Schetchiksg.ru

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

Стабилизатор с усилением по току

Стабилизатор с усилением по току

В статье описан относительно простой высоковольтный стабилизатор, обладающий малым уровнем шумов и пульсаций выходного напряжения. В стабилизатор встроены функции плавного нарастания выходного напряжения и защиты от перегрузок.

Стабилизатор предназначен для питания чувствительных схем предварительных усилителей и фонокорректоров, выполненных на электронных лампах.

Основные соображения

Основным назначением описанного ниже стабилизатора является питание высокочувствительных входных цепей ламповых усилителей. Это определило основное требование к стабилизатору – низкий уровень шума и пульсаций на выходе [1]. Конечно, было желательно получить и малое выходное сопротивление, но этот параметр не является определяющим из-за незначительного и мало меняющегося тока, потребляемого этим блоком усилителя.

За базовый вариант была принята классическая схема компенсационного стабилизатора с однокаскадным усилителем ошибки (Рис.1) [2]. Для получения малых пульсаций на выходе стабилизатора необходимо иметь значительную величину петлевого усиления, которое существенно зависит от коэффициента усиления усилителя ошибки. Для получения максимального коэффициента усиления в качестве коллекторной нагрузки транзистора VT1 применен источник тока I, и регулирующий элемент (VT2) выполнен на полевом транзисторе (можно считать, что каскад на транзисторе VT1 в области низких частот не нагружен).

Такая схемотехника позволяет получить в области низких частот усиление каскада порядка 55 — 63db (если b используемых транзисторов находится в пределах 40 — 100).

Читатель может задать закономерный вопрос: а почему не использовать стандартный операционный усилитель? Основным преимуществом такого решения является более простая схема при сравнимой величине усиления. Так же стабилизатор получается менее склонным к паразитной генерации.

Высокое выходное напряжение стабилизатора и относительно низкое опорное напряжение VR позволяет практически бесплатно и существенно (в 2 — 3 раза) повысить стабильность выходного напряжения за счет подключения резистора, задающего начальный ток стабилитрона (R1), к цепи выходного стабильного напряжения. Если вы посмотрите на схему, то увидите, что через стабилитрон текут три тока – стабильный ток I, заданный источником тока, стабильный ток IR1, заданный резистором R1 и нестабильный ток базы транзистора IB. Если учесть, что ток базы транзистора на несколько порядков меньше суммы стабильных токов I и IR1, то становится ясно, что влияние динамического сопротивления стабилитрона RD (Рис. 2) на выходное напряжение практически исключается.

Особое внимание было уделено вопросу минимизации уровня шумов на выходе стабилизатора. В схеме можно выделить два основных источника шума – это транзистор VT1 и стабилитрон VD. Шумом источника тока и резисторов делителя R2 и R3 можно в первом приближении пренебречь. Это связано с тем, что суммарное сопротивление резисторов делителя достаточно мало (сотни ом – единицы килоомм), а шум источника тока не усиливается.

Возможность минимизации уровня шумов выбором типа и режима работы транзистора VT1 весьма ограничена. Во-первых, транзистор VT1 должен быть высоковольтным, это существенно ограничивает номенклатуру пригодных типов. Во-вторых, снижение уровня шумов путем снижением величины коллекторного тока наталкивается на два ограничения: ухудшение частотных свойств каскада и снижение величины b транзистора.

Точный расчет параметров каскада весьма громоздок, и я не буду его приводить, а ограничусь несколькими практическими рекомендациями.

Для большинства высоковольтных транзисторов средней мощности, аналогичных MPSA42, 2N6517, ZTX658, ZTX458 удовлетворительное сочетание параметров достигается при токе коллектора 0.7 — 1.5mA.

(При установке транзистора в схему желательно проверить величину его b; хотя типовые значения лежат в пределах 50 — 100, могут попасться экземпляры с b = 17 — 20.)

Нежелательно использовать в качестве VT1 более мощные транзисторы (типа MJE13003), при малых токах коллектора они имеют очень малую величину b, для получения приемлемого усиления каскада придется значительно увеличивать ток коллектора. Конечно, частотные свойства стабилизатора улучшатся, но ценой этого будет значительное увеличение рассеиваемой мощности на элементах схемы и увеличение уровня шума на выходе.

Следующим объектом нашей заботы является стабилитрон VD, определяющий величину опорного напряжения VR. Как правило, выбор типа стабилитрона и его рабочих режимов производится исходя из необходимого напряжения и его стабильности. Его шумовые характеристики не учитываются и не приводятся в технических данных. Чаще всего, это и не надо, но в некоторых случаях шумовые характеристики стабилитрона важны. Например, если источник питания должен иметь низкий уровень шума на выходе, если стабилитрон используется в цепях сдвига уровня сигнала или для организации напряжения смещения во входных каскадах усилителей, и непосредственно включен в сигнальную цепь.

Читайте так же:
Диод как стабилизатор тока

Простейшая эквивалентная схема стабилитрона, учитывающая его ЕДС шума EN, показана на рисунке 2. Если вы мысленно замените в схеме стабилизатора (Рис.1) стабилитрон VD на его эквивалентную схему, то становится очевидным, что шумовой генератор включен непосредственно во входную цепь усилительного каскада на транзисторе VT1 и, соответственно, его шум будет усилен.

Фактически, стабилитрон является почти идеальным источником белого шума в широкой полосе частот, простирающейся от постоянного тока до единиц мегагерц (это используется для создания генераторов шума)[3]. Уровень шумового напряжения, генерируемого стабилитроном, существенно зависит от его режима. Наибольший уровень шума стабилитрон генерирует, когда он начинает входить в режим стабилизации, и его рабочая точка находится на колене вольт-амперной характеристики. Этот режим характеризуется очень малыми токами, текущими через стабилитрон (десятки – сотни микроампер). Увеличение тока стабилитрона вызывает уменьшение уровня шумового напряжения, этот факт многократно описан в различных источниках, но численных данных о величине уровня шума мне обнаружить не удалось.

Поэтому я решил просто померить уровни шумов, генерируемых стабилитронами различных типов, и оценить влияние тока стабилизации. Измерения проводились по схеме, показанной на рисунке 3.

В качестве источника тока использовался довольно малошумящий полевой транзистор КП302Г. Уровень шума измерялся прибором ИСШ-НЧ в звуковой полосе частот (использовался внутренний фильтр). Конечно, полученные результаты не соответствуют абсолютно точному значению уровня шума, генерируемого стабилитроном, так как источник тока добавляет собственные шумы, но как показали измерения, они весьма малы, и этой погрешностью можно пренебречь.

Мощный стабилизатор с защитой по току 50В 5А (140УД20, КТ827)

Для питания некоторых радиотехнических устройств требуется источник питания с повышенными требованиями к уровню минимальных выходных пульсаций и стабильности напряжения. Чтобы их обеспечить, блок питания приходится выполнять на дискретных элементах.

Приведенная на рис. 3.23 схема является универсальной и на ее основе можно сделать высококачественный источник питания на любое напряжение и ток в нагрузке. Блок питания собран на широко распространенном сдвоенном операционном усилителе (КР140УД20А) и одном силовом транзисторе VT1. При этом схема имеет защиту по току, которую можно регулировать в широких пределах. На операционном усилителе DA1.1 выполнен стабилизатор напряжения, a DA1.2 используется для обеспечения защиты по току. Микросхемы DA2, DA3 стабилизируют питание схемы управления, собранной на DA1, что позволяет улучшить параметры источника питания.

Работает схема стабилизации напряжения следующим образом. С выхода источника (Х2) снимается сигнал обратной связи по напряжению. Этот сигнал сравнивается с опорным напряжением, поступающим со стабилитрона VD1. На вход ОУ подается сигнал рассогласования (разность этих напряжений), который усиливается и поступает через резисторы R10. R11 на управление транзистором VT1.

Таким образом, выходное напряжение поддерживается на заданном уровне с точностью, определяемой коэффициентом усиления ОУ DA1.1. Нужное выходное напряжение устанавливается резистором R5. Для того, чтобы у источника питания имелась возможность устанавливать выходное напряжение более 15 В, общий провод схемы управления подключен к клемме «+» (XI). При этом для полного открывания силового транзистора (VT1) на выходе ОУ потребуется небольшое напряжение (на базе VT1 ибэ = +1,2 В). Такое построение схемы позволяет выполнять источники питания на любое напряжение, ограниченное только допустимой величиной напряжения коллектор-эмиттер (UK3) для конкретного типа силового транзистора (для максимальное UK3 = 80 В).

В данной схеме силовой транзистор является составным и поэтому может иметь коэффициент усиления в диапазоне 750. 1700, что позволяет управлять им небольшим током — непосредственно с выхода ОУ DA1.1, что снижает число необходимых элементов и упрощает схему.

Схема защиты по току собрана на ОУ DA1.2. При протекании тока в нагрузке на резисторе R12 выделяется напряжение, которое через резистор R6 прикладывается к точке соединения R4, R8, где сравнивается с опорным уровнем. Пока эта разница отрицательна (что зависит от тока в нагрузке и величины сопротивления резистора R12) — эта часть схемы не оказывает влияния на работу стабилизатора напряжения. Как только напряжение в указанной точке станет положительным, на выходе ОУ DAL2 появится отрицательное напряжение, которое через диод VD12 уменьшит напряжение на базе силового транзистора VT1, ограничивая выходной ток.

Читайте так же:
Стабилизатор тока для зарядки аккумулятора зарядное со стабилизацией тока

Уровень ограничения выходного тока регулируется с помощью резистора R6. Параллельно включенные диоды на входах операционных усилителей (VD3. VD6) обеспечивают защиту микросхемы от повреждения в случае включения ее без обратной связи через транзистор VT1 или при повреждении силового транзистора. В рабочем режиме напряжение на входах ОУ близко к нулю и диоды не оказывают влияния на работу устройства. Установленный в цепи отрицательной обратной связи конденсатор СЗ ограничивает полосу усиливаемых частот, что повышает устойчивость работы схемы, предотвращая самовозбуждение.

При использовании указанных на схемах элементов данные источники питания позволяют на выходе получать стабилизированное напряжение до 50 В при токе 1. 5 А.

Силовой транзистор устанавливается на радиатор, площадь которого зависит от тока в нагрузке и напряжения UK3. Для нормальной работы стабилизатора это напряжение должно быть не менее 3 В

При сборке схемы использованы детали: подстросчные резисторы R5 и R6 типа СПЗ-19а; постоянные резисторы R12 типа С5-16МВ на мощность не менее 5 Вт (мощность зависит от тока в нагрузке), остальные из серии MJ1T и С2-23 соответствующей мощности Конденсаторы CI, С2, СЗ типа К10-17, оксидные полярные конденсаторы С4. С9 типа К50-35 (К50-32). Микросхема сдвоенного операционного усилителя DA1 может быть заменена импортным аналогом цА747 или двумя микросхемами 140УД7; стабилизаторы напряжения: DA2 на 78L15, DA3 на 79L15. Параметры сетевого трансформатора Т1 зависят от необходимой мощности, поступающей в нагрузку. Во вторичной обмотке трансформатора после выпрямления на конденсаторе С6 должно обеспечиваться напряжение на 3. 5 В больше, чем требуется получить на выходе стабилизатора.

В заключение можно отметить, что если источник питания предполагается использовать в широком температурном диапазоне (

60. +100°С), то для получения хороших технических характеристик необходимо применять дополнительные меры К их числу относится повышение стабильности опорных напряжений. Это можно осуществить за счет выбора стабилитронов VD1, VD2 с минимальным ТКН, а также стабилизации тока через них Обычно стабилизацию тока через стабилитрон выполняют при помощи полевого транзистора или же применением дополнительной микросхемы, работающей в режиме стабилизации тока через стабилитрон. Кроме того, стабилитроны обеспечивают наилучшую термостабильность напряжения в определенной точке своей характеристики. В паспорте на прецизионные стабилитроны обычно это значение тока указывается и именно его надо устанавливать подстроечными резисторами при настройке узла источника опорного напряжения, для чего в цепь стабилитрона временно включается миллиамперметр.

Стабилитроны в стабилизаторах напряжения

Позвольте уважаемые предложить ещё немного полезной теории, так как практических конструкций на сайте Радиосхемы более чем достаточно. Рассмотрим стабилитроны в стабилизаторах напряжения. При смещении в прямом направлении стабилитрон ведет себя как обычный кремниевый диод с PN переходом, позволяя току течь от анода к катоду. Но в отличие от обычного диода, который блокирует ток при обратном смещении, при достижении определенного порога обратного напряжения стабилитрон начинает проводить ток в противоположном направлении. Пороговое напряжение для этого явления и называется напряжением стабилитрона. Давайте проанализируем несколько аспектов моделирования этих типов схем, которые используются в качестве стабилизаторов напряжения.

Когда напряжение приложенное к стабилитрону превышает пороговое значение, характерное для данного элемента, возникает в области обеднения полупроводников процесс, известный как лавинный пробой. В результате через него протекает большой ток, который ограничивает дальнейшее повышение напряжения. Во время этого процесса создаются электрические заряды в результате столкновения свободных электронов с атомами полупроводника, что, в свою очередь, приводит к выделению тепла и возможности необратимого повреждения устройства.

Но если диод изготовлен с очень тонкой и сильно легированной обедненной областью, можно генерировать обратный ток, создавая достаточно сильное электрическое поле в переходе. Этот процесс полностью обратимый и не повредит его. Точка на горизонтальной оси, от которой начинается стабилизация напряжения на стабилитроне, соответствует так называемому напряжению стабилитрона (VZ), значение которого может быть от единиц до нескольких сотен вольт. Наклон кривой проводимости и минимальное значение обратного тока, с которого запускается процесс, можно точно контролировать во время производственного процесса с допуском менее 1%, изменяя параметры легирования и изготовления.

Читайте так же:
Стабилизатор тока для заслонки рециркуляции

Стабилизатор напряжения на стабилитроне

Стабилитрон обеспечивает гораздо более высокий уровень стабильности питания, чем может быть достигнут, например, с помощью одной только схемы выпрямителя и фильтрующего конденсатора. В частности, за счет соответствующего легирования полупроводников можно получить практически вертикальный наклон кривой, получая стабилизированное напряжение с незначительной и постоянной пульсацией, которая не изменяется при изменении входного напряжения.

Далее показана схема простейшего стабилизатора напряжения, основанного на стабилитроне. Использовался стабилитрон с VZ = 12 В, а значение последовательного резистора R можно определить по формуле, как показано на рисунке, где Vi — входное напряжение, Vo — стабилизированное выходное напряжение (в данном случае 12 В), а IL — ток, потребляемый нагрузкой.

Без нагрузки (IL = 0) весь ток из схемы будет проходить через стабилитрон, который, в свою очередь, рассеивает его до максимальной своей мощности. Следовательно необходимо тщательно выбирать значение последовательного сопротивления, чтобы не превышать максимальную мощность, которую стабилитрон может рассеять когда к нему не подключена нагрузка. Эта схема способна генерировать ток не более десятков миллиампер, она часто используется для смещения базы транзистора или в качестве входа в операционный усилитель, тем самым получая более высокий выходной ток от стабилизатора.

На схеме показан стабилизатор на шунтирующем транзисторе, способный увеличивать мощность, подаваемую на нагрузку. Выходное напряжение VO определяется формулой: VO = VZ + VBE.

Стандартные напряжения стабилитронов

В продаже представлены стабилитроны с характеристическим напряжением от чуть более 1 В до нескольких сотен вольт. Для каждого значения напряжения обычно доступно одно или несколько значений мощности в диапазоне от чуть менее 0,5 Вт до более 5 Вт. Среди наиболее распространенных семейств стабилитронов — серия маломощных BZX55 с напряжением VZ от 2,4 В до 75 В и максимальной рассеиваемой мощностью до 500 мВт. Семейство силовых стабилитронов BZX85 также широко используется с напряжением VZ от 2,7 до 100 В и максимальной рассеиваемой мощностью до 1300 мВт. Про отечественные Д814 и Д815 говорить смысла нет, так как они уже сошли с радиолюбительской сцены.

Регулятор напряжения со стабилитроном

А это показан простейший пример стабилизатора со стабилитроном. Транзистор подключен как повторитель напряжения, а выходное напряжение примерно на 0,7 В ниже напряжения стабилитрона. Резистор R должен быть выбран таким образом, чтобы стабилитрон всегда был правильно смещен, а базовый ток Q1 был достаточным для перевода его в проводящее состояние. Чтобы ток на стабилитроне не упал до значения, не позволяющего проявиться свойствам стабилитрона, маломощный транзистор 2N2222 можно заменить транзистором Дарлингтона.

Что такое стабилизатор напряжения? Это усилитель постоянного тока с низким выходным сопротивлением, усиливающий опорное напряжение.

Стабилитрон это опорное напряжение, а эмиттерный повторитель является усилителем постоянного тока с коэффициентом усиления меньше 1. Обычно тут применяют транзисторы, но можем добиться большего используя операционный усилитель в качестве усилителя постоянного тока. Так получим намного лучшие параметры стабилизатора.

Это схема — повторитель — с очень точным коэффициентом усиления 1. Вход неинвертирующий не потребляет ток, поэтому он не влияет на значение тока стабилитрона.

Можно конечно при необходимости сделать усилитель с коэффициентом усиления больше 1. Далее показана схема с коэффициентом усиления 3. Коэффициент
усиления определяется по формуле:

ku = R1 + R2 / R2

Тут Ku = 3. Таким образом, выходное напряжение равно + Uz x 3. Изменяя номиналы резисторов, можем изменить коэффициент усиления и можем установить желаемое выходное напряжение. Номиналы резисторов не являются критичными, они могут быть в диапазоне от 1k до 100k, потому что инвертирующий вход тоже не потребляет ток.

Мощный транзистор BLF147 — вот основа схемы самодельного усилителя УКВ диапазона.

Пассивное охлаждение в радиоэлектронике — устройство и принцип работы тепловой трубки.

Куда применить отжившие свой век моторы от винчестеров ПК — подключение такого двигателя и варианты идей.

Стабилизатор напряжения

Этот стабилизатор очень прост, но имеет весьма высокие параметры и поэтому пригоден для питания самой различной аппаратуры. При очень хорошей экономичности — потребляемый им ток при отсутствии нагрузки не превышает 25 мкА. Он обеспечивает ток нагрузки до 0.5 A. Коэффициент стабилизации-около 500, выходное сопротивление-0,07 Ом. Отличительная особенность стабилизатора-применение в регулирующем элементе мощного полевого транзистора и работа управляющего элемента в режиме микротоков. С целью повышения экономичности источником образцового напряжения служит обратносмещенный эмиттерный переход транзистора VT3. Высокое входное сопротивление полевого транзистора и большое сопротивление резистора R1 обуславливают большой коэффициент усиления управляющего элемента, а значит и высокий коэффициент стабилизации. Стабилизатор не боится замыкания выходной цепи, так как в этом случае ток через транзистор VT2, а значит и ток нагрузки будут ограничены начальным током стока полевого транзистора.

Читайте так же:
Стабилизатор напряжения постоянного тока 12в

Другим важным достоинством является то, что при увеличении температуры корпуса регулирующего транзистора крутизна характеристики и начальный ток стока уменьшаются, благодаря чему в режиме перегрузки перегревания регулирующего транзистора с обычным для биполярного транзистора лавинообразным неуправляемым увеличением его тока не присходит. Выбор полевого транзистора VT2 определяет максимально возможный ток нагрузки.

Запуск стабилизатора происходит автоматически. В момент включения транзистор VT1 будет закрыт, поэтому входное напряжение будет поступать на зптвор полевого транзистора, что и обеспечивает надежный запуск стабилизатора. Допустимое напряжение сток-исток полевого транзистора равно 20 В, а для его нормальной работы необходимо напряжение 2. 3 В, поэтому максимальное выходное напряжение этого стабилизатора может быть 15. 17 В. Минимальное напряжение стабилизации определяется напряжением отсечки полевого транзистора и равно примерно 5. 7 В. Для увеличения выходного тока можно использовать параллельное включение двух-трёх полевых транзисторов. В этом случае транзисторы следует подобрать с близкими параметрами. Во избежание неравномерного распределения на них рассеиваемой мощности в цепь истока каждого из них необходимо включить резистор сопротивлением 1. 2 Ом. Для повышения качества выходного и устойчивости стабилизатора при работе с нагрузкой различного характера предусмотрены конденсаторы C1, C2.

В стабилизаторе вместо КП903А можно применить КП903Б, КП903В. Регулирующий транзистор следует установить на теплоотвод. Транзистор КТ3102Б можно заменить на КТ3102В — КТ3102Е, КТ342Б, КТ342В; вместо КТ315А подойдет любой из КТ315Б-КТ315Ж. При токе нагрузки не более 50 mA в регулирующем элементе можно использовать КП305Г. При налаживании подбирают транзистор VT3 с требуемым напряжением стабилизации. Его можно заменить обычным стабилитроном и подобрать резистор R2 из условия обеспечения номинального тока через стабилитрон. Экономичность стабилизатора при этом конечно-же ухудшится.

Стабилизаторы постоянного напряжения

Общие сведения

Стабилизатор – устройство автоматического поддержания в заданных пределах напряжения или тока при воздействии дестабилизирующих факторов (напряжение, ток, температура, давление, влажность и пр.). Стабилизатор обязательно должен иметь регулирующий орган ( регулирующий элемент – РЭ ). В зависимости от способа включения РЭ относительно нагрузки, стабилизаторы делятся на: параллельные и последовательные. В зависимости от того чем управляется РЭ различают стабилизаторы параметрические и компенсационные.

В параметрических стабилизаторах управление РЭ производится тем же внешним воздействием, которое нарушает постоянство выходной величины. В них используются нелинейные свойства характеристик РЭ ( вольт-амперных, ампер-вольтовых, ом-градусных, вебер-амперных, вольт-секундных и др.). В качестве РЭ применяются стабилитроны, терморезисторы, дроссели насыщения и пр.

В компенсационных стабилизаторах управление РЭ производится отклонением выходной величины от заранее заданного значения независимо от того, чем вызвано это отклонение. В этих стабилизаторах обязательно имеется эталонный источник и цепь обратной связи.

Стабилизаторы характеризуются рядом параметров, основными из которых являются:

1. Коэффициент стабилизации по входному напряжению в номинальном режиме:

(4.1)

2. Внутреннее сопротивление стабилизатора:

при (4.2)

3. Температурная нестабильность:

или (4.3)

При ;.

4. Коэффициент сглаживания пульсаций:

, (4.4)

где – амплитуда пульсаций.

Если пульсации считать нестабильностью входного напряжения определённой частоты, то q должен быть равным KU, но обычно это не выполняется в компенсационных стабилизаторах из-за частотных свойств цепи обратной связи, поэтому q ≠ KU.

5. Коэффициент полезного действия: (4.5)

Параметрические стабилизаторы напряжения постоянного тока. В качестве регулирующего элемента (РЭ) наиболее широко применяют стабилитроны, в которых используется обратный участок ВАХ – участок пробоя. Простейший параметрический стабилизатор состоит из балластного резистора R и стабилитронаVD (рис. 4.1). При заданных минимальных и максимальных значениях рабочая точка на ВАХ стабилитрона не должна выходить за пределы рабочего (линейного) участка.

Рисунок 4.1– Параметрический стабилизатор постоянного напряжения

Коэффициент стабилизации этой схемы по входному напряжению:

, (4.6)

Где — коэффициент передачи постоянной составляющей;

rd дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Коэффициент полезного действия стабилизатора:

(4.7)

КПД зависит от диапазона стабилизации и находится в пределах 30…50% поскольку велики потери в балластном резисторе . Поэтому такую схему применяют для маломощных нагрузок.

Читайте так же:
Применение tl431 в стабилизаторах тока

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора может быть увеличен:

каскадным (последовательным включением параметрических стабилизаторов;

использованием мостовой схемы;

включением вместо резистора R токостабилизирующего двухполюсника.

Компенсационные стабилизаторы напряжения. Это более сложные устройства, где обязательно присутствуют источник эталонного напряжения и цепь отрицательной обратной связи (ООС). На рисунке 4.2 представлена принципиальная схема компенсационного стабилизатора непрерывного действия с последовательным РЭ. Регулирующий элемент выполнен на транзисторе VT1, УПТ– на транзисторе VT2, источником эталонного напряжения служит стабилитрон VD, резистор R2 задает рабочую точку стабилитрона. Делитель напряжения выполнен на резисторах R3, R4. При возрастании напряжения U1 в первоначальный момент времени возрастает напряжение на нагрузке U2 и напряжение обратной связи UОС, снимаемое с нижнего плеча делителя напряжения R4. Напряжение ошибки U увеличивается, потенциал эмиттера транзистора VT2 остается постоянным, а потенциал базы становится более положительным. Транзистор VT2 приоткрывается, что приводит к увеличению тока IK2. По закону Кирхгофа для узла: Iδ1 = I1 – IK2 , поэтому ток базы транзистора VT1 уменьшается и транзистор призакрывается. Падение напряжения ∆UКЭ1 увеличивается и напряжение на нагрузке восстанавливается.

Рисунок 4.2– Компенсационный стабилизатор постоянного напряжения

Компенсационный стабилизатор – это система автоматического регулирования с ООС. Дестабилизирующими факторами для выходного напряжения являются изменение тока нагрузки, температура и изменение напряжения на входе. На выходе схемы сравнения получаем сигнал ошибки U, как разность управляющего сигнала и эталонного напряжения. В зависимости от U изменяется состояние РЭ, за счет чего поддерживается постоянство напряжения на выходе U ВЫХ.

Качество стабилизации компенсационного стабилизатора определяется значением петлевого усиления :

(4.8)

где – коэффициент передачи делителя цепи обратной связи;

–коэффициент усиления по току транзистора УПТ, если в качестве УПТ используется операционный усилитель, то , где– сопротивление ОС,– входное сопротивление операционного усилителя;

Kр1 коэффициент передачи по току транзистора РЭ.

Существуют следующие способы повышения качества стабилизации в компенсационных стабилизаторах непрерывного действия:

Увеличение коэффициента усиления по постоянному току за счет использования в качестве УПТ операционного усилителя.При этом, повышается коэффициент стабилизации за счет увеличения коэффициента усиления, но снижается устойчивость системы. Включение цепей коррекции (интегрирующих звеньев) исключает частотные изменения коэффициента усиления и повышает устойчивость. Для увеличения коэффициента усиления Ку можно увеличить сопротивление нагрузки УПТ –R1 (рис. 4.2) и, соответственно, напряжениепитания, подавая его на УПТ от отдельного внешнего источника.

Введение токостабилизирующего звенав выходной цепи УПТ, при этом исключается влияние изменения входного напряжения на выходной ток стабилизатора.

Введение дополнительных источников эталонного напряжения, которые устанавливаются в цепи эмиттера и базы транзисторного усилителя (схема “с двумя эталонами”), при этом повышается чувствительность стабилизатора, но усложняется регулировка выходного напряжения.

Функциональная схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения. Импульсный стабилизатор напряжения (рис 4.3) включает в себя РЭ (VT1), сглаживающий фильтр (LCD), следящий делитель(R5,R6),

Рисунок 4.3– Импульсный стабилизатор постоянного напряжения(а) и эпюры, поясняющие его работу(б)

усилительный элемент (DA1) и широтно-импульсный модулятор (ШИМ-DA2). Силовой контур импульсного стабилизатора имеет два состояния. При подаче управляющего импульса (UШИМ) на силовой ключ VT1 происходит передача напряжения источника питания U1 через открытый транзистор в нагрузку. Накапливается энергия в дросселе фильтра L. При размыкании ключа энергия дросселя передается через обратный диод VD в нагрузку. Если на интервале паузы ток дросселя спадает до нуля, то возникает режим прерывистого тока дросселя, при котором только конденсатор разряжается в нагрузку.

Схема управления включает в себя: делитель напряжения (R5, R6) с коэффициентом передачи Kд = R6/(R5+R6); усилитель сигнала рассогласования DA1 с коэффициентом передачи Kу=R2/R3 (U = UОС – UЭТ); компаратор напряжения DA2, который формирует ШИМ- сигнал. Он равен “1”, если уровень пилообразного напряжения больше уровня напряжения UОС. При возрастании входного напряжения U1 уменьшается площадь между уровнем напряжения “пилы” и UОС, что приводит к уменьшению по длительности ШИМ- сигнала. Среднее значение напряжения на выходе при этом уменьшается, т.е. U02 восстанавливается.

Для компенсационного стабилизатора напряжения импульсного действия коэффициент стабилизации также определяется выражением (4.8), в котором: , где– размах напряжения генератора пилы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию