Стабилизатор напряжения на стабилитроне

 

При работе схем выпрямления возможно изменение питающего напряжения и тока нагрузки. Это приводит к изменению среднего значения выходного напряжения схемы выпрямления. Кроме того, напряжение на выходе выпрямителя является пульсирующим. Пульсации напряжения на выходе выпрямителя могут быть уменьшены с помощью фильтра. Схема и диаграммы работы однополупериодного выпрямителя с фильтром на выходе в виде конденсатора С_ф представлены на рис. 3.8. Чем меньше емкость конденсатора и больше ток нагрузки, тем выше пульсации напряжения на нагрузке и меньше его среднее значение (из-за внутреннего падения на элементах схемы). Таким образом, даже применение фильтра не позволяет получить постоянное по величине напряжение без пульсаций.

Задача схемы стабилизатора – получить выходное напряжение неизменным при изменении входного напряжения и тока нагрузки.

Схема простейшего стабилизатора на стабилитроне и диаграммы его работы показаны на рис. 3.9. U_пит – пульсирующее, постоянное по знаку напряжение. Например, это выпрямленное отфильтрованное напряжение. Для схемы можно записать уравнение: U_пит=U_Rб+U_ст; U_ст=U_н. Условие нормальной работы схемы: U_ст< U_пит.min. R_б – баластное сопротивление, на котором падает разница между U_пит и U_ст. Наличие R_б в схеме – обязательно. Выбор R_б выполняется на основе следующих уравнений:

I₁=I_ст+I_н; I_н=U_ст/R_н; I_н.max=U_ст/R_н.min.

 

а )	б )
Рис. 3.9.

Для худшего случая, когда ток нагрузки равен I_н.max:

I₁=I_н.max+I_ст.min.

Для стабилитрона I_ст.min величина заданная. R_б рассчитывается по уравнению

R_б=U_Rб/I₁=(U_пит.min-U_ст)/I₁.

Отсюда получаем:

R_б=(U_пит.min-U_ст)/(I_н.max+I_ст.min).

В этой схеме нельзя получить ток нагрузки больше I_ст.max, если этот ток меняется в широких пределах от 0 до max. Если ток нагрузки величина постоянная, то схема стабилизатора всегда работоспособна. Однако колебания U_пит будут приводить к изменению тока через стабилитрон и эти изменения не должны превышать диапазона I_ст.min¸ I_ст.max. В схеме стабилизатора возможно последовательное включение стабилитронов для получения нужного напряжения стабилизации: U_ст=U_ст1+U_ст2.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Приведите схему однофазного однополупериодного выпрямителя и опишите принцип его действия.

2. В чем специфика функционирования однофазного однополупериодного выпрямителя при прямоугольном входном напряжении.

3. Приведите схему однофазного двухполупериодного выпрямителя и опишите принцип его действия.

4. Сформулируйте постановку задачи схемы стабилизатора.

5. Приведите схему простейшего стабилизатора на стабилитроне и опишите принцип его действия.

6. Приведите методику расчета простейшего стабилизатора на стабилитроне.

 

 

ГЛАВА 4. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Общие принципы

 

Биполярные транзисторы – это приборы на основе трехслойной структуры. Существуют две структуры, которые представлены на рис. 4.1, а, 4.1, б. Структура транзистора имеет три области с тремя чередующимися типами проводимости. В зависимости от порядка чередования областей различают транзисторы p–n–p и n–p–n – типа. Они имеют два p–n – перехода.

а) б)

Рис. 4.1

Транзистор является управляемым прибором. Управляющим выводом является база Б, который делается от среднего слоя. Другие два вывода называются эмиттер Э и коллектор К. Управляющей цепью является переход база–эмиттер Б–Э. Этот переход является диодным и ток через него может протекать только по направлению проводимости диодного перехода. Цепь коллектор-эмиттер К–Э является управляемой. С помощью тока через переход Б–Э управляют током перехода К–Э.

Д Э

Рис. 4.2

Принцип работы транзистора поясняется с помощью рис. 4.2. Переход база-эмиттер (эмиттерный переход) за счет источника Е_б смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база (коллекторный переход) за счет источника Е_к смещен в обратном направлении. Переход база-эмиттер – это диод, включенный в прямом направлении. Переход коллектор-база – это диод, включенный в обратном направлении. Благодаря смещению перехода база-эмиттер в прямом направлении электроны из эмиттера n-типа переходят в базу p-типа и движутся по направлению к обедненному слою на переходе база-коллектор. Эти электроны, являющиеся неосновными носителями в области базы, достигнув обедненного слоя, затягиваются полем объемного заряда коллекторного перехода и стремятся к минусу источника Е_к, создавая тем самым в транзисторе коллекторный ток.

Лишь малая часть электронов в базе p-типа в процессе движения в сторону коллектора рекомбинирует с дырками. Дело в том, что база делается слабо легированной, т.е. с низкой концентрацией дырок, и очень тонкой. Когда электрон рекомбинирует в базе, происходит кратковременное нарушение равновесия, т.к. база приобретает отрицательный заряд. Равновесие восстанавливается с приходом дырки из базового источника Е_б. Этот источник является поставщиком дырок для компенсации рекомбинирующих в базе, и эти дырки образуют базовый ток транзистора. Благодаря базовому току в базе не происходит накопления отрицательного заряда и переход база-эмиттер поддерживается смещенным в прямом направлении, а это, в свою очередь, обеспечивает протекание коллекторного тока. Если коллекторную цепь разорвать, то все электроны циркулировали бы в цепи база-эмиттер. При наличии коллекторной цепи большая часть электронов устремляется в коллектор.

Таким образом, транзистор является прибором, который управляется током. Уменьшение потока электронов через коллекторный переход по сравнению с их потоком через переход эмиттер-база характеризуется коэффициентом передачи тока эмиттера a=I_к/I_э. Обычно a=0, 9¸ 0.995. Отношение тока коллектора к току базы называется коэффициентом усиления тока базы в рассматриваемой схеме включения транзистора (она называется схемой с общим эмиттером). Этот коэффициент обозначают h_21Э. Он равен h_21Э=I_к/I_б> > 1. Обычно h_21Э =10¸ 300.

Физически в работе транзистора принимают участие заряды двух типов (электроны и дырки), поэтому он называется биполярным.

При рассмотрении смещенного в прямом направлении перехода база-эмиттер мы учитывали только электроны, пересекающие этот переход. Такой подход оправдан тем, что область эмиттера n–типа специально легируется очень сильно, чтобы обеспечить большое количество свободных электронов. В тоже время область базы легируется очень слабо, что дает настолько мало дырок, что ими можно пренебречь при рассмотрении тока через переход база-эмиттер. Таким образом, транзистор является усилительным прибором.

В зависимости от схемы включения он может обеспечивать усиление по току, напряжению или по мощности. Возможно одновременное усиление и по току, и по напряжению, и по мощности. Обозначения транзисторов типа p-n-p и n-p-n на схемах показаны на рис. 4.3, 4.4.

Рис. 4.3	Рис. 4.4

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Автоматическое ограничение повышения напряжения.
2. В каких электроустановках можно использовать контрольные лампы в качестве указателей напряжения?
3. В каких электроустановках при пользовании указателем напряжения необходимо надевать диэлектрические перчатки?
4. В четырехпроводной трехфазной цепи произошел обрыв нулевого провода. Изменятся или нет фазные и линейные напряжения.
5. Выберите сталь обладающей высокой сопротивляемостью к износу и контактным напряжениям для изготовления деталей подшипников качения?
6. Выбор рабочей точки биполярного транзистора и ознакомление с режимами усиления переменного напряжения классов A, B, AB и D
7. Выбор трансформатора напряжения.
8. Выключатели переменного тока высокого напряжения
9. Выпрямитель-регулятор напряжения
10. Высвобождение мышечного напряжения
11. Генераторы линейно возрастающего напряжения
12. ГЛАВА 6. ОЦЕНКА “АНОМАЛЬНОГО МЕХАНИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ» В НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ