Файл: Федосеев П.Г. Основы проектирования транзисторных стабилизаторов напряжения учеб. пособие для студентов специальности 0615 Звукотехника.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.07.2024
Просмотров: 92
Скачиваний: 0
<рР (СО) — аргумент |
(фазочастотная |
характеристика петле |
||||||
|
вого усиления). |
|
|
|
|
|
||
При этом точками входа замкнутой системы являются точки, |
||||||||
^соответствующие |
выходу делителя |
обратной |
связи, |
которые |
||||
в замкнутой |
системе совпадают (точки |
между |
общим |
проводом |
||||
и базой Ту). |
|
|
|
|
|
|
|
|
Пусть на |
некоторой |
критической |
частоте |
со = сйкр |
выполня |
|||
ются равенства: |
|
|
|
|
|
|
|
|
фр(сокр) = ± п —условие «баланса |
фаз»; |
|
|
|||||
•/Ср(соКр) = 1 —условие «баланса |
амплитуд». |
|
обратная |
|||||
Условие баланса фаз означает, что отрицательная |
||||||||
связь при co = Q)Kp |
превращается |
в |
положительную, |
поскольку |
||||
к сдвигу по фазе при со = 0 ф ( 0 ) = я , |
введенному преднамеренно |
при выполнении системы регулирования, на критической частоте добавляется фазовый сдвиг на угол Фр(сонр) = ± л , появляю
щийся за |
счет фазовых искажений в элементах системы. Следо |
||
вательно, |
на критической " частоте колебания |
с |
выхода внбвь |
поступают на вход с фазовым сдвигом, равным |
нулю (или 2я, |
||
что то же самое): |
|
|
|
|
М % ) = ?(0) + ? р ( % ) = * + * = 0; |
2* ... |
Условие баланса амплитуд означает, что после прохождения контура регулирования сигнал частоты соКр поступает вновь на вход, не ослабляясь по величине.
Коэффициент усиления замкнутой системы при ©Кр обраща ется в бесконечность:
| К , ( у Ч Р ) 1 = Х Х + \ ~ ' Е ± * = С О
Это следует трактовать так: хотя извне на систему сигнал не поступает, на выходе замкнутой системы имеются колебания частотой шкр, которые поддерживаются неограниченно долго. Таким образом, в системе выполняются граничные условия само
возбуждения. На практике, даже |
при слабом неравенстве |
^ Р ( М К Р) > U амплитуда колебаний, |
вызванных какой-либо ма |
лой флюктуацией (например, тепловым шумом сопротивлений), включающей спектральную составляющую частоты сйКр, нара
стает до |
тех пор, пока. не наступает ограничение из-за |
нели |
|
нейности характеристик |
системы. |
|
|
Из сказанного вытекает, что об устойчивости системы |
можно |
||
судить, |
рассматривая |
амплитудночастотную (АХЧ) и |
фазо- |
частотную (ФЧХ) характеристики разомкнутой системы, пока
занные |
на рис. 1.7. |
" |
Частота соСр, на которой логарифмический коэффициент уси |
||
ления |
равен нулю (201g/<p(cocp) =201gl =0), называется часто |
|
той среза, после которой разомкнутая |
система ослабляет си |
|
гналы, поступающие на вход. |
|
19
Если частота среза выше критической, то Др(сокР )>1 [20Ig/Cp((oKp) > 0 ] и система неустойчива (рис. 1.7,а).
Таким образом, чтобы стабилизатор был устойчив, необхо димо потребовать, чтобы частота среза была меньше крити
ческой, поскольку в этом случае |
(рис. 1.7, б) /Ср(сокр) < 1. |
[гОСд Кр(и) |
20 Cq Кр (и)) |
|
- £)АЧХи ФЧХ |
|
S) |
Кр (U) и ?р |
(U) |
|||
|
Апериодического |
звена |
|
при |
7* " Тг - |
- 7* |
||
|
|
|
Рис. |
1.7 |
|
|
|
|
Это условие является следствием частотного критерия устой |
||||||||
чивости |
Найквиста. |
|
|
|
|
|
|
|
Если |
в разомкнутом |
состоянии |
|
стабилизатор представляет |
||||
собой последовательное соединение нескольких каскадов, то |
||||||||
|
/Ср((о) = |
/Г,И-/С2 («))-/С8 (<о)...; |
||||||
|
<Рр ( № ) |
9l ( t 0 ) + ? 2 |
( ш |
) |
+ |
<Рз ( ш ) |
+ • • • . |
|
|
20 Ig Кр |
|
л |
|
20 Ig Kt (со) |
|||
причем |
(ш) = ^ |
|
||||||
|
|
|
/ |
= |
1 |
|
|
|
20
АЧХ и ФЧХ отдельного усилительного каскада постоянного тока приближенно отвечают характеристикам апериодического инер ционного звена (рис. I . 7, в):
Ki (0) ? .(ш) = - arctgw7b
V1 + о>7£
где Ki(0) — коэффициент усиления при со = 0; Ti — постоянная времени.
Частоту сос. = у - называют частотой сопряжения низкочастот
ной и высокочастотной асимптот АЧХ, для которой <з (сос) =
= -^- и /Сг(шо) =0,707 Ki (0), т. е. имеется спад усиления на 3 дБ.
Теоретическое исследование устойчивости показывает, что, чем больше отличаются друг от друга постоянные времени, тем больше допустимое значение статического коэффициента усиле ния разомкнутой системы Кр(0)пои, при котором еще сохраня ется устойчивость. Например, в системе с тремя апериоди ческими каскадами
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
То •, |
Т, |
, |
7V |
, т± |
|
|
|||
|
|
|
М 0 ) д о п < 2 + ^ + ^ + - ^ Ч - ^ + ^ Г + ^ |
|
|
( 1 0 ) |
||||||||||||||
|
В табл. 1-1 даны значения /Ср(0)д о п в зависимости от числа |
|||||||||||||||||||
каскадов п и соотношения постоянных времени |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7", |
Г, |
1± |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т3 |
|
Т, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При |
я = 1 |
|
( Г 1 = Т2 |
= 7'з = ... ) |
общий |
сдвиг |
по |
фазе |
фР(со) = |
|||||||||||
= /i-arctgcor |
быстро |
|
нарастает при |
со—>-CUC, а усиление |
падает |
|||||||||||||||
еще мало: |
20 lg/Cp (coc ) =20 lg/Cp (0) —3-пдБ |
(рис. 1.7). |
Поэтому |
|||||||||||||||||
условия |
устойчивости |
нарушаются |
уже |
при |
малом |
значе |
||||||||||||||
нии KPi0). |
|
Если |
же |
посто- |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
1-1 |
||||||
янные |
времени |
отличают |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ся |
сильно, |
то |
спад |
АЧХ \ . |
я |
3 |
|
4 |
|
5 |
|
6 |
||||||||
системы |
сначала опреде |
а |
\ ^ |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
ляется |
одним звеном |
(кас |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
кадом) |
с |
большой |
посто |
1 |
|
|
S |
|
4 |
|
2,09 |
2,34 |
||||||||
янной |
времени, |
когда |
фа |
|
|
|
|
|||||||||||||
5 |
|
|
37 |
|
30 |
|
|
29 |
|
26 |
||||||||||
зовый |
сдвиг |
фр |
(ш) |
|
нара |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
стает |
|
еще |
|
медленно. |
10 |
|
122 |
|
110 |
|
ПО |
|
ПО |
|||||||
С |
ростом |
частоты |
допол |
100 |
|
10 200 |
10 |
100 |
|
10 |
098 |
10 |
097 |
|||||||
нительный |
фазовый |
сдвиг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
за |
счет |
остальных |
|
каскадов |
проявляется |
заметно |
лишь |
|||||||||||||
тогда, |
|
когда |
|
коэффициент |
усиления |
Кр |
(со) | |
w |
> Ш с 1 |
стано |
вится мал за счет спада, внесенного каскадом с большой по стоянной времени. Поэтому условия устойчивости соблюсти легче даже при большом Кр(0).
21:
В транзисторном стабилизаторе исполнительный и согласую щие каскады выполняются по схеме эмиттерного повторителя. В этой схеме заметный спад коэффициента передачи наступает при частотах, примерно равных (0,2-^0,6) / а где fa — граничная частота транзистора в схеме с общей базой. Очевидно, что тран зисторы ТС\, Тс2 и Тп должны иметь разные частоты соа.
Усилительный каскад по схеме ОЭ характеризуется верхней частотой пропускания
Л ~ 1 + л 2 1 э « Л -
Чтобы постоянная времени этого каскада существенно отли чалась от постоянных времени исполнительного и согласующих каскадов, можно использовать два пути. В первом случае усили тельный каскад выполняют на транзисторе того же частотного диапазона, что и остальные, но искусственно сужают полосу равномерного пропускания за счет местной обратной связи. Для этого шунтируют промежуток коллектор—база Г у емкостью '0,01—0,1 мкФ.
В таких стабилизаторах уже на сравнительно низких часто тах (2—5 кГц) имеется спад петлевого усиления и, следова тельно, наступает уменьшение коэффициента стабилизации, а также рост выходного сопротивления.
Во втором случае в усилительном каскаде используют весьма высокочастотный транзистор и применяют меры для ослабления влияния паразитной емкости монтажа. Тогда удается получить устойчивый стабилизатор,-обладающий высоким коэффициентом стабилизации и низким выходным сопротивлением в широком диапазоне частот (десятки и даже сотни килогерц). В настройке такие стабилизаторы сложнее и часто требуют использования дополнительных средств коррекции частотных характеристик от дельных каскадов.
Г л а в а I I . ВЫБОР СХЕМЫ СТАБИЛИЗАТОРА
§ 1. ОБЩИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ
Разработка схемы транзисторного стабилизатора напряже ния (ТСН) производится исходя из требований технического задания.
Мощность, величина выходного напряжения и тока и диапа зон возмущений влияют, главным образом, на выбор схемы силовой цепи — исполнительного и согласующего каскадов.
Требования к точности стабилизации определяют построение схемы формирования й усиления сигнала ошибки.
22
Кроме того, схема стабилизатора должна выбираться.с уче том ряда специальных требований, таких, как необходимость в плавной регулировке величины стабилизированного напряже ния, нечувствительность стабилизатора к перегрузкам и корот ким замыканиям на выходе, способность работать при импульс ных нагрузках и т. д.
Следует иметь в виду, что указанная совокупность требова ний влияет не только на выбор схемы собственно стабилиза тора, но и на построение схем выпрямительных устройств, пи тающих силовую и усилительную цепи стабилизатора.
В зависимости от характера возмущений различают следую щие типовые условия работы ТСН.
1. Напряжение источника энергии (сети) изменяется, сопро тивление нагрузки неизменно, выходное напряжение регулиро
вать не требуется: Uc = var; / н = I u N = const; |
UuN |
= const. |
2. Изменяются напряжение сети и сопротивление нагрузки, |
||
выходное напряжение—нерегулируемое: |
Uc = |
var\ / n = var; |
UUN= const. |
|
|
3. To же, что и в предыдущем случае, но стабилизатор дол жен иметь регулируемое значение стабилизированного напря жения в пределах от iVnmm—const до £ / H m a x = const.
Первый из названных случаев является самым простым, вто
рой — наиболее |
типичным, |
третий случай требует |
усложнения |
|||
схемы стабилизатора, |
если |
необходима |
глубокая |
регулировка |
||
выходного напряжения |
( £ / H m j n |
отличается от t7n m ax на 50% и |
||||
более). |
|
|
|
|
|
|
Неглубокое регулирование выходного напряжения (на 10— |
||||||
20% от f/цтах) |
осуществляется |
за счет |
изменения |
начального' |
падения напряжения на исполнительном транзисторе путем из менения коэффициента передачи делителя обратной связи.
При глубоком регулировании, с целью уменьшения мощности' исполнительного транзистора, осуществляют ступенчатое изме нение напряжения выпрямителя. Последнее производится пере ключателем числа витков вторичной обмотки трансформатора, связанным с переключателем коэффициента передачи делителя обратной связи (рис. II.1). Иногда, если допустимо только плав ное регулирование выходного напряжения, прибегают к встреч ному соединению двух стабилизаторов —опорного с неизменным •.выходным напряжением и стабилизатора с плавно регулируемым выходным напряжением (рис. II.2). Такое включение позволяет изменять полярность выходного напряжения. К. п. д. из-за по
терь в балластных нагрузках R6{Rb) |
низок. |
|
|
|||
В зависимости от требуемой точности различают |
стабили |
|||||
заторы: |
|
|
|
|
|
|
а) |
низкой |
точности ч (допустимая |
погрешность |
более |
± 1 % ) ; |
|
б) |
средней |
точности |
(допустимая |
погрешность |
±0,1 — 0,5%); |
|
в) |
высокой |
точности |
(допустимая |
погрешность |
менее 0,1%). |
23