быстрее, чем кривая 1, что объясняется не только увеличением падения напряжения на вторичной обмотке трансформатора и прямом сопротивлении диода. но и уменьшением постоянной времени разряда тратр=ЛнСФ, обусловливающим дополнительное снижение среднего значения выпрямленного напряжения Г„ Можно легко показать.
что при дальнейшем уменьшении йн кривая 3 будет асимптотически стремиться к кривой 1 и при Ян =0 они придут в однт точку на оси абсцисс. Внешняя характеристика Г-образного М'-фильтра 1кривая 3) на рис.5.13 имеет еще более крутой наклон. чем кривая 2. Это вызвано дополнительным падением напряжения на последовательно включенном резисторе Л,1,.
Задача 5.6 Чему равно напряжение Гн на нагрузочном резисторе с сопрозивлением Л„=120 Ом мостового выпрямителя. если Г, =70 В, прямое сопротивление каждого диода равно 10 Ом. а резистивное сопротивление обмоток трансформатора А = 5 Ом? тр Ошнеиг 52.14 В.
218 Рис 5 13 Внешние характеристики 1 выпрямителей Н 5,5. СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА Стабилизатором напряжения (тока) называют устройство. автомаически обеспечивающее поддержание напряжения (тока) нагрузочного устройства с заданной степенью точности. Напряжение нагрузочного устройсгва может сильно изменяться не только при изменениях нагрузочного тока 1„(см,рис,5.13), но и за счет воздействия ряда дестабилизирующих факторов Одним из них является изменение напряжения промышленных сетей переменного тока, Эго напряжение может отличаться от номинального значения в пределах от +5 до — 15%. Другими дестабилизирующими факторами являются изменение температуры окружающей среды, колебание частоты тока и т.д. Применение стабилизаторов диктуется тем, что современная электронная аппаратура может нормально функционировать при нестабильности питающего напряжения менее 0„1 — 3%„ а для отдельных функциональных узлов электронных устройств нестабильность должна быть еще меньше.
Так, для УПТ и некоторых измерительных электронных приборов нестабильность питающего напряжения не должна превышать 10 4%. Стабилизаторы классифицируют по ряду признаков: 1) по роду стабилизируемой величины — стабилизаторы напряжения и тока; 2) по способу стабилизации — параметрические и компенсационные стабилизаторы. При параметрическом способе стабилизации используют некоторые приборы с нелинейной ВАХ, имеющей пологий участок, где напряжение (ток) мало гависит от дестабилизирующих факторов.
К таким приборам 0тносятся стабилитроны, лампы накаливания и др. В настоящее время щирокое применение получили компенсационные стабилизаторы напря'кения, которые подразделяют на стабилизаторы непрерывного и импульсного регулирования. При компенсационном способе стабилизации постоянство напряжения (тока) обеспечивается за счет автоматического регулирования выходного напряжения (тока) источника питания. Это достигается за счет введения отрицательной обратной связи между выходом и регулирующим элементом, который изменяет свое сопротивление так, что компенсирует возникшее отклонение выходной величины.
Основным параметром, характеризующим качество работы всех ста- ~"лизаторов, является коэффициент стабилизации. Как отмечалось, опРеделяющими дестабилизирующими факторами, из-за которых изменяк~тся выходные величины стабилизатора, являются входное напряжение стабилизатора (,'„и нагрузочный ток 1„. Для стабилизатора напряжения коэффициент стабилизации по напряжению 219 ЛГвх /Ьвх вт (/в Л (.гн г гг н (5 1З) где Лг '„, и ЛГн — приращения входного и нагрузочного напряжений Г и à — номинальные значения входного и нагрузочного напряжений вх н Для стабилизатора тока коэффициент стабилизации тока Л(.г,„ /и„ К1 (1, (5.14) где М„и 1„— соответственно приращение и номинальное значение нагрузочного тока.
Помимо коэффициента стабилизации стабилизаторы характеризуются такими параметрами, как внупгренггее сопротивление Л,в, и коэффгщиенггг полезного действия г) . Значение внутреннего сопротивления стабилизатораа Л,в, позволяет определить падение напряжения на стабилизаторе, а следовательно, и напряжение на нагрузочноь устройстве (,'н при изменениях нагрузочного тока. Коэффициент полезного действия стабилизатора характеризует мощность потерь в нем и является основным энергетическим показателем стабилизатора. (5.! 5) (5.
16) (5. 17) 220 где Рн -- полезная мощность в нагрузочном устройстве; Є— мощность потерь Параметрические стабилизаторы напряжения. Схема простейшего параметрического стабилизатора напряжения изображена на рис 5,14.а. С помощью такого стабилизатора.
в котором применяется полупроводниковый стабилитрон ) "ьэ, можно получать стабилизированное напряжение от нескольких вольт до нескольких сотен вольт при токах от единиц миллиампер до единиц ампер, Стабилитрон в параметрическом стабилизаторе включают параллельно нагрузочному резистору Лн . Для ограничения тока через стабилитрон включают балластный резистор Яв Схема параметрического стабилизаторгг ~~з~о~~ет на о~~о~с уравнений Кирхгофа получить основные соотношения для юков и напря- жений Кб ~Ьк Ц =11ст овл с' 1 ст мин а,' ст макс Рис 5.14. Параметрический стабилиза напряжения: а — схема; б — поясне принципа действия; в — схема замеще Принцип действия параметрического стабилизатора постоянного напряжения удобно объяснять с помощью рис.5.! 4,б, на котором изображены ВАХ полупроводникового стабилитрона и «опрокинутая» ВАХ резистора Кб . Такое построение ВАХ позволяет графически решить уравнение электрического состояния стабилизатора напряже- ниЯ пРи К„=со: Ь' „~ = Ь; ~ +Кб1стр ПРи Увеличении напРЯжениЯ (~„, (положение 1) на ЛС',„, например, из-за повышения напряжения сети, ВАХ резистора Кб переместится параллельно самой себе и займет положение 2.
Из рис. 5.14,б видно, что напряжение Ь;.т~ мало отличается от напряжения С;, ~, т.е. практически напряжение на стабилитроне и на нагрузочном резисторе К„останется неизменным. При одновременном изменении нагрузочного тока 1„и входного напряжения б;х ток 1„будет изменяться от некоторого минимального тока 1„„„до максимального тока 1,„„„,. Минимальному току 1„.„„и будут соответствовать согласно (5.16) и (5.17) минимальные У ал мии и Ки мии' а максимальному току 1ст макс ('вл макс и Кн макс' При таких изменениях для нормальной работы параметрического стабилизатора сопротивление резистора Кб должно быть таким, чтобы ток стабилитрона был бы не менее 1„м „, т.е, не выходил за "Ределы рабочего участка ВАХ стабилитрона.
После несложных преобразований (5.16) и (5.17) такое сопротивление резистора Кб определяется по формуле с/вх мин ~~н б (5.1К ) ~ст мин ~'н ~~н мин При анализе работы параметрического стабилизатора необходи мо знать максимальный ток в стабилитроне.
Для сохранения рабо тоспособности стабилитрона требуется, чтобы этот ток не превыша„ паспортного значения 1„„акс . Очевидно, что максимальный ток в стаоилитроне будет при Увх макс " ~н м -с г — Ьвх макс Ьн С~н сс макс Лб В< макс (5.19) Для вывода формулы коэффициента стабилизации Кс ~ рассмат риваемого стабилизатора напряжения необходимо прибегнуть к схе. ме замещения.
Как видно из рис.5.14,б. стабилизатор работает на линейном участке ВАХ стабилитрона. Поэтому схема замещения, построенная для прира. щений напряжений и токов имеет вид, изображенный на рис.5.14,в В этой схеме стабилитрон заменяется постоянным резистивным элементом )хд Ф = ЛЬс, !Мса . который является параметром прибора. В соответствии со схемой замещения Л(,'н /М.'„, = диФ 0 Нб+Кдиф 0 Ян Так как в стабилизатоРе обычно Л„„ф «А, и Л иф «Яб, полУчим выражение для коэффициента стабилизации в следующем виде: (5.20) АГ Гг~ А г~ К Г~ = ' хвх "вх ном б-н ном 1'и ('и ном '"~диф( вх ном 222 Как следует из (5.20), чем больше сопротивление резистора Яб, тем выше коэффициент стабилизации Ксг~.
Анализ выражения (5.18) показывает„что сопротивление резистора Яб, определяемое по этой формуле, является наибольшим, т.е. и Кс б будет наибольшим. Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения на полупроводниковом стабилитроне можетдостигать 30 — 50. Для повышения стабилизированного напряжения применяют последовательное включение стабилитронов. Параллельное же включе ние стабилитронов в целях повышения нагрузочного тока не допус кается.
Это объясняется тем, что из-за разброса параметров включение стабилитронов не может произойти одновременно, так как один из них обязательно включится раньше другого. Следовательно, напряжение на обоих стабилигронах снизится одновременно, и второй стабилитрон при сниженном напряжении уже не сможет включиться Основными достоинствами параметрических стабилизаторов напря- ,кения является простота конструкции и надежность работы. К недостат„ам следует отнести небольшой коэффициент полезного действия, не превышающий (),3, относительно большое внутреннее сопротивление стабилизатора, а также узкий и нерегулируемый диапазон стабилизируемого напряжения.
Компенсационные стабилизаторы напряжения. Эти стабилизаторы являются системами автоматического регулирования, в которых благодаря наличию отрицательной обратной связи обеспечивается постоянство напряжения и тока на нагрузочном устройстве с высокой степенью точности Компенсационные стабилизаторы лишены недостатков, свойственных параметрическим стабилизаторам, что достигается усложнением их схем В настоящее время компенсационные стабилизаторы создают на полупроводниковых дискретных элементах и в интегральном исполнении.
Аналогично параметрическому стабилизатору. компенсационный стабилизатор включают между сглаживающим фильтром и нагрузочньгм устройством Компенсационные стабилизаторы подразделяются на стпбипиэаторы неггрсрьннат дег)шгвия и илггг)льсные Любой комленсационньгй стабилизатор (рис.5.15.а) состоит из блока сравнения ЬС', в который входит источник опорного напряжения (параметрический стабилизатор) и резистивный делитель, усилителя постоянного тока з и регулирующего элемента (транзистора) рЭ.
'вк Рис.5 15 Стрчстурпая схема комггенсационного стабили гггтора напряжения непрерывного де11ствия (а), его схема на транзисторах ф) и с применением ОУ 1гг) На рис 5 15,б изображена схема компенсационного стабилизатора пос тоянного напряжения на дискретных полупроводниковых приборах этом стабилизаторе в блок сравнения ЬГ входят параметрический стаби. лизатор.
состоящий из стабилитрона Л3 и рсзистора Лб, и резистивныи делитель Л1Л~Лз Усилителем постоянного тока является усилитель иа маломощном транзисторе Л'з и резисторе Лк В качестве регулирующего элемента используется мошныи транзистор ~ГТ1 В рассматриваемом компенсационном стабилизаторе происходит непрсрывное сравнение на пряжения на нагрузочном резисторе (/„(или части его) с опорным напря жением (.„„, создаваемым с помощью параметрического стабилизатора на стабилитроне 1'Л При увеличении входного напряжения стабилизатора или уменьшении нагрз зочного тока 1„напряжение Ь'„повышается, отклоняясь от номинального значения Часть напряжения (~„, равная р('„, где р — коэффициент деления резистивного делителя Л, — Я , являющаяся сигналом обратнои связи, сравнивается с опорным напряжением (,' „, снимаемым с параметрического стабилизатора Так как опорное напряжение остаегся постоянным, то напряжение между базой и эмиттером транзистора РТ из-~а увеличения напряжения (~'„уменьшается Следовательно, коллекторныи ток транзистора )'Т2 снижается Это приводит к уменьшению напряжения между ба юй и коллектором транзистора ГТ1, что равносильно увеличению его сопротивления Вследствие этого падение напряжения на транзисторе ГТ1 возрастает, благодаря чему напряжение ('„приобретает значение, близкое к номинальному с определенной степенью точности С помощью переменного резистора Л2 осуществляется регулирование напряжения 1 „ В последнее время для повышения коэффициента стабилизации вместо усилителя на транзисторе 172 в стабилизаторах применяют интегральньш операционный усилитель (ОУ), коэффициент усиления которого много больше коэффициента усиления на транзисторе 1'Т (рис 5 15,в) Это позволяет получить коэффициент стабилизации, равныи нескольким тысячам В рассматриваемом стабилизаторе помимо уменьшения медленных изменений выходного напряжения снижаются и пульсации за счет уменьшения переменных составляющих выходного напряжения Сравнивая компенсационный стабилизатор напряжения с параметрическим, следует отметить следующие достоинства компенсационных стабилизаторов напряжения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
