Тема 3.3 Стабілізатори напруги живлення

Стабілізатори напруги – це електронні пристрої, призначені для підтримання сталого значення напруги з необхідною точністю в заданому діапазоні зміни напруги джерела або опору навантаження (дестабілізуючі чинники).  За принципом роботи стабілізатори напруги поділяються на параметричні та компенсаційні. Параметричний метод стабілізації базується на зміні параметрів нелінійного елемента стабілізатора, залежно від зміни дестабілізуючого чинника, а стабілізатор називають параметричним.

В компенсаційному методі стабілізації у вимірювальному елементі порівнюється величина, що стабілізується, з еталонною і виробляється сигнал розузгодження. Цей сигнал перетворюється, підсилюється і подається на регулювальний елемент.

Параметричний стабілізатор напруги на базі стабілітрона показано на рис.3.22.

Рисунок 3.22 – Схема параметричного стабілізатора напруги

 

Особливості роботи такого стабілізаторанапруги базується на тому, що напруга стабілітрона на зворотній ділянці його вольт-амперної характеристики U _{ст. доп}  змінюється незначно в широкому діапазоні зміни зворотного струму стабілітрона. Тобто коливання напруги на вході стабілізатора зумовлюють значну зміну струму стабілітрона при незначних змінах напруги на ньому.

Стабілізатори характеризуються  коефіцієнтом стабілізації –характеризує якість роботи всіх стабілізаторів.

К_{ст U}  = (∆ U _вх / U _{вх ном} )/ (∆ U _вих / U _{вих ном});

який для параметричних стабілізаторів становить  К_{ст U}  = 20…30.

Рівняння електричної рівноваги має вигляд: U = U _н + R _Б∙І, де R _Б - баластний опір, необхідний для зменшення впливу дестабілізуючих чинників на напругу навантаження.

Опір баластного резистора R _Б вибирають таким, щоб при номінальному значенні напруги джерела U, напруга і струм стабілітрона теж дорівнювали номінальним значенням U _ст.н, І_ст.н. Величину І_ст.н визначають за паспортними даними та виразом

І_ст.н = (І_ст.мін + І_{ст.макс} )/2.

Тоді, з рівняння електричної рівноваги, визначаємо баластний опір за виразом

R _Б = (U – U _ст.н )/ (І_ст.н + І_н ),                                                                                                                      

де  І_н = Р_н / U _н ); U ≈ U_d ;  I = І_ст.н + І_н.  

Недоліки: невеликий к-т корисної дії, не більше 0,3; великий внутрішній опір стабілізатора (5-20 Ом): вузький і некерований діапазон стабілізіруємої напруги.

Переваги: простота конструкції і надійність роботи.

 

Компенсаційні стабілізатори напруги – це замкнуті системи автоматичного регулювання із жорстким від′ємним зворотним зв′язком.

Робота компенсаційних (транзисторних) стабілізаторів напруги базується на порівнянні вихідної напруги стабілізатора з еталонною. Якщо вони не рівні між собою, то різниця цих напруг підсилюється й подається на регулювальний елемент, який відновлює вихідну напругу до стабілізованої величини. Такі стабілізатори дозволяють розширити діапазон стабілізованих напруг та забезпечити вищу якість стабілізації (К_{ст U}  ≥ 50) порівняно з параметричними стабілізаторами.

За способом вмикання регулювального елемента відносно навантаження, компенсаційні стабілізатори поділяють на послідовного та паралельного типів.

На рис.3.23 зображено компенсаційний стабілізатор послідовного типу.

Рисунок 3.23 – Схема компенсаційного стабілізатора напруги

 

Транзистор VT1 виконує функцію регулювального елемента, транзистор VT2 – функцію підсилювального елемента. Еталонна напруга задається за допомогою стабілітрона VD. Вона порівнюється з напругою на резисторі R₂, яка пропорційна вихідній напрузі стабілітрона, тому що цей резистор є плечем дільника напруги  R₁,R₂. Різниця цих напруг підсилюється транзистором VT2 і виділяється на резистор R_у . Напруга на цьому резисторі є вхідною напругою регулювального елемента VT1 і, тому, зумовлює зміну напруги емітер-колектор VT1, завдяки чому забезпечується стабілізація вихідної напруги.

 

 

Приклади до розділу

Задача 3.1. Визначити параметри робочої точки транзисторного каскаду із спільним емітером на базі транзистора КТ208Д, що забезпечує на резисторі        R _К = 6,8 кОм максимальну амплітуду вихядної напруги. Напруга живлення каскаду U = 20 В.

Розв'язок:  Напругу емітер-колектор в режимі спокою каскаду для забезпечення максимальної вихідної напруги визначаємо за виразом

U _КЕ0 = ( U _{КЕ max} + U _{КЕ min} )/2 = 10,2 В,

де U _{КЕ max} = U – максимальне значення напруги емітер колектор,

U _{КЕ min} = U _КЕнас = 0,4 В – мінімальне значення напруги емітер-колектор;

U _КЕнас – напруга насичення емітер-колектор (за паспортними даними транзистора).

Струм колектора дорівнює

І_К0 = ( U - U _КЕ0 )/ R _К =1,44 мА.

Струм бази спокою визначаємо за виразом

І_Б0 = І_К0 / h _{21 E} = 0,018 мА,

де h _{21 E} = 40…120 (приймаємо 80) – статичний коефіцієнт за струмом транзистора.

 

Задача 3.2. В транзисторному каскаді зі СЕ на базі транзистора МП40 струм бази спокою І_Б0 = 0,75 мА. Визначити параметри елементів підсилювача, якщо напругаживлення каскаду U = 10 В, опір резистора в колі колектора R _К = 2,6 кОм.

 

                                                                                            Рисунок до задачі 3.2

Розв'язок: Оскільки опір резистора R _К найчастіше вибирають таким, щоб U _КЕ0 = U /2 = 5В, то на підставі цього струм колектора в режимі спокою І_К0 = ( U - U _КЕ0 )/ R _К =1,92 мА. Значення струму емітера в робочій точці дорівнює І_Е0 = І_К0 = 1,92 мА.

Величину опору R _Е переважо приймають R _Е = R _К /10 = 260 Ом, а струм в колі дільника напруги – І₁ = (2…5)І_Б0 = 4∙0,75 = 3 мА.

За вхідною характеристикою U _БЕ = f (І_Б) визначаємо напругу U _БЕ0 = 0,33 В для U _КЕ0 = 5 В.

Значення опорів R ₁ , R ₂ дільника розраховуємо за виразом

R ₁ =U - ( U _БЕ0 + R _Е ∙ І_Е )/ (І₁ + І_Б0) = 2,44 кОм,    R ₂ = ( U _БЕ0 + R _Е ∙ І_Е )/ І₁ = 276 Ом.   

Вибираємо R ₁ = 2,4 кОм, R ₂ = 270 Ом.

 

Задача 3.3. Визначити коефіцієнт підсилення інвертувального підсилювача на базі ОП, якщо опір резистора в ланці зворотного зв'язку 910 кОм, а опір резистора на інвертувальному вході ОП 17,5 кОм.

Розв'язок: Коефіцієнт підсилення інвертувального підсилювача на базі ОП дорівнює: К _u = - R ₂ / R ₁ = - 52, де R ₁ – резистор на інвертувальному вході ОП; R ₂ – резистор в ланці зворотного зв'язку.

 

Задача 3.4. Вибрати стабілітрон для параметричного стабілізатора напруги. Якщо навантаження має такі параметрия: Р_н = 75 мВт; напруга – U _н = 6,8 В.

 

Розв'язок: Оскільки стабілітрон вибирається за напругою навантаження, то U _ст.н = U _н = 6,8 В. Такій умові задовольняє стабілітрон типу КС468А.

 

Задача 3.5. Визначити частоту гармонійних коливань LC-генератора, якщо індуктивність і ємність LC-ланки відповідно 2 мГн, 10 пФ.

 

Розв'язок: Частота гармонійних коливань дорівнює

f₀ = 1/2 π √ LC = 1125966,2 Гц.

 

 

Запитання для самоперевірки

1 Подайте визначення та класифікацію підсилювачів електричних сигналів.

2 Які основні показники роботи транзисторних підсилювачів.

3 Поясніть принцип роботи транзисторного підсилювача зі спільним емітером.

4 Які особливості розрахунку потенціального режиму роботи транзисторного каскаду?

5 Дайте характеристику режимів роботи однокаскадного підсилювача.

6 Поясніть, як здійснюється температурна стабілізація режиму роботи підсилювача?

7 Які особливості роботи однокаскадного підсилювача на базі польового транзистора?

8 Які основні характеристики підсилювачів?

9 Яким чином реалізується зворотний зв'язок у підсилювачах?

10 Види зворотних зв'язків і їх особливості.

11 У чому полягає відмінність операційних підсилювачів від звичайних?

12 Які оновні параметри операційного підсилювача?

13 Яка роль зворотного зв'язку в операційному підсилювачі?

14 Як впливає ЗЗ ОП на його передатну характеристику?

15 Назвіть схеми на базі ОП для реалізації математичних операцій.

16 Подайте особливості застосування операційних підсилювачів для перетворення аналогових сигналів.

17 Поясніть роботу інтегратора.

18 Чому і який елемент називають «нуль-органом»?

19 Яка умова генераторного режиму підсилювача?

20 У чому зміст умови самозбудження генератора коливань?

21 Які особливості застосування операційних підсилювачів в генераторах гармонійних коливань?

22 Чим визначається тип автогенератора коливань?

23 Яка різниця в схема RC- і LC- генераторів?

24 У чому суть стабілізації частоти коливань і які методи стабілізації?

25 У чому полягає параметричний метод стабілізації?

26  Подайте умови вибору стабілітрона для параметричного стабілізатора.

27 Для чого необхідний баластний резистор?

28 На чому базується компенсаційний метод стабілізації?

 

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться: