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

где U„ напряжение стабилитрона Д\ выбирается в пределах

U„ = (0,5-0,7) 6U*.

Максимальную мощность, выделяемую в транзисторе ТУ определяют из выражения:

По найденным величинам выбирают тип транзистора

7 2-

Для расчета измерительного звена определяют мак­ симальное значение базового тока транзистора 7У

Стабилитрон Д х выбирают в соответствии с напряже­ нием U„. Максимально допустимый ток стабилитрона не должен быть меньше максимального тока транзисто­ ра 7У

Резистор R2 служит для создания тока в стабилитро­ не при минимальном значении коллекторного тока тран­ зистора ТУ Если минимальный коллекторный ток тран­ зистора Т2 выбран больше, чем минимальный ток стаби­ лизации стабилитрона, надобность в установке резистора

R2 отпадает.

Сопротивление делителя выбирают таким образом, чтобы ток делителя на порядок превышал максимальный ток базы транзистора Т2:

ю/«,,

Изменяя положение рукоятки переменного резистора R3, можно плавно регулировать величину выходного на­ пряжения стабилизатора.

Стабилизатор напряжения, собранный по схеме рис. 92, обладает сравнительно низким коэффициентом ста­ билизации (около 30). Для повышения коэффициента стабилизации следует увеличивать число каскадов уси­ лителя или применять питание усилительного каскада от отдельного маломощного источника стабилизирующе­ го напряжения.

Г Л А В А IX

Тр а н з и с т о р н ы е п р е о б р а з о в а т е л и

на п р я ж е н и я

Преобразователями напряжения называются устройства, служащие для преобразования постоянного напряжения в переменное или в постоянное напряжение другой величины.

В настоящее время на морских судах для этой цели широко применяются электромашинные преобразовате­ ли, представляющие собой две спаренные на одном валу электрические машины ■— двигатель и генератор. Такие преобразователи имеют сравнительно низкий КПД и требуют постоянного ухода за коллекторными узлами и подшипниками электрических машин. Так как в мор­ ских условиях суда подвержены постоянной качке, в мас­ сивных роторах электрических машин развиваются зна­ чительные гироскопические моменты, что приводит к по­ вышенным нагрузкам на подшипники и сокращает срок их службы.

Этих недостатков лишены полупроводниковые стати­ ческие преобразователи. Обладая значительно более вы­ сокими КПД, они практически не требуют ухода и по­ этому являются перспективными устройствами для при­ менения на морских судах.

§ 1. Принцип действия статических преобразователей напряжения

Принцип действия статических преобразователей за­ ключается в использовании полупроводниковых пере­ ключателей для коммутации первичного постоянного напряжения. Работа такого преобразователя поясняется на рис. 93. Силовой трансформатор преобразователя име­ ет первичную обмотку со средним выводом. Средняя точка первичной обмотки соединяется с одним из выво­ дов источника питания.

2 2 7

Рис, 93. Принцип действия преобразователя напряжения

Крайние точки первичной обмотки соединяются с дру­ гим выводом источника питания через ключи К\ и Кг-

Ключи К\ и Кг синхронно переключаются, причем, когда ключ К\ замкнут, Кг разомкнут, и наоборот. Не­ трудно видеть, что напряжение на первичной обмотке меняет периодически свою полярность, т. е. является пе­ ременным. Со вторичной обмотки трансформатора сни­ мается также переменное напряжение, которое подается в нагрузку преобразователя.

Описанное устройство, использующее механические контакты, называется вибропреобразователем и широко используется в системах автоматики. Если вместо меха­ нических контактов применить полупроводниковые клю­ чи, получится преобразователь, не имеющий подвижных частей. Такие преобразователи называют статическими. В качестве полупроводниковых ключей могут быть

схема преобразователя с транзисторными ключами. По своему принципу действия она ничем не отличается от схемы, изображенной на рис. 93. Единственное ее отли­ чие состоит в том, что механические синхронные ключи К\ и Кг заменены транзисторами Т\ и 7V Для синхронно­ го переключения транзисторов используется перемен­ ное коммутирующее напряжение, которое через управ­ ляющий трансформатор Тр% подается в базовые цепи транзисторов. Такая схема преобразователя называется схемой с внешним коммутирующим напряжением. Ча-

2 2 8

Рис. 94. Преобразователь напряжения с внешним возбуждением

стота выходного напряжения в этой схеме равна частоте управляющего напряжения.

На рис. 95 показаны графики электрических процес­ сов в схеме транзисторного статического преобразовате­ ля с внешним возбуждением. В зависимости от мгновен­ ного значения коммутирующего напряжения один из транзисторов открыт, а другой закрыт. Через открытый транзистор положительный полюс источника питания подключается к одной из первичных обмоток трансфор­ матора.

Вследствие этого напряжение первичных обмоток имеет вид прямоугольных разнополярных импульсов. Это напряжение трансформируется во вторичную обмот­ ку и подается на нагрузку.

Другим вариантом схемы преобразователя является так называемая мостовая схема. В этой схеме первичная обмотка трансформатора коммутируется не двумя, а че­ тырьмя транзисторными ключами.

Как и в двухтактной схеме, транзисторные ключи в ней переключаются с помощью источника Коммутирую­ щего напряжения. Мостовая схема обладает рядом пре­ имуществ перед двухтактной. Вот важнейшие из них: максимальное напряжение на закрытом транзисторе в мостовой схеме равно напряжению питания, т. е. вдвое меньше, чем в двухтактной схеме; габариты трансформа­ тора меньше, чем в двухтактной схеме, поскольку транс­ форматор имеет одну первичную обмотку, а не две; при­ меняя два синхронных коммутирующих источника

2 2 9

Рис. 95. Электрические процессы в преобразовате­ ле напряжения

ном состоянии обычно равно 0,3—0,4 В. Однако для того, чтобы входные цепи преобразователя работали стабиль­ но, напряжение вторичных обмоток трансформатора це­ пи управления Тр2 обычно выбирают в пределах 3—5 В. Избыточное напряжение падает на резисторе R\.

Таким образом, мощность цепи управления преобра­ зователя определяется как произведение базового тока транзисторов на напряжение Н2вк вторичных обмоток трансформатора Тр2.

Величину сопротивления резистора R x выбирают из условия

и.2вх- и 6. а

§ 3. Преобразователи напряжения с самовозбуждением

Преобразователи напряжения с самовозбуждением в отличие от преобразователей с внешним возбуждением не нуждаются в дополнительном источнике управляюще­ го напряжения. В таких схемах базовые цепи переклю­ чающих транзисторов получают питание не от отдельно­ го источника напряжения, а от дополнительных вторич­ ных обмоток силового трансформатора преобразователя.

Преобразователь с самовозбуждением, выполненный по так называемой схеме Роера, показан на рис. 96, а.

Выходное напряжение преобразователя и в этом слу­ чае имеет форму прямоугольных импульсов чередующей­ ся полярности, однако частота следования этих импуль-

2 3 2