Параметрический стабилизатор напряжения.

⇐ ПредыдущаяСтр 15 из 16Следующая ⇒

Принцип действия основан на свойствах полупроводниковых стабилитронов. Рассмотрим типовую вольтамперную характеристику стабилитрона.

Вольтамперная характеристика стабилитрона.

При включении стабилитрона в прямом направлении его характеристика напоминает характеристику обычного кремниевого диода. При включении стабилитрона в обратном направлении (на аноде - «минус», на катоде - «плюс») ток через него вначале растёт очень незначительно, но при определённом значении напряжения возникает «пробой» - режим, при котором незначительное приращение напряжения вызывает значительный ток через стабилитрон (вертикальный участок обратной ветви). Напряжение пробоя называется напряжением стабилизации. В начале пробоя через стабилитрон протекает ток Iст.мин. Чтобы стабилитрон не вышел из строя, ток через него ограничивают с помощью резистора до значения Iст.макс. При изменении тока через стабилитрон от минимального до максимального значения напряжение на нём остаётся практически постоянным.

Схема параметрического стабилизатора напряжения.

Схема представляет делитель напряжения, состоящий из балластного (гасящего) резистора Rб и стабилитрона V, параллельно которому подсоединено сопротивление нагрузки Rн. При изменении напряжения питания U изменяется ток через резистор. Стабилитрон принимает эти токовые изменения на себя: изменяется ток, проходящий через него, а напряжение на нём, а значит и на сопротивлении, нагрузки остаётся без изменения. Если будет изменяться сопротивление нагрузки, то ток через стабилитрон также будет изменяться, а напряжение на нагрузке не изменится.

Компенсационный стабилизатор напряжения.

Параметрический стабилизатор, который мы рассмотрели ранее, прост по устройству, но позволяет питать устройства с потребляемым током, не превышающим максимального тока стабилизации стабилитрона. Поэтому применяют компенсационные стабилизаторы напряжения. Они бывают двух разновидностей: последовательные или параллельные. Название зависит от способа подключения нагрузки к регулирующему элементу. Чаще применяют компенсационные стабилизаторы последовательного типа. Схема такого стабилизатора приведена ниже.

Схема компенсационного стабилизатора последовательного типа.

Здесь регулирующим элементом является транзистор V1, который стоит последовательно с нагрузкой Rн. Выходное напряжение будет равно разности напряжения стабилизации стабилитрона и эмиттерного перехода Uэб. Uэб составляет

доли вольта (у кремниевых транзисторов примерно 0, 6В) и, поэтому в общем случае можно считать, что Uвых приблизительно равно Uст. (На самом деле при рассмотрении работы стабилизатора необходимо учитывать, что напряжение на базе и эмиттере транзистора отличаются на 0, 6 вольта для его нормальной работы).

Работа стабилизатора.

Допустим, что в результате повышения входного напряжения выходное напряжение также увеличилось. За счёт этого уменьшится напряжение на эмиттерном переходе, и транзистор начнёт закрываться. При этом напряжение на участке эмиттер-коллектор Uэк возрастёт настолько, что выходное напряжение уменьшится до прежнего значения. Аналогично работает стабилизатор и при уменьшении входного напряжения. Этот стабилизатор можно представить в виде делителя входного напряжения, состоящего из транзистора и нагрузки. Транзистор выполняет роль сопротивления, значение которого при изменении входного напряжения и тока нагрузки изменяется управляющим напряжением Uэб так, что выходное напряжение стабилизатора остаётся постоянным. Изменение напряжения на регулирующем транзисторе компенсирует изменение входного напряжения и тока нагрузки.

При выборе транзистора необходимо учитывать максимально допустимое напряжение между эмиттером и коллектором, максимальный ток транзистора и максимальную мощность, рассеиваемую транзистором. Резистор R2 необходим для того, чтобы даже при отключённой нагрузке транзистор работал в обычном режиме усиления. Рассмотренный компенсационный стабилизатор, как и параметрический, обладает недостатками: трудно получить точное значение выходного напряжения и регулировать его в процессе эксплуатации. Если есть необходимость в таких регулировках, компенсационный стабилизатор выполняют по следующей схеме:

Схема компенсационного стабилизатора с возможностью регулировки Uвых.

В этом стабилизаторе регулирующим элементом является транзистор V1, источником опорного напряжения – стабилитрон V2. На V3 и R1 выполнен усилитель постоянного тока. Часть выходного напряжения с делителя R3, R5, R4 подаётся на базу V3 и называется Uос – напряжением обратной связи.

Если Uвых. (соответственно и Uос) увеличивается, то база транзистора V3 становится более отрицательной по отношению к эмиттеру, транзистор будет больше открываться, и ток через него увеличится. Следовательно, отрицательное напряжение на его коллекторе уменьшится и на базе транзистора V3 – тоже. Транзистор V1 станет закрываться, его сопротивление увеличится, и напряжение между коллектором и эмиттером V1 возрастёт, что приведёт к уменьшению Uвых и возврату его к прежнему значению. При уменьшении выходного напряжения происходят аналогичные процессы. Точное значение выходного напряжения устанавливается подбором резистора R5.

Сглаживающие фильтры включаются между выпрямителем и нагрузкой для уменьшения переменных составляющих (пульсаций) выпрямленного напряжения. Эти фильтры выполняются из индуктивных элементов – дросселей и из ёмкостных элементов – конденсаторов. Простейший сглаживающий фильтр может состоять только из одного элемента, например дросселя или конденсатора. В малогабаритной аппаратуре сравнительно малой мощности индуктивные элементы фильтра могут быть заменены активными (резисторами).

Сглаживающие фильтры, прежде всего, характеризуются коэффициентом сглаживания q, представляющим собой отношение коэффициентов пульсаций на входе S₀ и выходе S_0H фильтра:

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 11 12 13 141516 Следующая ⇒