Пример оформления теоретического занятия
жүктеу/скачать 249,9 Kb.
|
1 2
Байланысты:Электротехника №31 31.10.2020
- Бұл бет үшін навигация:
- ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
| Стабилизаторы напряжения
Виды стабилизаторов и их основные характеристики. Стабилизатором напряжения называют устройство, поддерживающее с определенной точностью неизменным напряжение на нагрузке. Изменение напряжения на нагрузке может быть вызвано рядом причин: колебаниями напряжения первичного источника питания (сети переменного напряжения, аккумулятора, гальванического элемента), изменением нагрузки, изменением температуры окружающей среды и др. По принципу работы стабилизаторы делят на параметрические и компенсационные. В свою очередь параметрические стабилизаторы бывают однокаскадными, многокаскадными и мостовыми. Компенсационные стабилизаторы могут быть с непрерывным или импульсным регулированием; и те и другие могут быть последовательного или параллельного типа. Параметрические стабилизаторы осуществляют стабилизацию напряжения за счет изменения параметров полупроводниковых приборов: стабилитронов, стабисторов, транзисторов и др. Изменяемым параметром полупроводниковых стабилизаторов напряжения является их сопротивление или проводимость. Компенсационные стабилизаторы представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования напряжения на нагрузке, выполненные на полупроводниковых приборах. Выходное напряжение в этих стабилизаторах поддерживается равным или пропорциональным стабильному опорному напряжению, которое обычно создается одним из типов параметрических стабилизаторов. Компенсационные стабилизаторы содержат регулирующий элемент (обычно транзистор), который может включаться последовательно или параллельно нагрузке. Регулирующий элемент может работать в непрерывном или ключевом режимах. В импульсных стабилизаторах используется ключевой режим работы регулирующего элемента. В стабилизаторах с непрерывным регулированием регулирующий элемент работает в непрерывном режиме. По выходной мощности стабилизаторы можно разделить на маломощные (до 1Вт), средней мощности (до 250 Вт) и большой мощности (свыше 250 Вт). Маломощные стабилизаторы используются в измерительной технике, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователях. Стабилизаторы средней мощности используются для питания маломощных электронных устройств. Мощные стабилизаторы применяют для питания лазерных установок, электронных микроскопов и др. По точности поддержания выходного напряжения на нагрузке стабилизаторы делят на прецизионные (изменение напряжения не более 0,005%), точные (изменение напряжения от 0,01 до 0,005%), средней точности (изменение напряжения от 0,1 до 0,01%) и низкой точности (изменение напряжения от 1 до 0,1%). В прецизионных стабилизаторах для получения наивысшей точности поддержания выходного напряжения используются специальные устройства, исключающие влияние изменения температуры окружающей среды (термостаты или криостаты). Основные параметры стабилизаторов напряжения. Параметры стабилизаторов напряжения позволяют сравнивать их по качеству работы, выбирать те, которые удовлетворяют требованиям эксплуатации электронных устройств. К таким параметрам относят: номинальное выходное напряжение Uвых, диапазон изменения входного напряжения Uвх.min и Uвх.max, диапазон изменения тока нагрузки Iн.min и Iн.max, коэффициент полезного действия η, коэффициент нестабильности по напряжению KнU и коэффициент нестабильности по току KнI, коэффициент сглаживания пульсаций KСГ и быстродействие. Номинальное напряжение стабилизации Uвых – это выходное напряжение стабилизатора при нормальных условиях его эксплуатации (определенное входное напряжение, заданный ток нагрузки, установленная температура окружающей среды). Если стабилизатор позволяет регулировать выходное напряжение, то задается диапазон изменения выходного напряжения Uвых.min и Uвых.max. Диапазон изменения входного напряжения Uвх позволяет установить пределы изменения напряжения на входе стабилизатора, при которых сохраняются точностные свойства стабилизатора. Диапазон изменения тока нагрузки Iн позволяет установить пределы изменения тока нагрузки, при котором сохраняются точностные свойства стабилизатора. Коэффициент полезного действия стабилизатора ηст – это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку Рн, к мощности Рпот, потребляемой от первичного источника питания:
Коэффициент нестабильности по напряжению KнU – это отношение относительного изменения выходного напряжения ΔUвых/Uвых к вызвавшему его относительному изменению тока нагрузки ΔIн/Iн:
Коэффициент сглаживания пульсаций — это отношение амплитудного значения пульсаций входного напряжения к амплитудному значению пульсаций выходного напряжения. Быстродействие стабилизатора характеризует его способность быстро отрабатывать скачкообразные изменения входного напряжения или тока нагрузки. Обычно быстродействие стабилизатора определяют временем установления выходного напряжения при заданном скачкообразном изменении напряжения на входе или тока нагрузки. Кроме эксплуатационных используются также расчетные параметры, которые необходимы при проектировании стабилизаторов с заданными свойствами. К таким параметрам относят: дифференциальное выходное сопротивление rст, температурный коэффициент напряжения ТКН, напряжение шумов Uш, временной дрейф выходного напряжения ΔUт и некоторые другие. Параметрические стабилизаторы напряжения выполняют на специальных полупроводниковых диодах: стабилитронах и стабисторах. Для стабилизации напряжения при помощи стабилитрона используют обратную ветвь вольт-амперной характеристики полупроводникового диода, а при помощи стабистора – его прямую ветвь. В стабилитронах используется явление электрического лавинного пробоя. При этом в широком диапазоне изменения тока через диод напряжение на нем меняется очень незначительно. Для ограничения тока через стабилитрон последовательно с ним включают сопротивление. Типовая схема включения стабилитрона приведена на рисунке 3.4. Основными параметрами стабилитрона являются: номинальное напряжение стабилизации Ucr, его дифференциальное сопротивление rст и температурный коэффициент напряжения стабилизации ТКН. Рисунок 3.4 – Типовая схема включения стабилитрона Работа типовой схемы стабилизатора, приведенной на рисунке 3.4, происходит следующим образом. Входное напряжение Uвх через ограничительное сопротивление Rг подводится к параллельно включенным стабилитрону Д и сопротивлению нагрузки Rн. Поскольку напряжение на стабилитроне меняется незначительно, то то же относится и к напряжению на нагрузке. Если входное напряжение увеличивается, то практически все приращение ΔUBX передается на сопротивление Rг, что приводит к увеличению тока в нем. Это увеличение тока происходит за счет увеличения тока стабилитрона при почти неизменном токе нагрузки. Компенсационные стабилизаторы. Структурная схема компенсационного стабилизатора напряжения приведена на рисунке 3.5, а. Выходное напряжение Uвых стабилизатора через делитель напряжения ДН подводится к усилителю сигнала рассогласования (сигнала ошибки) УСО, где сравнивается с выходным напряжением Uоп источника опорного напряжения ИОН. С выхода У СО напряжение ошибки поступает на регулирующий элемент РЭ и изменяет его коэффициент передачи. Выходное напряжение компенсационного стабилизатора не зависит от изменения напряжения на входе Uвх и пропорционально опорному напряжению. В качестве источника опорного напряжения обычно используется один из видов параметрических стабилизаторов, рассмотренных ранее. В этом случае применение делителя напряжения ДН позволяет получать выходное напряжение, отличное от напряжения опорного источника. Рисунок 3.5 - Упрощенная структурная схема стабилизатора напряжения с непрерывным регулированием (а) и функциональная схема стабилизатора фиксированного напряжения (б) По принципу действия компенсационные стабилизаторы делят на две группы: с непрерывным и импульсным регулированием. Основное различие этих стабилизаторов заключается в режиме работы регулирующего элемента: в стабилизаторах с непрерывным регулированием регулирующий элемент работает в непрерывном режиме (т. е. как регулируемое сопротивление), а в стабилизаторах с импульсным регулирования он работает как ключ. Компенсационные стабилизаторы с непрерывным регулированием. Упрощенная схема компенсационного стабилизатора напряжения с непрерывным регулированием приведена на рисунке 3.5, б. В этой схеме делитель напряжения ДН выполнен на резисторах R1 и R2. Коэффициент передачи такого делителя
Источник опорного напряжения Uоп выполнен на стабилитроне VD и гасящем сопротивлении RГ. В качестве стабилитрона можно использовать одну из стабилитронных ИМС. Усилитель сигнала ошибки УСО выполнен на операционном усилителе ОУ. Регулирующий элемент построен на транзисторе VT по схеме эмиттерного повторителя. Коэффициент передачи такого регулирующего элемента близок к единице. Выходное напряжение стабилизатора
Поскольку оно зависит от нестабильности источника опорного напряжения Uоп, то не может быть стабильнее последнего. Следовательно, если обеспечить постоянство тока через стабилитрон, то нестабильность параметрического стабилизатора будет такой же, как и компенсационного. Тем не менее компенсационный стабилизатор имеет ряд преимуществ по сравнению с параметрическим: выходной ток компенсационного стабилизатора может быть значительно больше и ограничивается возможностями регулирующего элемента; стабилитрон VD работает в режиме холостого хода, так как он подключен к высокоомному входу ОУ. Кроме опорного напряжения на нестабильность выходного напряжения влияет изменение коэффициента передачи делителя напряжения. В связи с этим делитель напряжения должен выполняться на резисторах с одинаковым температурным коэффициентом сопротивления. Влияние изменения коэффициента усиления УСО можно практически исключить, если сделать его достаточно большим (больше 1000). Для этого лучше всего подходят операционные усилители. Основным недостатком компенсационного стабилизатора с непрерывным регулированием является его невысокий КПД. В этом стабилизаторе мощность, потребляемая от источника, больше мощности, отдаваемой в нагрузку. Наибольший расход мощности имеет место в регулирующем элементе, так как напряжение на нем равно разности (Uвх - Uвых) и через него проходит весь ток нагрузки. В связи с этим регулирующий элемент РЭ часто устанавливают на теплоотвод. Интегральные микросхемы стабилизаторов напряжения с непрерывным регулированием. Первые интегральные микросхемы компенсационных стабилизаторов напряжения появились в 1967 году. С тех пор их ассортимент достаточно определился, поэтому можно считать, что основными группами таких ИМС являются: - трехвыводные стабилизаторы фиксированного напряжения (положительного или отрицательного); - стабилизаторы фиксированного напряжения с малым падением напряжения на регулирующем элементе (low drop); - стабилизаторы регулируемого выходного напряжения; - многоканальные стабилизаторы. Рассмотрим некоторые особенности этих групп. Стабилизаторы фиксированного выходного напряжения выполнены по структурной схеме, приведенной на рисунке 3.5, б. Недостатком этих стабилизаторов является сравнительно большое (до 2,5 В) падение напряжения на регулирующем элементе. Последнее обусловлено тем, что эмиттерный повторитель нельзя ввести в состояние глубокого насыщения и тем самым снизить падение напряжения на регулирующем элементе. Стабилизаторы с малым падением напряжения (low drop) выполнены на регулирующем элементе с коллекторным выходом. В таких стабилизаторах напряжение на регулирующем элементе снижено почти в 5 раз (до 0,5 В). Упрощенная структурная схема стабилизатора 1158ЕН5 приведена на рисунке 3.6. Рисунок 3.6 - Структурная схема стабилизатора с малым напряжением на регулирующем элементе В схеме использован регулирующий транзистор с двумя коллекторами, один из которых является выходным, а другой — датчиком тока для схемы защиты от перегрузки по току. Кроме того, в схеме имеются еще две защиты: от перегрева и от повышенного входного напряжения. Регулируемые стабилизаторы напряжения имеют дополнительный вывод, предназначенный для подключения делителя выходного напряжения. В связи с этим их часто называют четырехвыводными. Эти стабилизаторы применяют в тех случаях, когда необходимо иметь нестандартное выходное напряжение или требуется точная подстройка. В остальном эти схемы не отличаются от трехвыводных стабилизаторов. Регулируемое выходное напряжение можно получить не только с помощью четырехвыводного стабилизатора, но также и с помощью трехвыводного, как показано на рисунке 3.7. Рисунок 3.7 - Регулируемые стабилизаторы на четырехвыводной ИМС (а) и трехвыводной (б) В четырехвыводном стабилизаторе делитель напряжения подключается к дополнительному выводу (рисунке 3.7, а), а трехвыводном — так, как показано на рисунке 3.7, б. При этом выходное напряжение определяется по формуле:
где UВЫХ СТ - фиксированное выходное напряжение микросхемы, Iп - ее ток питания ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ Изучить материал лекции /занятия Составить конспект лекции в тетради жүктеу/скачать 249,9 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
1 2