ЭЛЕКТРОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Электронные стабилизаторы постоянного напряжения подразделяются на параметрические, компенсационные и комбинированные.
Принцип работы параметрического стабилизатора напряжения (рис. 15.11) заключается в поддержании постоянного напряжения на выходе за счет
Рис. 15.11. Функциональная схема параметрического стабилизатора напряжения
перераспределения токов, протекающих через линейный (Rогр) и нелинейный элементы. В качестве нелинейных элементов применяются газоразрядные или кремниевые стабилитроны.
Основным параметром стабилизаторов напряжения является коэффициент стабилизации, равный отношению относительного изменения напряжения на входе стабилизатора (ΔUвх/Uвх) к относительному изменению напряжения на его выходе (ΔUвых/Uвых):
Для стабилизатора, показанного на рис. 15.11,
где rст — динамическое сопротивление стабилитрона.
Достоинствами параметрических стабилизаторов напряжения являются простота устройства и малые габариты, а недостатками — невозможность осуществления плавной регулировки выходного напряжения, малая мощность и малый КПД.
Компенсационный стабилизатор напряжения (рис. 15.12) представляет собой систему автоматического регулирования.
Рис. 15.12. Функциональные схемы компенсационных стабилизаторов напряжения
Сущность компенсационного метода стабилизации напряжения состоит в том, что в процессе стабилизации с помощью измерительного устройства ИУ осуществляется сравнение выходного напряжения с опорным или эталонным Uоп. Разностное напряжение усиливается и подается на регулирующий элемент РЭ, изменяя его сопротивление таким образом, чтобы уровень выходного напряжения не изменялся при изменении входного напряжения.
Регулирующий элемент может включаться последовательно (рис. 15.12, а) или параллельно (рис. 15.12, б) с нагрузкой. В качестве регулирующих и измерительных элементов обычно используются транзисторы.
Принципиальная схема одного из вариантов компенсационного стабилизатора напряжения на БТ с включение РЭ последовательно с нагрузкой приведена на рис. 15.13. Работает он следующим образом.
Напряжение UБЭ2, равное разности между опорным напряжением Uоп,задаваемым стабилитроном VD, и напряжением Uизм, определяемым положением движка переменного резистора R4, определяет коллекторный ток транзистора VT2, протекающий через резистор R1. Режим работы транзистора VT1 и его сопротивление ri = rКЭопределяются напряжением UЭБ1.
Рис. 15.13. Схема компенсационного транзисторного стабилизатора напряжения
Увеличение входного напряжения Uвх в первоначальный момент вызывает увеличение напряжений на нагрузке Uвых и измеряемого Uизм. При этом напряжение │UБЭ2│=│Uизм – Uоп│увеличивается, вызывая увеличение тока IК2 и падения напряжения на резистор R1. Увеличение напряжения на резисторе R1 вызывает увеличение потенциала базы транзистора VT1 и уменьшение напряжения UЭБ1. Сопротивление ri транзистора VT1 возрастает, падение напряжения на нем также возрастает, а напряжение Uвых уменьшается, стремясь к первоначальному значению.
Аналогично уменьшение напряжения Uвх приводит к уменьшению сопротивления ri транзистора VT1 и поддержанию Uвыхна прежнем уровне.
Уровень выходного напряжения зависит от измеряемого напряжения Uизм. При изменении напряжения Uизмбудет изменяться и Uвых,т. е. в рассмотренном стабилизаторе имеется возможность осуществления плавной регулировки выходного напряжения.
Интегральные стабилизаторы напряжения.Наибольшее распространение среди интегральных электронных стабилизаторов напряжения получили компенсационные стабилизаторы на основе микросхем серии К142: К142ЕН1, К142ЕН2, К142ЕНЗ и К142ЕН4 — с регулируемым выходным напряжением; К142ЕН5 — с фиксированным выходным напряжением; К142ЕН6Б — двухполярный с фиксированным выходным напряжением.
Электрические принципиальные схемы ИМС К142ЕН1 и К142ЕН2 идентичны (рис. 15.14) и различаются только значениями допустимых входных и выходных напряжений. Они содержат следующие основные узлы: источник опорного напряжения (транзисторы VT1 и VT2, диоды VD1 и VD2, резисторы R1 и R2);управляющий элемент (транзисторы VT3, VT4 и VT5, резистор R3);регулирующий элемент (транзисторы VT7 и VT8)и устройство защиты (транзисторы VT6, VT9, диод VD3 и резистор R4). Типовая схема включения микросхемы К142ЕН1 или К142ЕН2 приведена на рис. 15.15. Конденсатор С1, включенный
Рис. 15.14. Принципиальные схемы интегральных стабилизаторов К142ЕН1 и К142ЕН2
Рис. 15.15. Схемы стабилизаторов напряжения на ИМС К142ЕН1 (К142ЕН2)
между общей шиной и выводом 6микросхемы, повышает устойчивость стабилизатора. Установка необходимого значения выходного напряжения осуществляется регулируемым делителем R1, R2, определяющим напряжение базы транзистора VT5 и в конечном итоге сопротивление регулирующего элемента (VT7 и VT8).
Коэффициенты нестабильности по напряжению и по току такого стабилизатора не превышают 0,5 и 2 % соответственно при токе нагрузки от 50 до 150 мА. При входных напряжениях 20 В для К142ЕН1 и 40 В для К142ЕН2 значения выходных напряжений могут быть установлены соответственно в пределах 3...12 В и 12...30 В.
Контрольные вопросы и задания
1.Каким требованиям должен удовлетворять полупроводниковый
диод, работающий в однополупериодном выпрямителе, изображенном
на рис. 15.2?
2.К каким последствиям приведет тепловой пробой одного из
диодов в двухполупериодных выпрямителях (рис. 15.3, а и 15.4, а)?
3.Расскажите, как работает двухполупериодный регулируемый
выпрямитель на тринисторах.
4.Для каких целей применяются сглаживающие фильтры и ка
кие требования к ним предъявляются?
5.В чем преимущества фильтра с активными элементами перед
фильтрами с пассивными элементами?
6.Поясните принцип стабилизации напряжения стабилизаторами
компенсационного типа.
ЛИТЕРАТУРА
Агаханян Т. М. Интегральные микросхемы.— М: Энергоатомиздат, 1983.— 464 с.
Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы / Под ред. С. В. Якубовского.— М.: Радио и связь, 1984.— 432 с.
Бедрековский М. А., Кручинин Н. С, Подолян В. А. Микропроцессоры.— М.: Радио и связь, 1981.— 94 с.
Гилмор Ч. Введение в микропроцессорную технику.— М.: Мир, 1984.— 334 с.
Грицевский П. М., Мамченко А. Е., Степенский Б. М. Основы автоматики, импульсной и вычислительной техники.— М.: Сов. радио, 1979.— 392 с.
Ерофеев Ю. Н. Основы импульсной техники.— М.: Высш. шк., 1979.— 384 с.
Жеребцов И. П. Основы электроники.— Л.: Энергоатомиздат, 1985.—382 с.
Забродин Ю. С. Промышленная электроника.— М.: Высш. шк 1982.— 496 с.
Зельдин Е. А. Триггеры.— М.: Энергоатомиздат, 1983.— 98 с.
Криштафович А. К., Трифонюк В. В. Основы промышленной электроники.— М.: Высш. шк., 1985.— 288 с.
Крутякова М. Г., Чарыков Н. А., Юдин В. В. Полупроводниковые приборы и основы их проектирования.— М.: Радио и связь, 1983.— 352 с.
Мирский Г. Я. Микропроцессоры в измерительных приборах.— М.: Радио и связь, 1984.— 160 с.
Основы промышленной электроники/Под ред. В. Г. Герасимова.— М.: Высш. шк., 1985.—336 с.
Пасынков В. В., Чиркин Л. К., Шинков А. Д.— Полупроводниковые приборы.— М.: Высш. шк., 1981.— 432 с.
Полупроводниковые фотоприемники: ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра/Под ред. В. И. Ста-феева.— М.: Радио и связь, 1984.— 216 с.
Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Пер. с нем. / Под ред. А. Г. Алексеенко.— М.: Мир, 1983.—512 с.
Федотов Я. А., Старостин В. В., Щука А. А. Электроника четвертого поколения.— М.: Знание, 1985.— 64 с.
Шилейко А. В., Шилейко Т. И. Микропроцессоры.— М.: Радио и
связь, 1986.— 112 с.