Недостатки: невысокие значения КПД (0.5-0.6); большая сложность, а следовательно, меньшая надежность; значительная масса и габариты.
Стабилизаторы с непрерывным регулированием могут быть выполнены как с последовательным, так и с параллельным включением регулирующего элемента относительно нагрузки. Стабилизаторы последовательного типа рекомендуется применять с источниками первичного питающего напряжения, имеющими малое выходное сопротивление. КПД стабилизатора напряжения параллельного типа зависит от тока нагрузки. У стабилизаторов последовательного типа эта зависимость выражена слабее, т.е. при одинаковой выходной мощности, стабилизатор последовательного типа имеет более высокий КПД. Стабилизаторы напряжения параллельного типа не требуют принятия мер защиты от короткого замыкания на выходе. У стабилизаторов напряжения последовательного типа при коротком замыкании на выходе резко возрастает напряжение на регулирующем транзисторе, и поэтому для сохранения его работоспособности в схему вводят токоограничивающие защитные элементы. Режим холостого хода на выходе опасен для стабилизатора напряжения параллельного типа, т.к. на регулирующем транзисторе рассеивается большая мощность. В качестве стабилизатора напряжения в разрабатываемом ИВЭП я буду использовать компенсационный стабилизатор напряжения последовательного типа. Структурная схема стабилизатора приведена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 - Структурная схема непрерывного последовательного стабилизатора напряжения
Стабилизатор последовательного типа получает питание от выпрямителя. Стабилизатор состоит из регулирующего элемента РЭ; включенного последовательно с нагрузкой схемы сравнения и усиления постоянного тока. Схема сравнения стабилизатора включает в себя источник опорного напряжения ИОН, измерительный элемент ИЭ и элемент сравнения ЭС. При изменении выходного напряжения на выходе схемы сравнения появляется сигнал разности, который усиливается усилителем постоянного тока УПТ и поступает на вход РЭ. Изменение сигнала на входе регулирующего элемента приводит к изменению на нем напряжения и выходное напряжение изменяется до первоначального с определенной степенью точности. Для питания усилителя используют токостабилизирующий двухполюсник ТСД.
В стабилизаторе напряжения постоянного тока последовательного типа регулирующий транзистор должен быть рассчитан на максимальный ток нагрузки при сравнительно малом напряжении коллектор-эмиттер. Одним из способов увеличения выходной мощности стабилизатора и умен6ьшения мощности рассеяния на регулирующем транзисторе является шунтирование транзистора мощным резистором. Для уменьшения мощности управления регулирующим транзистором применяется составзной транзистор(рис.3.1).
Рисунок 3.1 - Регулирующий составной транзистор
Количество транзисторов, входящих в составной транзистор зависит от максимальных величин тока коллектора VT4(IK4max) и тока коллектора транзистора усилителя(IKУ). Количество транзисторов должно быть таким, чтобы ток базы составного транзистора (Iбр) был на порядок меньше тока IKУ. Так как в качестве транзистора используются маломощные транзисторы и величина IKУ составляет от 2 до 5mА, то соответственно ток Iбр равен от 0,2 до 0,5 mА. В составном транзисторе стабилизаторов напряжения с непрерывным способом регулирования необходимо включение резистора R5, обеспечивающего начальный ток смещения. Включение этого резистора способствует нормальной работе стабилизатора при высоких температурах окружающей среды и малых токах нагрузки.
В составном транзисторе стабилизатора напряжения с непрерывным способом регулирования необходимо включение резисторов R4 и R5, обеспечивающих начальный ток смещения. Включение этих резисторов способствует нормальной работе стабилизатора при высоких температурах окружающей среды и малых токах нагрузки.
Измерительный элемент представляет собой делитель напряжения на резисторах R8, R9, R10. Он представлен на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 - Схема измерительного элемента
Измерительный элемент подключается к выходу стабилизатора напряжения. Коэффициент деления напряжения в процессе работы стабилизатора должен оставаться неизменным. В стабилизаторе делитель напряжения измерительного элемента выполняет роль шунта на выходу схемы, обеспечивая протекание минимального коллекторного тока регулирующего транзистора в режиме холостого тока.
Источник опорного напряжения представляет собой однокаскадный параметрический стабилизатор напряжения представленный стабилитроном VD7, подключенный к базе транзистора VT5. и резистором R6 Он представлен на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 - Схема источника опорного напряжения
Сравнение выходного напряжения с опорным в стабилизаторах напряжения обычно происходит на входе транзистора усилителя сигнала ошибки цепи ООС. Поэтому работа обоих элементов будет рассматриваться одновременно. В качестве усилителя сигнала ошибки используется дифференциальные усилители постоянного тока с эмиттерной связью. Дифференциальный усилитель, представленный на рисунке 3.3 выполнен на транзисторах VT5 и VT6 , причем VT5 работает как обычный усилитель сигнала ошибки. На его вход подается напряжение, снимаемое с резистора R7. В схемах дифференциальных усилителей постоянного тока усиленный сигнал ошибки можно снимать с коллекторов транзисторов VT5 и VT6 в зависимости от требуемой фазы.
Токостабилизирующий двухполюсник изображен на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 – Токостабилизирующий двухполюсник
Токостабилизирующий двухполюсник состоит из транзистора VT1, резисторов R2 и R2 и стабилитрона VD6.
Такой ТСД представляет собой простейший транзисторный стабилизатор тока, обладающий внутренним сопротивлением. Транзистор VT1 управляется разностью напряжений стабилитрона VD6 и падением на резисторе R3. Напряжение на стабилитроне VD6 изменяется незначительно и так как оно приблизительно равно напряжению на резисторе R3 , то токи эмиттера и коллектора транзистора T1 почти не изменяются при изменении входного напряжения.
Имея принципиальные схемы функциональных узлов можно составить принципиальную схему стабилизатора напряжения. Принципиальная схема стабилизатора напряжения представлена на рисунке 3.5.
Рисунок 3.5 — Принципиальная схема стабилизатора напряжения
Принцип действия стабилизатора напряжения заключается в том, что в случае изменения тока нагрузки в сторону увеличения, например, выходное напряжение уменьшается за счет увеличения падения напряжения на «переходе» коллектор-эмиттер регулирующего транзистора VTp, который состоит из транзисторов VT2, VT3 и VT4, соединенных последовательно. Это вызовет уменьшение напряжения UНД на нижнем плече делителя напряжения. Вследствие этого потенциал базы транзистора VT5 станет менее положительным, что вызовет уменьшение его базового и коллекторных токов. Ток базы транзистора VTp станет больше, что приведет к уменьшению падения напряжения на «переходе» коллектор-эмиттер транзистора VT4. Выходная величина увеличится до первоначального значения.
При изменении входного напряжения U0 (например, увеличение) в начальный момент времени начнет увеличиваться выходное напряжение UН, что приведет к увеличению напряжения UНД нижнем плече делителя. Напряжение UНД сравнивается с опорным напряжением UОП стабилитрона VD7. Увеличение напряжения UНД приводит к увеличению положительного потенциала базы транзистора VT5 и уменьшению тока базы транзистора VTp, состоящего из транзисторов VT2, VT3 и VT4, соединенных последовательно относительно эмиттера. Ток базы транзистора VTp уменьшается, что приводит к увеличению напряжения на «переходе» коллектор-эмиттер. Напряжение на выходе уменьшается до первоначального с определенной точностью. Регулирование выходного напряжения в схеме осуществляется потенциометром R9. При перемещении движка потенциометра в направлении плюсовой шины стабилизатора увеличивается напряжение UНД, что приводит к увеличению токов базы и коллектора VTp будет уменьшаться, увеличивая напряжение на «переходе» коллектор-эмиттер данного транзистора и напряжение на выходе стабилизатора будет уменьшаться. При перемещении движка потенциометра в сторону минусовой шины напряжение на выходе стабилизатора будет увеличиваться.
Определяем максимальный ток через регулирующий транзистор VТ4
где IН – номинальный выходной ток нагрузки, А;
IВН – ток потребляемый схемой стабилизатора равный 20-30 мА.
Определяем максимальное выходное напряжение стабилизатора
где Uвых – номинальный выходное напряжение, В;
k – нестабильность выходного напряжения в %., k = 0,02.
Определим амплитуду пульсации на входе стабилизатора
Зададимся значением Uкэ4min = 2В
Определим минимальное напряжение на входе стабилизатора.
Определим номинальное напряжение на входе стабилизатора
где amin=0,2
Определим максимальное напряжение на входе стабилизатора
где amax=0,2
Определим min выходное напряжение стабилизатора
Определим напряжение коллектор-эмиттер на транзисторе VТ4
Из подсчитанных данных видно, что Uкэ4=17В будет максимальным.
Определим максимальную рассеивающую мощность транзистора.
Выбираем транзистор VТ4 по следующим параметрам:
По [6] выбираем транзистор типа П210Ш
Определим минимальные и максимальные токи базы
Количество транзисторов входящих в составной зависит от максимальной величины тока коллектора транзистора VТ4 Iк4max и тока коллектора транзистор усилителя VT6 Iку. Их число должно быть таким, чтобы ток базы составного транзистора Iбр был на порядок меньше тока коллектора Iку. Так, как в качестве VT6 используется маломощные транзисторы и величина тока Iку составляет 2¸5мА, то соответственно ток Iбр должен быть равен 0,2¸0,5 мА. Из рассчитанных данных видно, что необходим транзистор VТ3.
Страницы: 1, 2, 3, 4
