37-54 (540716), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

На структурных схемах:

• РЭ – регулирующий элемент;

• У – усилитель постоянного тока;

• R_H – нагрузка;

• ИОН – источник опорного напряжения, т.е. это источник неизменного во времени и с широком интервале температур напряжение;

• R_Б – баластный резистор.

Общий принцип действия стабилизатора напряжения заключается в воздействии на РЭ управляющей схемы, состоящей из усилителя У и источника ИОН. В функцию усилителя входит усиление разности напряжения на R_H и ИОН и подача усиленного сигнала на РЭ.

В схеме параллельного стабилизатора напряжения (СН) стабилизация напряжения на нагрузке осуществляется, как и в параметрическом СН, путем изменения напряжения на R_Б за счет изменения тока РЭ. При неизменном входном напряжении постоянству напряжения нагрузки соответствует постоянство напряжения на R_Б. Изменению тока нагрузки от 0 до I_Hmax соответствует изменение тока РЭ от I_Hmax до 0.

В схеме последовательного СН стабилизация напряжения на нагрузке осуществляется изменением напряжения на РЭ, т.е изменением сопротивления РЭ, а ток РЭ равен I_H.

Наличие РЭ в обеих схемах СН обуславливает потери энергии в них. Сравним эти схемы по КПД, исходя из одинаковых условий работы по U_BX, U_Н и I_H, а также учитывая, что потеря энергии в усилителе и ИОН значительно меньше, чем в R_Б и РЭ. Для параллельного СН определяющими являются потери в R_Б и РЭ, т.е.

.

Для последовательного СН определяющими являются потери в РЭ:

, т.е. на величину U_BXI_P меньше, чем в схеме параллельного СН.

Т.о., КПД последовательных СН существенно выше, чем параллельных. В связи с этим последовательные СН нашли большее распространение. Достоинством параллельных СН является их некритичность к перегрузкам по току и КЗ в нагрузке. В настоящее время разработано большое количество схем электронной защиты от КЗ и перегрузок для последовательных СН.

50. Простейший транзисторный стабилизатор.

Схема простейшего последовательного компенсационного СН имеет вид:

В этой схеме роль ИОН выполняет стабилитрон VD1, а роль сравнивающего РЭ выполняет транзистор VT1. Выходное напряжение U_H = U_CT – U_ЭБ.

эквивалентная схема

При отсутствии дестабилизирующих факторов транзистор работает в активном режиме, напряжение U_ЭБ составляет 0,1 – 0,3 В для германиевых и приблизительно 1В для кремниевых транзисторов, т.е. U_H приблизительно равно U_CT.

Принцип действия СН следующий:

Пусть U_H уменьшилось. В этом случае напряжение U_ЭБ, равное U_СТ - U_H, увеличивается, ток базы повышается, U_КЭ уменьшается на столько, что U_H увеличивается до первоначального значения.

Аналогично работает схема при повышении U_H.

Параметры СН определим с помощью его схемы замещения.

1. выходное сопротивление – оно равно выходному сопротивлению эмиттерного повторителя и при достаточно больших r_K и R_Б составляет: .

2. коэффициент стабилизации по напряжению можно рассчитать по следующей приближенной формуле: .

Отношение , где - коэффициент использования входного напряжения. С его учетом получаем: . И для рассмотренной схемы К_{СТ U} приблизительно равняется от 150 до 300.

1. КПД стабилизатора напряжения: .

Для реальных схем I_RБ << I_H, поэтому . Величина сопротивления R_Б рассчитывается по формуле: .

51. Построение регулирующих элементов ПСН.

Рассмотренная схема простейшего ПСН используется на токе нагрузки до 300мА. При больших токах нагрузки возникают трудности получения больших коэффициентов стабилизации, т.к. приходится уменьшать сопротивление R_Б, а коэффициент (мощность транзисторов) сравнительно мал.

Усиление тока УПТ (усилитель постоянного тока) достигается применением составных транзисторов.

I_Б VT1:

при

Эта схема имеет недостаток, заключающийся в достаточно большом напряжении U_КЭ3: U_КЭ3 = U_КЭ1 + U_БЭ2 + U_БЭ3, что обуславливает большие потери в транзисторе VT3.

Для уменьшения этих потерь применяют схему симметричного РЭ:

Для симметричного РЭ: U_КЭ3 = U_КЭ1 + U_БЭ2 может достигать минимального значения в 1 – 1,5 В, чем достигается значительное повышение КПД ПСН по сравнению с несимметричной схемой РЭ.

52. Стабилизаторы напряжения на основе ОУ.

Высокие качественные показатели имеют ПСН, в качестве УПТ которых применены ОУ в интегральном исполнении. Улучшение параметров ПСН при применении в них ОУ обуславливается высоким коэффициентом усиления ОУ и глубокой ООС, охватывающей стабилизатор.

Принципиальная схема ПСН на основе ОУ имеет вид:

РЭ выполнен на транзисторе VT1, в качестве УПТ применен ОУ DA1.

Неинвертирующий вход ОУ подключен к параметрическому стабилизатору на резисторе R2 и стабилитроне VD1, служащему источником опорного напряжения. С делителя R3, R4, R5 снимается часть выходного напряжения, которое в ОУ сравнивается с опорным напряжением. Выход ОУ подключен к базе VT1, включенного по схеме с ОК, что обуславливает более низкое выходное сопротивление ПСН, чем при включении VT1 по схеме с ОЭ.

Резистор R1 служит для ограничения выходного тока ОУ, а с помощью резистора R4 можно регулировать выходное напряжение ПСН.

На входе стабилизатора включается конденсатор С₁ большой емкости для сглаживания пульсации входного напряжения при условии питания его от выпрямителя.

Работа приведенной схемы осуществляется следующим образом: потенциал эмиттера VT1 равен выходному напряжению, следовательно, для нормальной работы транзистора VT1 потенциал его базы должен быть выше на 0,6 – 1 В, чем выходное напряжение. В результате питание ОУ должно быть на 2 – 3 В больше потенциал базы и на 3 – 5 В больше выходного напряжения. Поэтому плюс питания ОУ подключен не к стабилизированному плюсу выходного напряжения, а к плюсу входного напряжения, которое также должно быть выше выходного на 3 –5 В, что обуславливает достаточно большие потери на РЭ.

Вторая причина подключения «+» питания ОУ не к «+» выходного напряжения заключается в том, что при этом стабилизатор не запустится, т.к. без питания ОУ не выдает выходного напряжения и транзистор VT1 остается запертым. В номинальном режиме, когда выходное напряжение равно заданному, напряжение между выходами ОУ приблизительно равно 0. предположим, что выходное напряжение по какой-либо причине уменьшилось. Напряжение на неинвертирующем входе, равное напряжению стабилизации VD1, останется практически неизменным, а на инвертирующем входе уменьшится, т.е. его потенциал станет ниже потенциала на неинвертирующем входе.

Отрицательное приращение напряжения на инвертирующем входе усиливается операционным усилителем и инвертируется, поэтому изменение выходного напряжения ОУ имеет положительный знак, т.е. потенциал базы VT1 увеличивается, токи базы, коллектора, эмиттера возрастают, U_КЭ падает, а выходное напряжение стабилизатора увеличивается до прежнего заданного значения.

Аналогично происходит стабилизация выходного напряжения при его повышении, только приращения токов и напряжений имеют противоположный знак. Для дополнительного сглаживания пульсаций параллельно делителю R3 – R5 устанавливают конденсатор емкостью в несколько десятков мкФ. Из условия U₀ = 0 в номинальном режиме работы ПСН найдем величину выходного напряжения:

Из схемы ПСН видно, что регулирование выходного напряжения не может быть ниже U_ОП, т.к. в этом случае VD1 перестанет стабилизировать напряжение.

53. Двухполярные ПСН на основе ОУ.

Для питания ОУ и устройств на них применяются, как правило, двухполярное напряжение. Для его получения могут использоваться 2 одинаковых ПСН, построенных по рассмотренной схеме:

Для такого сдвоенного ПСН необходимы потенциально развязанные обмотки трансформатора и 2 выпрямительных моста, т.е. аппаратурные затраты достаточно велики. Несколько снизить их позволяет построение второго ПСН по схеме стабилизации минусовой шины питания.

В таком ПСН стабилизация напряжений положительной и отрицательной полярностей осуществляется независимо, т.к. при снижении одного из напряжений второе остается неизменным. Такое регулирование имеет недостаток: в этом случае общая шина перестает быть средней точкой выходного напряжения, т.е. половиной общего суммарного выходного напряжения. От такого недостатка избавлены ПСН, построенные по схеме «ведущей – ведомой». Такая схема имеет меньшие аппаратурные затраты и позволяет одним переменным резистором регулировать одновременно обе полярности выходного напряжения.

Эта схема отличается от предыдущей тем, что у нижнего по схеме ведомого ПСН отсутствует ИОН, а делитель в цепи инвертирующего входа состоит из двух одинаковых по величине резисторов, включенных на полное выходное напряжение. В номинальном режиме потенциал средней точки делителя R7 – R8 будет равен потенциалу общей шины, т.е. 0. Т. о., U_ДИФ2 = U₀₂ = 0. При уменьшении отрицательного U_ВЫХ2 потенциал инвертирующего входа DA2 становится положительным. Это напряжение усиливается и инвертируется, поэтому U_ВЫХ DA2 становится более отрицательным; токи базы, коллектора, эмиттера увеличиваются, U_КЭ VD2 падает, а U_ВЫХ увеличивается до номинального значения.

При уменьшении положительного U_ВЫХ1 из-за внешних факторов или за счет регулировки резистором R4 потенциал средней точки делителя R7 – R8 становится отрицательным. Это напряжение усиливается и инвертируется ОУ DA2. его выходное напряжение становится более отрицательным. В результате U_БЭ2 падает, его токи базы, коллектора, эмиттера уменьшаются, а U_КЭ2 возрастает до тех пор, пока потенциал средней точки делителя R7 – R8 не станет равным 0. это произойдет при U_ВЫХ1 = U_ВЫХ2.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)