КОМПЕНСАЦИОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 10Следующая ⇒

В компенсационных стабилизаторах напряжения (КСН) уменьшение степени воздействия дестабилизирующего фактора достигается за счет изменения сопротивления регулирующего элемента (РЭ), включаемого последовательно или параллельно с нагрузкой. Изменение сопротивления осуществляется путем подачи управляющего сигнала на РЭ, формируемого при сравнении выходного напряжения со стабильным опорным напряжением.

Схема последовательного КСН приведена на рис. 4. В ней транзистор VT1 выполняет функции РЭ. Напряжение U_д на выходе делителя R4-R6 сравнивается с опорным напряжением U_ст на КС.

Разность, этих напряжений усиливается усилителем постоянного тока (УПТ) на транзисторе VT2 и управляет током базы VT1.

Особенностью схемы исследуемого КСН является питание цепей базы VT1 и коллектора VТ2 не через резистор, а через токоcтабилизирующую схему на транзисторе VT3. В цепь базы VT3 включены в прямом направлении кремниевые диоды VD1 и VD2. При достаточно большом токе падение напряжения на этих диодах мало зависит от тока и, следовательно, от входного напряжения. За счет этого стабилизируется ток через резистор R2 в цепи эмиттера I_э3и ток коллектора I_к2 (индексы 1, 2, 3 относятся к транзисторам VT1, VT2 и VT3). Следовательно, изменение тока I_к2 вызывает примерно одинаковое по величине, но обратное по знаку изменение тока базы VT1.

Так, увеличение выходного напряжения U_н, вызываемое увеличением входного напряжения U_вх или уменьшением тока нагрузки I_н, приводит к увеличению напряжения на базе и, следовательно, тока базы VT2.

Соответственно в В раз увеличивается ток коллектора I_к2 (В – коэффициент усиления тока базы). Так как I_к3 сonst, то увеличение I_к2 вызовет почти такое же уменьшение I_б1. Это приведет к увеличению падения напряжения U_кэ1 на регулирующем транзисторе VT1, за счет увеличения сопротивления участка коллектор-эмиттер. В результате напряжение на нагрузке U_н восстанавливается почти до номинального значения. Это приближение тем лучше, чем больше коэффициент стабилизации данного КСН.

При уменьшении U_н происходят обратные изменения токов I_б2, I_К2и I_б1, вызывающие уменьшение сопротивления участка коллектор-эмиттер VT1. Применение токостабилизирующего транзистора почти на порядок увеличивает коэффициент стабилизации КСН.

Номинальный коэффициент стабилизации напряжения КСН, схема которого представлена на рис.4, определяется соотношением

К_ст= μ σ λ

где μ – коэффициент усиления УПТ;

σ = ; λ = .

Из приведенных соотношений следует, что величина К_ст тем больше, чем больше усиление УПТ и чем меньше разница между U_сти U_н_nom, а также между U_н_nom и U_вх.

Для КСН с токостабилизирующим транзистором величина К_ст в зависимости от усиления УПТ может быть в пределах 100-1000. Входное напряжение в КСН распределяется между нагрузкой и регулирующим транзистором

U_вх = U_н + U_кэ1.

Падение напряжения на регулирующем транзисторе U_КЭ1 должно быть таким, чтобы при минимальном входном напряжении U_{вх min} VT1 работал в активной режиме. Для этого необходимо U_кэ1=1, 5…2 В. Токостабилизирующий каскад, включенный между коллектором и базой VT1, также должен работать в активном режиме, т.е. U_кб11, 5... 2 В. Поэтому для исследуемого КСН

U_кэ1min = U_кб1 + U_бэ1 (1, 5...2) + (0, 7...1, 0) = 2, 2...3 В,

U_{вх min} = U_Н + U_n + (2, 2…3) В,

где U_n – амплитуда пульсаций входного напряжения.

U_{вх nom} и U_вхmax определяется допустимыми (заданными) изменениями U_вх. Опорное напряжение U_ст выбирается так, чтобы транзистор VT2 при максимальном токе I_к2, (минимальном I_б1) работал в активном режиме (U_кэ2 2 – 2, 5 В). Поэтому

U_ст= U_н + U_бэ1 – U_кэ1 U_н –(1, 3 –1, 8) В (4.1)

Одновременно должны выполняться условия (3.1) и (4.2)

I_{ст max} ; (4.2)

где В – коэффициент усиления тока базы VT1.

Максимальный ток нагрузки КСН определяется максимально допустимой мощностью Р_доп, рассеиваемой транзистором VT1 при максимальном входном напряжении

I_{Н max} .

Для выполнения условия (4.2) при больших токах нагрузки в качестве VT1 применяют составные транзисторы.

Выходное сопротивление КСН обратно пропорционально произведению крутизны y₂₁ = h₂₁/ h₁₁ транзистора VT1 на коэффициент усиления УПТ и для исследуемой схемы имеет порядок сотых долей Ома.

КПД КСН определяется соотношением

где Р_Н – мощность, отдаваемая в нагрузку; Р_Р - мощность, рассеиваемая регулирующим транзистором VT1; Р_T и Р_У – мощность, потребляемая соответственно токостабилизирующим каскадом и УПТ с цепью сравнения (рис.4). Основными составляющими являются Р_Н и Р_Р. Так как при U_Н5В U_КЭ1< U_Н, КПД КСН составляет 50–70%.

Достоинствами КСН являются: возможность плавной установки выходного напряжения (резистором R₅ на рис.5), возможность реализации для больших токов нагрузки, возможность получения больших значений коэффициента стабилизации и малых значений выходного сопротивления, которые могут варьироваться в широких пределах за счет выбора схем токостабилизирующих цепей и УПТ, больший чем в ПСН КПД. Недостатком КСН является относительная сложность схемы.

ИЗМЕРЕНИЯ

Схема рабочего места, на котором производится исследование характеристик ПСН (рис.3) и КСН (рис.4), приведена на рис.5. В ПСН применен термокомпенсирован-

ный стабилитрон Д818Г, (U_СТnom = 9В). В КСН регулирующий транзистор VT1 типа КТ807А, УПТ VT2 – KT315A, токостабилизирующий транзистор VT3 – KТ361A. Источник опорного напряжения на стабилитроне КС168А (U_СТnom = 6, 8 В), обеспечивающий выполнение условия (4.1). Диоды в цепи базы VТ3 типа КТ503Б. (Резистором R1 установлен ток диодов около 10mА при минимальном входном напряжении). Входное напряжение на ПСН или КСН подается через переключатель П1 от выпрямителя В, включаемого ключом К_Л. Напряжение на выходе выпрямителя регулируется двумя ручками: " ГРУБО" и " ТОЧНО". Напряжение на входе и выходе СН измеряется цифровым вольтметром V, переключаемым переключателем П2. Измерение входного напряжения должно осуществляться на пределе " 100В", а выходного – на пределе " 10В". Для исключения повреждения вольтметра после измерения на пределе " 10В" следует установить предел " 100В".

Перед включением питания необходимо устанавливать в исходное положение движки реостатов нагрузки R_Н, соответствующие максимальному сопротивлению, а такие ручки регуляторов напряжения выпрямителя В: " ГРУБО" – в крайнее левое (против часовой стрелки), " ТОЧНО" – в среднее положение.

Кроме того, перед включением питания необходимо установить соответствующие пределы измерения миллиамперметров с тем, чтобы осуществлять отсчеты в пределах 2/3 правой части шкалы.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 789 10 Следующая ⇒