1 Краткие теоретические сведения.
Полупроводниковые стабилизаторы напряжения используются в основном для питания электронной аппаратуры. При их разработке нужно обеспечить две группы показателей:
1) максимальное выходное напряжение, заданный диапазон регулирования выходного напряжения, допустимую относительную нестабильность выходного напряжения;
2) максимальный ток нагрузки, диапазон изменений тока нагрузки.
Для того, чтобы нестабильность выходного напряжения укладывалась в заданные пределы, как при изменениях нагрузочного тока, так и при изменениях питающего напряжения, стабилизатор должен иметь соответствующие значения дифференциальных параметров — выходного сопротивления и коэффициента стабилизации.
Стабилизаторы напряжения характеризуются следующими основными параметрами:
а) Коэффициент стабилизации есть отношение относительного приращения напряжения на входе к относительному приращению напряжения на выходе при постоянной нагрузке:
б) Выходное сопротивление характеризует изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки и постоянном входном напряжении:
в) Коэффициент полезного действия (КПД) стабилизатора есть отношение номинальной мощности в нагрузке к номинальной входной мощности:
Различают три метода стабилизации: параметрический, компенсационный и смешанный.
Параметрический метод основан на изменении параметров стабилизирующего элемента таким образом, чтобы скомпенсировать дестабилизирующие факторы. При этом используются бареттеры, стабилитроны, феррорезонансные цепи и другие нелинейные элементы.
При компенсационном методе стабилизации величина выходного напряжения сравнивается с эталонным напряжением и разностное напряжение так воздействует на исполнительный элемент стабилизатора, что при этом компенсируются изменения выходного напряжения.
В смешанных методах стабилизации одновременно используются параметрический и компенсационный методы.
Расчет параметрического стабилизатора напряжения на транзисторах
1 Параметрический стабилизатор напряжения.
В параметрических стабилизаторах напряжения используется прибор с резко нелинейной зависимостью тока от напряжения стабилитрон. Схема включения стабилитрона выбирается так, чтобы при колебаниях входного напряжения выходное напряжение практически не менялось. Схема параметрического стабилизатора напряжения на газоразрядном стабилитроне приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 Схема параметрического стабилизатора напряжения на газоразрядном стабилитроне
Вольтамперная характеристика газоразрядного стабилитрона (рисунок 2) имеет участок АВ, на котором напряжение остаётся неизменным при изменении тока. Напряжение в пределах, соответствующих рабочему участку АВ характеристики, называется напряжением стабилизации.
Рисунок 2 Вольтамперная характеристика газоразрядного стабилитрона
Последовательно с параллельно включенным стабилитроном и резистором нагрузки (рисунок 1) включается балластный резистор , по которому протекает ток . Входное напряжение , где .
В кремниевых стабилитронах рабочий участком вольтамперной характеристики является та часть ее, которая соответствует обратному току обратному напряжению и расположена примерно параллельно оси тока (рисунок 3).
Рисунок 3 Вольтамперная характеристика кремниевого стабилитрона
Схема стабилизатора напряжения с кремниевым стабилитроном, аналогичная схеме с газоразрядным стабилитроном, приведена на рисунке 4.
Рисунок 4 Схема параметрического стабилизатора напряжения на кремниевом стабилитроне
Рассмотрим принцип действия данного стабилизатора. На рисунке 6.3
этой характеристики с суммарной характеристикой сопротивления нагрузки и стабилитрона определяет установившийся режим для данной величины входного напряжения. При изменении входного напряжения характеристика сопротивления RВ перемещается и соответственно перемещается рабочая точка на суммарной характеристике U2 = f (IН + IСТ ).
Как видно из рисунка 6.3, при изменении входного напряжения от U1MIN до U1MAX напряжение на сопротивлении нагрузки изменятся от U2(1) до U2(2) , причем изменение выходного напряжения DU2 значительно меньше изменения
Для определения основных показателей качества параметрического стабилизатора постоянного напряжения представим его эквивалентной схемой для изменений напряжения на входе (рисунок 6.4). Считая, что стабилизатор
Рисунок 6.4 – Эквивалентная схема параметрического стабилизатора постоянного напряжения для изменения напряжения
нагружен на активное сопротивление RН , изменение DU1 является медленным, а дифференциальное сопротивление стабилитрона неизменно в пределах рабочего участка характеристики стабилитрона. Тогда, передаточная функция, связывающая возмущение на входе DU1 с реакцией на выходе DU2 , представляется коэффициентом деления
Отношение DU1/DU2 является дифференциальным коэффициентом стабилизации KСТ. Д., который связан с коэффициентом стабилизации KСТ. U выражением
где K0 = U2/U1– коэффициент передачи постоянной составляющей напряжения стабилизатора.
Коэффициент стабилизации схемы рисунка 6.2 может быть увеличен:
— каскадным (последовательным) включением параметрических стабилизаторов;
— включением вместо резистора RB токостабилизирующего двухполюсника;
Для повышения выходной мощности на выходе включают эмиттерный повторитель (УПТ) как показано на рисунке 6.5
Рисунок 6.5 – Параметрический стабилизатор напряжения с усилителем постоянного тока
Параметрический стабилизатор (резистор RB и стабилитрон VD)
нагружается входным сопротивлением усилительного каскада, включенного по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель) .
Любое изменение U2 (например, вызванное изменением RH) приводит к соответствующему изменению UБЭ и последующее «приоткрывание» или «призакрывание» транзистора VT. Таким образом, УПТ выполняет усиление сигнала по мощности. При этом, коэффициент стабилизации стремится
| R1, % | ||||||||
| U1, В | x | x | x | x | x | x | x | x |
| UCT, В | x | x | x | x | x | x | x | x |
| ICT, мА | x | x | x | x | x | x | x | x |
| UH, В | x | x | x | x | x | x | x | x |
| IH, мА | x | x | x | x | x | x | x | x |
| IK, мА | x | x | x | x | x | x | x | x |
Расчет параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне
Применение параметрических стабилизаторов
Параллельный параметрический стабилизатор находит применение, если одновременно соблюдаются три условия: (1) Напряжение питания сильно выше, чем напряжение, которое необходимо получить (в два или более раза). (2) Нагрузка имеет относительно невысокую мощность. (3) Потребляемый нагрузкой ток изменяется в небольших пределах.
[Сопротивление резистора R1, Ом] = ([Минимально возможное напряжение питания, В] — [Напряжение стабилизации, В]) / ([Максимально возможный ток нагрузки, В]. Иногда делается запас по току на 10% [Мощность R1, Вт] = ([Максимально возможное напряжение питания, В] — [Напряжение стабилизации, В]) ^ 2 / [Сопротивление резистора R1, Ом] [Мощность стабилизирующего элемента (стабилитрона, диода или транзистора), Вт] = (([Максимально возможное напряжение питания, В] — [Напряжение стабилизации, В]) / [Сопротивление резистора R1, Ом] — [Минимально возможный ток нагрузки, А]) * [Напряжение стабилизации, В]Из приведенных формул видно, чем обусловлены три условия применения таких стабилизаторов, описанные выше.
К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.
Составной транзистор. Схемы Дарлингтона, Шиклаи. Расчет, применение.
Составной транзистор — схемы, применение, расчет параметров. Схемы Дарлингтона, .
Конструирование (проектирование и расчет) источников питания и преобра.
Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Прим.
Единица измерения электрического заряда. Электричества. Кулон. Coulomb.
Единица измерения электрического заряда. Кулон. Соотношение с другими физическим.
Автоматическая регулировка усиления сигнала (АРУ, АРУЗ, АРУС). Сжатие .
Схема автоматической регулировки усиления сигнала для сжатия динамического диапа.
Единицы измерения физических величин, доли, соотношения. Электроника, .
Единицы измерения и соотношения физических величин, применяемых в радиотехнике.
Совместимость типовых электронных, радиоэлектронных схем. Нагрузочная .
Проектирование электронных схем на основе типовых блоков. Входные и выходные хар.
