Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Основные параметры стабилизаторов напряжения тока

Основные параметры стабилизаторов напряжения

Стабилизатор напряжения ставится на выходе вторичного источника питания и служит для уменьшения колебаний выходного напряжения, вызванного изменением тока нагрузки, напряжения первичной сети, температуры окружающей среды и т.д. К общим параметрам стабилизатора, как и систем электрического питания, относятся габаритные размеры, масса, себестоимость, надежность и ряд других данных. Работу стабилизатора напряжения характеризуют следующие основные показатели [1 – 7]:

а) коэффициент стабилизации КСТ по входному напряжению, который равен отношению относительных приращений напряжений на входе и выходе стабилизатора:

, (1)

где DUВХ, DUВЫХ — приращения входного и выходного напряжений при постоянном токе нагрузки; UВХ, UВЫХ – номинальные значения входного и выходного значений стабилизатора. Кроме коэффициента стабилизации применяется показатель, называемый статической ошибкой стабилизации, который определяется отношением приращения выходного напряжения к его номинальному значению.

. (2)

Коэффициент стабилизации оценивается экспериментально из зависимости выходного напряжения от величины входного напряжения: UВЫХ = f(UВХ), которая имеет вид, представленный на рис.1. На рис.1 обозначено: UВХ Н – номинальное значение входного напряжения; UВЫХ Н – номинальное значение выходного напряжения; DUВХ – приращение входного напряжения; DUВЫХ – изменение выходного напряжения на рабочем участке зависимости
UВЫХ = f (UВХ). Под рабочим участком данной зависимости понимается такой участок, на котором изменение входного напряжения приводит к малым приращениям выходного напряжения, т.е. на этом участке имеет место режим стабилизации для рассматриваемого устройства;

Рис.1. Зависимость выходного напряжения компенсационного стабилизатора от входного напряжения

б) внутреннее сопротивление Ri стабилизатора, которое определяется из отношения приращения выходного напряжения к приращению тока нагрузки при постоянном напряжении на входе стабилизатора:

. (3)

Вместо внутреннего сопротивления может быть задана статическая ошибка по нагрузке при UВХ =const и изменяющемся токе нагрузки:

. (4)

Внутреннее сопротивление Ri стабилизатора определяется из его внешней характеристики. Под внешней характеристикой компенсационного стабилизатора понимается зависимость выходного напряжения от значения тока потребителя (тока нагрузки) (UВЫХ = f (IН) | Uвх = const) при постоянном значении входного напряжения стабилизатора. Данная зависимость представлена на рис.2. На рис.2 обозначено: UВЫХ ХХ – выходное напряжение стабилизатора холостого хода
(IН = 0); UВЫХ Н – номинальное значение выходного напряжения стабилизатора; IН НОМ – номинальное значение тока потребителя (тока нагрузки); DUВЫХ – приращение выходного напряжения стабилизатора; DIН – приращение тока нагрузки. Из рис.2 внутренне сопротивление определяется на основании соотношения:

Читайте так же:
Стабилизатор напряжения с защитой по току схема

; (5)

в) коэффициент сглаживания пульсации КСГЛ:

, (6)

где , — амплитуды пульсаций напряжений на входе и выходе стабилизатора. Иногда вместо КСГЛ задается относительное значение допустимой амплитуды пульсации выходного напряжения.

. (7)

г) температурный коэффициент напряжения стабилизатора gU, который определяется отношением приращения выходного напряжения к приращению температуры окружающей среды при постоянных значениях напряжения на входе и тока нагрузки:

; (8)

Рис.2. Внешняя характеристика компенсационного стабилизатора
напряжения

д) коэффициент полезного действия ηU компенсационного стабилизатора напряжения, который определяется из отношения значения выходной мощности РВЫХ к величине входной мощности, отбираемой от источника вторичного электропитания:

. (9)

1. Основные параметры стабилизатора

1.1. Энергетические параметры стабилизатора

1.2. Параметры стабилизации

2. Параметрический стабилизатор напряжения

2.1. Силовой расчет параметрического стабилизатора

2.2. Параметры стабилизации

3. Компенсационные стабилизаторы напряжения (4.КСН)

3.1. Функциональные схемы КСН

3.2. Компенсационный стабилизатор последовательного типа на транзисторах одинаковой проводимости

3.2.1. Принципиальная схема КСН

3.2.2. Реакция схемы КСН на отклонение выходного напряжения

3.2.3. Силовой расчет КСН

3.2.4. Расчет параметров стабилизации

3.2.5. Модификация схемы КСН последовательного типа на транзисторах одинаковой проводимости

3.3. Компенсационный стабилизатор последовательного типа на транзисторах разной проводимости

3.4. Компенсационный стабилизатор параллельного типа

3.5. Компенсационный стабилизатор напряжения последовательного типа на операционном усилителе

3.6. Импульсный стабилизатор напряжения последовательного типа на операционном усилителе

3.7. Стабилизатор напряжения последовательного типа на микросхеме КР142ЕН1

СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Основные параметры стабилизатора

Стабилизатором постоянного напряжения называется устройство, которое на своем выходе поддерживает неизменное по величине постоянное напряжение при изменении входного напряжения и нагрузки в заданных пределах.

На рис. 4.1 условно изображен стабилизатор постоянного напряжения в виде функционального блока.

Рис. 1. Представление стабилизатора в виде функционального блока

На вход стабилизатора поступает напряжение U1 и потребляется ток I1. На выходе стабилизатора поддерживается напряжение U2 при токе нагрузки I2. На стабилизатор действует дополнительное возмущение в виде температуры окружающей среды Т о .

Энергетические параметры стабилизатора:

U1ном – номинальное входное напряжение;

–относительное отклонение входного напряжения;

— абсолютное максимально отклонение входного напряжения;

q1 – коэффициент пульсаций входного напряжения;

I1ном – номинальный входной ток;

U2ном – номинальное выходное напряжение;

I2ном – номинальный выходной ток;

I2мин – минимальный выходной ток;

q2 – коэффициент пульсаций выходного напряжения;

Р2ном – номинальная выходная мощность;

Р1ном – номинальная входная мощность;

–номинальный коэффициент полезного действия.

Параметры стабилизации:

Читайте так же:
Регулируемый стабилизатор тока 10а

Коэффициент стабилизации стабилизатора

, при I2 = const и Т о = const; (4.1)

Выходное сопротивление стабилизатора

, приU1 = const и Т о = const; (4.2)

Коэффициент фильтрации (4.сглаживания)

, при I2 = const и Т о = const; (4.3)

«Содержание» 1

Температурный коэффициент напряжения (4.ТКН)

, при U1 = const и I2 = const. (4.4)

Зная отклонения возмущающих факторов ,,можно найти отклонение выходного напряжения

. (4.5)

Параметрический стабилизатор напряжения

В параметрическом стабилизаторе напряжения стабилизация осуществляется за счет нелинейной зависимости такого параметра элемента как напряжение от тока. В качестве нелинейного элемента обычно используются стабилитроны, но могут использоваться p-n переходы выпрямительных диодов и транзисторов.

Принципиальная схема параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне приведена на рис. 4.2, а, схема замещения приведена на рис. 4.2,б.

Рис. 4. 2. Принципиальная схема а) и схема замещения б) параметрического стабилизатора постоянного напряжения

Рабочий участок вольтамперной характеристики стабилитрона приведен на рис. 4. 3. Рабочий участок лежит в диапазоне от минимального тока стабилизации Icmmin, который определяется окончанием линейного участка ВАХ, до допустимого тока стабилизации Icmдоп, который определяется допустимой рассеиваемой мощностью стабилитрона . Схема замещения стабилитрона для рабочего участка состоит из последовательно включенных источника Э.Д.С. Ест и дифференциального сопротивления rст, соответственно

. (4.6)

Если ток стабилитрона не выходит за пределы рабочего участка, то напряжение стабилитрона Uст и, соответственно, напряжение на нагрузке Uн остаются примерно постоянными. Входной ток стабилизатора связан с током нагрузки и током стабилитрона следующим уравнением

. (4.7)

Стабилизаторы напряжения. Основные виды стабилизаторов напряжения.

Для работы электронных аппаратов надо поддерживать выходное напряжение на заданном уровне стабилизации. Диапазон изменения напряжения для импульсных (цифровых) устройств находится в пределах 5 ÷ 10 % от номинального значения с учётом пульсации.

Пример: для электронного микроскопа 0,005 %, для усилителей постоянного тока и приборах высокого класса точности нестабильность напряжения не более 0,001 %.

Различают следующую стабильность

1. Низкая стабильность изменения питающего напряжения, всё что больше 5 %

2. Средняя стабильность, 1 ÷ 5 %

3. Высокая стабильность, 0,1 ÷ 1 %

4. Прецизионная, всё что меньше 0,1 %

К факторам дестабилизирующим напряжение , относятся не только колебания сети переменного тока, но и температура окружающей среды, а также сопротивление нагрузки.Стабилизатором напряжения (тока) называется устройство автоматически поддерживающее с требуемой точностью напряжение (ток) на потребителе (Rн) при изменении дестабилизирующих факторов в определённых пределах.Существует три основных метода стабилизации напряжения и тока.

1. Параметрический метод – дестабилизирующий фактор непосредственно действует на параметр нелинейного или управляемого элемента. Что в значительной мере ослабляет действие дестабилизирующей величины.

Читайте так же:
Схема стабилизатора тока для блока питания

2. Компенсационный метод предусматривает сравнение стабилизируемой величины с какой либо эталонной. Результатом сравнения является разносные напряжения или токи, которые оказывают влияние на уменьшение дестабилизирующей величины. Основным параметром стабилизации является коэффициент стабилизации (Кст), который всегда должен быть многобольше единицы.

Кст – это отношение относительного изменения дестабилизирующего фактора к вызванному им относительному изменению стабилизируемой величины.

При этом принимается, что остальные дестабилизирующие факторы не действуют.

Существует два коэффициента стабилизации.

Интегральный коэффициент и дифференциальный коэффициент.

Интегральный коэффициент определяет стабилизацию в заданном диапазоне дестабилизирующего фактора. Дифференциальный коэффициент определяет стабилизацию в одной точке диапазона.

при

— коэффициент передачи напряжения со входа на выход

Значительно большее практическое значение имеет интегральный коэффициент стабилизации.

Входное сопротивление – это отношение напряжения на выходе стабилизатора к вызвавшему его приращение тока нагрузки.

при

Рассматривая амплитуды переменных составляющих на входе и выходе как приращение напряжений, получим что интегральный коэффициент стабилизации есть в тоже время и коэффициент сглаживания эквивалентного фильтра. Кинт ≈ Кф

Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

Для питания низковольтных устройств широко используются полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения. Стабилизаторы делятся на два основных класса: параллельного и последовательного типов. Наибольшее распространение получили стабилизаторы последовательного типа.

К основным параметрам стабилизаторов напряжения относятся: выходное сопротивление, коэффициент стабилизации, коэффициент полезного действия стабилизатора.

Выходное сопротивление стабилизатора напряжения равно отношению изменения выходного напряжения к соответствующему изменению тока нагрузки.

Коэффициент стабилизации равен отношению относительного изменения входного напряжения к относительному изменению выходного напряжения:

Коэффициент полезного действия – это отношение номинальной мощности в нагрузке к номинальной входной мощности.

На рисунке 4.18 приведена схема параметрического стабилизатора постоянного напряжения. Рассмотрим случай идеального стабилитрона. Рабочая ветвь вольтамперной характеристики идеального стабилитрона может быть представлена в виде двух отрезков прямых. Дифференциальное сопротивление такого стабилитрона равно бесконечности при напряжениях меньших напряжения стабилизации и равно нулю при напряжении равном напряжению стабилизации. На рисунке 4.19а показана зависимость выходного напряжения параметрического стабилизатора напряжения с идеальным стабилитроном от напряжения, подаваемого на вход стабилизатора. На рисунке 4.19б показана зависимость выходного напряжения этого же стабилизатора от силы тока нагрузки. Пунктиром показана зависимость выходного напряжения этого стабилизатора от тока нагрузки при отключенном стабилитроне.

На рисунке 4.20 приведена схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения. Рассмотрим принцип работы этого стабилизатора напряжения как системы автоматического регулирования. Учтем, что при входных напряжениях, которые больше напряжения стабилизации стабилитрона VD1, напряжение на стабилитроне не зависит от входного напряжения. Нестабильность выходного напряжения может быть обусловлена как изменением сопротивления нагрузки, так и изменением входного напряжения.

Читайте так же:
Ml317 схема стабилизатор тока

Предположим, что сопротивление нагрузки не изменяется, а входное напряжение увеличивается (уменьшается). Если бы никаких изменений с транзистором VT1 не происходило, то напряжение на нагрузке Rн увеличилось (уменьшилось) бы. Напряжение на стабилитроне равно сумме напряжения на переходе база-эмиттер транзистора и напряжения на нагрузке. При увеличении напряжения на нагрузке напряжение база-эмиттер транзистора уменьшается. В результате ток коллектора транзистора уменьшается и напряжение на нагрузке уменьшается, стремясь к своему первоначальному значению (никогда его не достигая).

Теперь рассмотрим случай, когда входное напряжение неизменно, а изменяется сопротивление нагрузки. Пусть сопротивление нагрузки уменьшается. Если бы при этом не происходило никаких изменений с транзистором, то напряжение на нагрузке уменьшилось бы. Уменьшение напряжения на нагрузке при неизменном напряжении на стабилитроне приведет к увеличению напряжения база-эмиттер транзистора VT1, в результате чего увеличится ток коллектора и напряжение на нагрузке тоже будет увеличиваться. Своего первоначального значения напряжение на нагрузке, конечно, не достигнет.

На рисунке 4.21 приведена схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения, в котором имеется возможность плавно регулировать величину выходного напряжения. Однако в таком стабилизаторе напряжения выходное напряжения будет изменяться при изменении сопротивления нагрузки. Это обусловлено тем, что при изменении сопротивления нагрузки изменяется сила тока, протекающего через верхнюю часть переменного резистора R2. Существенно уменьшить влияние сопротивления нагрузки на выходное напряжение позволяет стабилизатор, собранный по схеме рисунка 4.22.

Стабилизатор, собранный по схеме рисунка 4.23, имеет электронный предохранитель, ток срабатывания которого регулируется резистором R2. После устранения короткого замыкания в нагрузке, или перегрузки по току предохранитель возвращают в рабочее состояние с помощью кнопки Sb1. Светодиод HL1 является индикатором срабатывания предохранителя. Если ток нагрузки превысит номинальный ток срабатывания предохранителя, то начнет увеличиваться напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT2. Транзистор VT1 начнет открываться, закрывая транзистор VT2. Транзисторы VT1, VT2 будут переходить из одного состояния в другое лавинообразно, подгоняя друг друга. При срабатывании электронного предохранителя ток короткого замыкания в нагрузке очень мал, так как он протекает через резисторы R5, R8, а транзистор VT2 закрыт. Наличие конденсатора С1 позволяет нажимать кнопку Sb1 даже при коротком замыкании в нагрузке. Резистор R1 обеспечивает разрядку конденсатора C1. При отсутствии электронного предохранителя и коротком замыкании в нагрузке очень велика вероятность выхода из строя транзисторов VT3, VT4.

Читайте так же:
Стабилизатор напряжения с источником тока

Имеется достаточно широкий ассортимент микросхемных стабилизаторов напряжения. На рисунке 4.24а приведена схема стабилизатора напряжения на микросхеме КР142ЕН12А. Микросхемы КР142ЕН12А и КР142ЕН12Б представляют собой регулируемые стабилизаторы напряжения компенсационного типа с защитой от короткого замыкания. Масса микросхемы не более 2,5г. Вид микросхемы показан на рисунке 4.24б. Внешний делитель напряжения на резисторах R1, R2 позволяет регулировать выходное напряжение от 1,3 до 37В. Максимально допустимое входное напряжение 45В, выходное напряжение 37В, ток нагрузки 1А. Максимальная мощность, рассеиваемая микросхемой без теплоотвода, при температуре окружающей среды от -10°С до +40°С равна 1Вт. Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 10 Вт. Микросхема имеет защиту от перегрузки по выходному току.

На рисунке 4.25 показана схема стабилизатора тока на биполярном транзисторе, а на рисунке 4.26 – на полевом транзисторе. Резистор R3 и стабилитрон VD1 образуют параметрический стабилизатор постоянного напряжения.

Основные параметры стабилизаторов напряжения тока

Название: Источники питания РЭА ()

Жанр: Информационные системы и технологии

Просмотров: 1127

2.4. стабилизаторы напряжения.

Для нормального функционирования большинства электронных уст- ройств необходимо обеспечить их стабильным напряжением питания. Ос- новными факторами, вызывающими колебания напряжения являются: ко- лебания напряжения питающей сети, изменения частоты питающего на- пряжения, колебания сопротивления нагрузки, изменения температуры.

В зависимости от типа питаемого устройства относительное измене-

ние напряжения питания (Uвых / Uвых.ном)·100% может измениться в пре-

делах от 0,005 до 3% и более.

Устройства, автоматически поддерживающие неизменным напряже- ние (ток) на своем выходе, называются стабилизаторами напряжения (тока).

Использующиеся в ИП стабилизаторы напряжения делятся на две группы: параметрические и компенсационные. Параметрические стабили- заторы строятся на основе нелинейных элементов (стабилитронов, вари- сторов и др.), параметры которых изменяются непосредственно под

воздействием дестабилизирующих факторов (рис. 2.26).

Компенсаторные стабилизаторы имеют обратную связь по напряже- нию, благодаря которой выходное сопротивление стабилизатора сущест- венно уменьшается и выходное напряжение остается более стабильным (рис.2.27).

U U

а б

U = const I

Рис.2.26 Вольтамперные характеристики нелинейных элементов а  стабилизатор напряжения;

б  стабилизатор тока.

+

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию