Файл: Богомолов А.М. Судовая полупроводниковая электроника.pdf

полнительный элемент 3. Чувствительный элемент изме­ ряет отклонение выходного напряжения от номинального значения и через усилитель подает сигнал на исполни­ тельный элемент. В результате сопротивление исполни­ тельного элемента изменяется так, что компенсируется возникшее отклонение выходного напряжения.

Разновидностью стабилизаторов компенсационного типа являются импульсные стабилизаторы, в которых исполнительный элемент работает в импульсном режи­ ме. Это резка уменьшает потери мощности в стабилиза­ торе. КПД таких стабилизаторов может быть равен

0,9—0,95.

§ 2. Параметрические стабилизаторы напряжения

Принципиальная схема параметрического стабилиза­ тора напряжения приведена на рис. 91, в. Она включает в себя кремниевый стабилитрон Ст и балластное сопро­ тивление РоНагрузка включена параллельно стабили­ трону. В номинальном режиме работы стабилизатора величина тока, протекающего через стабилитрон, лежит между предельными значениями /ст. ми» и /ст. макс Напряжение на нагрузке равно напряжению стабилиза­ ции стабилитрона, разность между напряжением пита­ ния и напряжением стабилизации выделяется на балла­ стном сопротивлении.

Для схемы параметрического стабилизатора харак­ терны следующие основные уравнения:

/0—Ат1А;1

При отклонениях от номинального режима происхо­ дит изменение тока стабилитрона, компенсирующее эго отклонение. Если изменяется напряжение питания при постоянном токе нагрузки, то изменение тока стабилит­ рона вызывает изменение падения напряжения на бал­ ластном сопротивлении, в результате чего напряжение на стабилитроне остается неизменным. Изменение тока нагрузки вызывает также изменение тока стабилитрона, причем напряжение и ток балластного сопротивления не изменяются и напряжение на стабилитроне также оста­ ется постоянным.

2 1 9

В соответствии с приведенными формулами парамет­ рический стабилизатор рассчитывают следующим обра­ зом. В качестве исходных данных берут пределы измене­ ния напряжения источника питания U„. мин и (J„. макс. пределы изменения тока нагрузки /„. мин и /н. макс, на­ пряжение на нагрузке. Затем выбирают стабилитрон: на­ пряжение стабилизации стабилитрона должно равнять­ ся напряжению на нагрузке, а диапазон его рабочих то­ ков должен быть больше, чем диапазон изменения тока нагрузки.

После этого рассчитывают балластное сопротивле­ ние, исходя из режима, соответствующего минимально­ му току стабилитрона, т. е. при минимальном напряже­ нии питания и максимальном токе нагрузки:

Полученный результат расчета проверяют на режим, соответствующий максимальному току стабилитрона, т. е. при максимальном напряжении питания и минималь­ ном токе нагрузки. Для этого определяют максимальную расчетную величину тока стабилитрона:

выбранный стабилитрон обеспечит работу схемы в за­ данном диапазоне возмущений. В противном случае сле­ дует подобрать другой стабилитрон с расширенным диа­ пазоном рабочих токов. Когда источником питающего напряжения служит выпрямитель, целесообразно увели­ чить уровень выходного напряжения.

Следует иметь в виду, что под величинами U„.макс и и„. мин следует понимать не средние; а мгновенные мак­ симальное и минимальное значения напряжения пита­

2 2 0

ния, т. е. учитывать амплитуду пульсаций выпрямленно­ го напряжения.

Важным параметром стабилизатора напряжения яв­ ляется температурный коэффициент, определяющий из­ менение выходного напряжения с изменением темпера­ туры окружающей среды. У параметрических стабилиза­ торов он равен температурному коэффициенту применяе­ мых стабилитронов. Для уменьшения температурного Дрейфа стабилизаторов применяют специальные стаби­ литроны с малым температурным коэффициентом.

Кроме того, эффективным способом повышения тер­ мостабильности стабилизаторов является включение по­ следовательно с рабочим стабилитроном второго стаби­ литрона в прямой полярности, как показано на рис, 91, г. Поскольку температурные коэффициенты напряжения на стабилитроне имеют разные знаки при прямом и об­ ратном включении, суммарный температурный коэффи­ циент уменьшается.

Основными недостатками стабилизаторов параметри­ ческого типа следует считать малый коэффициент стаби­ лизации (10—30), невысокую выходную мощность, низ­ кий КПД, невозможность регулирования выходного на­ пряжения. Эти недостатки в значительной степени устра­ няются в стабилизаторах компенсационного типа.

§ 3. Компенсационные стабилизаторы напряжения

Принципиальная схема транзисторного стабилизато­ ра компенсационного типа показана на рис. 92. В схему компенсационного стабилизатора входят измерительный элемент, усилитель и исполнительный элемент.

Измерительный элемент стабилизатора представляет собой нелинейную мостовую схему, два плеча которой образует делитель напряжения R3, а два других — ре­ зистор R2 и стабилитрон Д\. В одну диагональ моста по­

тельный элемент стабилизатора представляет собой од­ нокаскадный усилитель постоянного тока и состоит из транзистора Т2 и резистора нагрузки R ь Исполнитель­ ным элементом является транзистор Ть включенный по­ следовательно с нагрузкой.

2 2 1

Рис. 92. Компенсационный стабилизатор н.т’пяжения

Б поминальном режиме работы напряжение, снимае­ мое с делителя в выходной цепи £/д, незначительно пре­ вышает напряжение стабилитрона t/CT. К переходу эмиттер—-база транзистора Т2 прикладывается разность этих напряжений, и в базовой цепи транзистора возника­ ет некоторый ток базы /б2. Под действием этого тока в цепи коллектора также протекает некоторый ток / к2Этот ток, протекая через резистор R создает на нем па­ дение напряжения с полярностью, указанной на рис. 92.

В номинальном режиме работы падение напряжения на резисторе R х несколько меньше, чем напряжение кол­ лектор—эмиттер транзистора Ть В результате этого к пе­

ние тока через коллектор транзистора Т\. Этот ток, про­ текая через сопротивление нагрузки, создает на нем вы­ ходное напряжение Нвых.

Если по какой-либо причине (например, вследствие увеличения сопротивления нагрузки) выходное напря­ жение стабилизатора увеличится, одновременно с этим увеличится напряжение, снимаемое с делителя (Уд. Это вызовет увеличение базового и коллекторного токов транзистора Т2, а следовательно, и падения напряжения на резисторе R\. В результате уменьшится напряжение база—эмиттер транзистора Т\, что приведет к уменьше­

2 2 2

нию базового и коллекторного токов этого транзистора. Уменьшение тока коллектора транзистора Т2 приводит к уменьшению падения напряжения на нагрузке, т. е. к восстановлению уровня выходного напряжения. Таким же образом можно проследить реакцию схемы и на уменьшение выходного напряжения.

Для расчета стабилизатора задаются пределами из­ менения напряжения питания U„. мш и £/„. макс, предела­ ми изменения тока нагрузки /„. и /„. маКс, а также ве­ личиной выходного напряжения стабилизатора. При ра­ счете компенсационного стабилизатора наиболее ответ­ ственной задачей является выбор регулирующего тран­ зистора Т\. Во время работы стабилизатора в этом тран­ зисторе выделяется значительная тепловая энергия, ко­ торая может привести к перегреву и разрушению тран­ зистора при неправильном расчете схемы. Мощность, рассеиваемая в транзисторе, определяется как произве­ дение напряжения коллектор—эмиттер транзистора па коллекторный ток. Рассчитывают транзистор на наиболее

Максимальное напряжение коллектор—эмиттер опре­ деляют как разность между максимальным напряжением питания и номинальным выходным напряжением:

Максимальный ток коллектора принимают равным максимальному току нагрузки:

По величине рассеиваемой мощности, а также в со­ ответствии с найденными значениями 7/к. э. макс и / к. маКс выбирают тип регулирующего транзистора и способ его охлаждения. Как правило, регулирующий транзистор устанавливают на радиаторе с большой охлаждающей поверхностью. Если рассеиваемая мощность оказывается

2 2 3

настолько большой, что подобрать соответствующий транзистор невозможно ( Р К 1 м а к с > 3 0 Вт), в качестве ис­ полнительного элемента применяют несколько транзи­ сторов, соединенных параллельно.

После выбора регулирующего транзистора определя­ ют значения его базового тока в предельных режимах:

?1

Сопротивление резистора R i выбирают таким, чтобы обеспечивалось протекание максимального тока базы транзистора Т2 при минимальном напряжении коллек­ тор—эмиттер этого транзистора. В этом режиме через резистор R 1 должен протекать также минимальный кол­ лекторный ток транзистора Т\\

лах 1—10 мА.

При выборе транзистора Т2 определяют максималь­ ные значения его коллекторного тока, напряжения кол­ лектор—эмиттер и рассеиваемой мощности.

Максимальный коллекторный ток транзистора Т2 дол­

2 2 4