ivanov-ciganov2 (558065), страница 38
Текст из файла (страница 38)
В стабилизаторах с импульсным регулированием регулируемое сопротивление заменяегся ключом, что сводит до минимума рассеиваемую в ием мощность. Замыкаясь и размыкаясь, ключ то подсоеди- т-в т гт-в гт Ниет, то отсоединяет нагрузку, и тем самым регулируьч средикж мншность, забираемую ею от источника. Для сглаживания пульсаций выходного напряжения, вызываемых коммутацией ключа, в силовую епь импульсного стабилизатора (рис. 8.6, а) включают специальный фильтр, состоящий из дросселя 1„конденсатора С и разрядногодиодаД. цепь обратной связи стабилизатора управляет интервалами времени, в течение которых ключ замкнут и разомкнут. Величина напряжения на нагрузке определяется как напряжением источника Е, так и соотношением интервалов, в течение которых ключ К замкнут и разомкнут.
Воздействуя на длительность замыкающих ключ импульсов, можно регулировать напряжение на нагрузке, и, следовательно, поддерживать его постоянным при измене- е ' ~ ц с 6д ~ ниях первичного напряжения Е. Преобразование сигнала ошибки, являющегося в импульсном 1с стабилизаторе, как и в линейном, медленно меняющимся постоянным напряжением, в импульсную по- Л следовательность с переменной скважностью, что необходимо для г, управления ключом, производится в специальном импульсном устройстве, входящем в цепь обратной гт связи стабилизатора.
Работой ключа можно управлять разными спо- ~А собами. Если импульсное устройство создаег на своем выходе им- а/ пульсную последовательность с постоянным периодом повторения и Рис. 0.6 меняющейся в зависимости от сигнала ошибки длительностью импульса, то такую схему называют стабилизатором с широтно-импульсной модуляцией. Если же импульсное устройство замыкает ключ при напряжении на выходе, меньшем некоторого порога, и размыкает его при превышении порога, то такую схему называют р е л е й н ы м или д в у х п оз и ц и о н н ы м стабилизатором.
При замкнутом ключе напряжение на входе фильтра равно напряжению источника Е. При разомкнутом ключе оно равно нулю (рис. 8.6, б). Положив потери напряжения в фильтре равными нулю, получим на нагрузке среднее напряжение: У=Е(Т вЂ” ЦТ, (8.12) где 0 — длительность паузы (время нахождения ключа в разомкнутом состоянии); Т вЂ” период повторения замыкакхцих ключ импульсов. Пульсации напряжения на нагрузке тем меньше, чем больше индук- тивность дросселя Е и чем меньше длительность паузы з.
Е„и Ен г) Если бы в силовой цепи не было диода Д, то при размыкании ключа иа дросселе наводилась бы очень большая э. д. с. (ток обрывался бы скачком) и либо дроссель, либо ключ пробивались бы. В схеме с диодом в самом начале процесса нарастания этой э. д. с. появляется отрицательное напряжение на катоде диода, он открывается, что дает возможность дросселю разрядиться через нагрузку и конденсатор фильтра. Ток дросселя и нагрузки в течение интервала Т вЂ” 0 протекает через источник„а в течение интервала 0 — через диод Д (рис.
8.8, в, г). В привел денной на рис. 8.6 схеме дроссель фильтра 1. включен последователь- Е '4 г ~"' 'ги ио в силовую цепь стабилизатора, иу В такой схеме напряжение на наа1 груаке всегда меньше напряжения е источника Е. Возможно и параллельное включение дросселя с нагрузкой М Т дг (рис. 8.7, а). При.замкнутом клю- 4 че К (О ~ 1 ( Т вЂ” 0) дроссель заряжается током от источника Е (рис.
8.7, е). Полярность падения напряжения на дрссселе прн этом задается источником Е и она такова, что диод Д оказывается закрытым. Конденсатор С, накопивший некоторый заряд в предыдущие периоды гт коммутации ключа, разряжается на нагрузку, поддерживая в ней ток 1,. Размыкание ключа К (Т вЂ” 0 ( ге .-1 Т) приводит к разрыву цепи Е) Г-и Г 7Г-и яГ Е заРялиоГО тпиа И Ий ДРОССЕЛЕ На водится э.
д. с. ег с полярностью, противоположнои той, которая сурии. 0.7 шествовала на нем ранее (рис, 8.7, 6). Нарастание этой э. д. с. происходит до тех пор„пока не откроется диод Д, подключающий параллельно дросселю конденсатор С и нагрузку 11 (разрядную цепь). Разряжаясь, дроссель подзаряжает конденсатор С, восстанавливая уменьшившийся за предыдущую часть периода его заряд (рис. 8.7, д). Часть разрядного тока дросселя протекает и по нагрузке, поддерживая в ней близкий к гюстоянному ток 1, (рис.
8.7, г). Если индуктивность дросселя 1. и емкость конденсатора бесконечно большие, а потери в схеме отсутствуют, то вся энергия, отдаваемая источником Е„будет выделяться в нагрузке стабилизатора 11. Источник Е в течение одного периода Т отдает энергию А„=Е1с (Т вЂ” 0), (8А 3) где 1а — ток дросселя, который при бесконечной индуктивностн постоянен. При разрядке дроссель отдает полученную от источника Е энергию конденсатору и нагрузке.
Отдаваемая дросселем энергия Аг = Мгб. (8.14) Энергия, гюлученная при разрядке конденсатором С, затем опять попадает в нагрузку. Поэтому, приравняв правые части равенств (8.13) и (8.14), получим уравнение, из которого легко найти напряжение на нагрузке У = Е (Т вЂ” 9)16. (8.15) При малых интервалах разряда (в ~ Т/2) напряжение У получается ббльшим, чем Е. В современных схемах импульсных стабилизаторов в качестве ключа широко применяют транзисторы и тиристоры. Замыканию ключа соответствует полное отпирание транзистора, приводящее к открыванию и коллекторного и эмиттерного переходов. Размыкание ключа соответствует полному отключению транзистора н запиранию обоих л-р-переходов.
Реальные транзисторы, работающие в ключевом режиме, дроссели и диоды обладают весьма малыми потерями, что гюзволяет выполнять силовую цепь стабилизатора в малых габаритах. Требуемая для обеспечения малых пульсаций индуктивность дросселя Е уменщпается с ростом частоты коммутации ключа К. Поэтому частоту коммутации выбирают настолько большой, насколько позволяют это применяемые в качестве ключа транзисторы. В современных стабилизаторах она достигает 10 — 15 кГц. Глава 1Х Стабилизаторы на стабилитронах 5 9Л. Полупроводниковые ствбипитроны Полупроводниковый (кремниевый) стабилитрон имеет вольт-амперную характеристику (рис. 9.1) с достаточно протяженным участком а — б, на котором значительным приращениям тока соответствуют малые приращения напряжения.
Этот участок получается при обратном смещении и характерен для режима так называемого электрического пробоя р-и-перехода. Если ток стабилитрона больше 1,„,„, мощность, рассеиваемая в стабилитроне, превышает предельную, температура р-п-перехода возрастает выше допустимой и возникаег необратимый тепловой пробой, разрушающий р-п-переход. Электрический пробой является обратимым, и пологий участок характеристики стабнлитрона повторяется от включения к включению с высокой точностью. Обычно ветвь обратного тока (рабочую ветвь) характеристики стабилитрона изображают при ином расположении коордипатных осей (рис. 9.2).
При этом рабочий участок характеристики получаегся пологим. По конструктивному выполнению (рис. 9.3) кремниевые стабилигроны аналогичны выпрямительным полупроводниковым диодам. К относительно массивному медному кристаллодержателю 1 (основание) припаивается монокристалл кремния 2 с элек- 1 тропроводностью р-типа. Припой выбирается таким, чтобы с кремнием и медью он не создавал выпрямляющих контактов. С проти- 'Ъ воположной стороны кристалла создают путем а 1 г и вплавлениЯ алюминиевого электРоДа 4 зопУ злектропроводности л-типа, а сам электрод - сваривают с токоотводом и выводом б.
В кристалле образуется л-и-переход 3. Всю конструкцию помещают в металлический корпус 5, привариваемый к основанию, Токо- отвод пропускают через изолятор. Кремниевые стабилитроны в сравнении с применявшимися ранее газовыми имеют много преимуществ. У них небольшие габариты н масса. У кремнйевых стабилитронов характеристика не имеет точки перегиба и, следовательно, напряжения зажигания более высокого, чем напряжения, пробоя. Это облегчает расчет, улучшает характеристики схемы. У полупроводниковых стабилитронов отсутствует и участои характеристики с отрицательным наклоном„что позволяет подключать параллельно ему конденсатор любой емкости. Стабилитрон сохраняет напряжение стабилизации от одного включения к другому с очень выожой точностью.
Отклоне- б ния напряжения не превышают 0,01%. б Р .йй Рис. 9,2 В заключение необходимо отметить, что на характеристику стабилитрона не влияет световое облучение, электрическое и магнитное поля. Самым существенным недостатком кремниевых стабилитронов является изменение напряжения пробоя при изменении температуры. Однако теплового гистерезиса у стабилитронов не наблюдается, поэтому в схему стабилизации можно включать элементы температурной компенсации. При температуре — 40 †: +60" С напряжение стабилизации меняется у большинства стабилитронов практически линейно.
Поэтому температурную нестабильность напряжения удобно учитывать с помощью температурного коэффициента напряжения по формуле ЛУ, =уИ, (9.1) где у — абсолюгный температурный коэффициент; И вЂ” изменение температуры п-р-перехода. Типовые характеристики стабилитронов с разными напряжениями стабилизации, снятые при температурах 20 и 50' С (рис. 9.4), показывают, что стабилитроны с напряжением стабилизации меньше 5 В имеют отрицательный темпе- Рис. 9.4 ратурный коэффициент, а стабилитроны с напряжением стабилизации болыпе 5  — положительный. Из нескольких стабилитронов с разными по знаку температурными коэффициентами можно составить схему с общим температурным коэффициентом, близким к нулю. Это так называемые схемы температурной компенсации.
Р Р.2. Эквивалентная схема стабилитрона Еэ Ю Еэ Рис. 9.5 Стабилитроны применяют и как источники «эталонного» (опорного) напряжения в сложных схемах стабилизаторов и как самостоятельные стабилизаторы напряжения на нагрузках, потребляющих относительно небольшую мощность. и эгг Хотя схемы включения стабц- литронов и в том и в другом еэ случае одинаковы, условия их ! работы разные. Когда стабили! трон используется как источник Еэ ! опорного напряжения, то изменения протекающего через него тока малы по сравнению с его средним значением.
Когда стабилитрон является стабилизатором напряжения на нагрузке, изменения его тока могут быть относительно большими. Для небольших изменений тока рабочий участок характеристики стабнлитрона можно заменить отрезком прямой (рис. 9.5, а). Эквива-, лентная схема (линейная схема замещения), соответствующая стабилитрону с линейной вольт-амперной характеристикой (рис. 9.5, б), содержит всего два элемента: эквивалентную э. д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
