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: 102
Скачиваний: 0
которого все транзисторы закрыты. Снижение выходного напря жения из-за большой перегрузки приводит к уменьшению тока коллектора Ти т. е. снижению тока базы Т2, и, следовательно, к запиранию транзисторов Г3 и Т4 , что еще больше снижает на пряжение на выходе и т. д.
Для возврата в нормальный режим после устранения корот кого замыкания кнопкой К подают на стабилитрон такое напря жение, чтобы ovi начал работать в режиме стабилизации (при токах не менее 5—10 мА).
Как упоминалось, триггерный эффект наступает если Un < ^ к с - Поэтому в период, предшествующий срабатыванию за щиты, ток на_выходе стабилизатора достигает 3—5-кратной ве
личины |
по сравнению с номинальным (в зависимости от |
напря |
|
жения |
сети, внутреннего сопротивления выпрямителя |
и т. п.). |
|
В связи |
с этим необходимо, чтобы исполнительный |
транзистор |
|
имел достаточный запас по мощности, номинальное |
напряжение |
стабилитрона было близким к напряжению на нагрузке, а вы прямитель обладал достаточно большим внутренним сопротив лением. Практически такие стабилизаторы выполняют на не большое выходное напряжение (£/„= 15-Т-20 В) и средний ток нагрузки (до 1—2 А).
Коэффициент стабилизации, несмотря на двухкаскадный УПТ, невысок, так как из-за малого входного сопротивления второго каскада (R02 = Лиэ II Ri) усиление первого каскада не велико.
Достоинство схемы в том, что защита достигается без услож нения стабилизатора за счет специальных элементов (транзисто ров, диодов и т. п.).
Подобная, но более сложная схема (рис. I I . 14, б), может быть использована, когда стабилизатор должен иметь высокую
точность |
работы. В |
данном случае питание обоих каскадов |
УПТ осуществляется |
стабилизированным напряжением (/ССЬ |
|
КСо, КС3) |
от добавочного выпрямителя В 2 . Для уменьшения вы |
ходного сопротивления может быть использован канал управ
ления по возмущению |
со стороны нагрузки (резисторы Re—^9). |
Так как оба каскада |
УПТ питаются от отдельного источника, |
то стабилизатор позволяет осуществить плавную регулировку выходного напряжения (резисторы Ri или R2 заменяют в этом случае переменным сопротивлением).
В обоих описанных схемах конденсатор С 3 (порядка 1 мкФ) позволяет улучшить фильтрацию выходного напряжения и спо собствует повышению устойчивости.
Стабилизаторы с параллельным исполнительным транзистором
На рис. 11.15, а показана схема простого стабилизатора с ис полнительным транзистором Г4 , включенным параллельно на грузке. Балластное сопротивление разбито на две части {Rs и
5.0
Яэ), что позволяет использовать дополнительное звено фильтра Ro—С2 для уменьшения пульсаций. С целью снижения потерь мощности в исполнительном транзисторе в цепь его коллектора включен резистор R?, а в цепь эмиттера — мощный кремниевый стабилитрон КС%- Каскад на транзисторе Т3 является согласую щим; в случае необходимости число согласующих каскадов мо жет быть увеличено до 2—3. Использование стабилитрона КС2у
Рис. 11.15
задающего смещения на эмиттере Т^, позволяет осуществить питание усилителя сигнала ошибки на транзисторах Т2 и Ту вы ходным стабилизированным напряжением. В такой схеме рабо чее напряжение опорного стабилитрона Kd должно быть меньше напряжения КС2 (на 2—3 В и более), так как для нормальной работы Т2 напряжение на участке коллектор —: эмиттер не должно быть близким к напряжению насыщения.
Стабилизатор, показанный на рис. I I . 15, б позволяет плавно регулировать выходное напряжение. Для питания стабилизатора использованы два выпрямителя — основной на диодах Ди Д2 с Г-образным фильтром Ь$ = Сф (Ьф имеет компенсационную
51
•обмотку), и вспомогательный маломощный на диодах Дз, Д/, с емкостным фильтром С0 . Оба выпрямителя имеют двухфазную схему с общей нулевой точкой. Напряжение вспомогательного
выпрямителя стабилизируется параметрическим |
стабилизатором |
||||
(/?5, КСг, КС3), |
с выхода которого |
получает питание |
опорный |
||
стабилитрон КС{ |
и |
двухкаскадный |
усилитель |
сигнала |
ошибки |
на транзисторах |
Т\ |
и Г2 . На делитель обратной |
связи JR\, R[, fa |
подается сумма выходного и опорного напряжений.
Силовая цепь стабилизатора содержит в качестве нелиней ного балластного сопротивления лампу накаливания Л, испол нительный Г4 и согласующий Т3 транзисторы, а также добавоч ное сопротивление в цепи коллектора Г4 , которое позволяет снизить мощность потерь на Г4 при широком диапазоне регули рования выходного напряжения.
Весь диапазон регулирования разбит на две ступени. Когда стабилизатор должен иметь большое выходное напряжение, ме ханически связанные переключатели и П2 находятся в поло
жении «а». В этом случае последовательно |
с Г4 включено сопро |
||
тивление' изменяющееся в |
зависимости от |
положения движка |
|
RKI в пределах |
|
|
|
Одновременно коэффициент передачи делителя обратной |
|||
связи изменяется |
в пределах |
|
|
|
^ |
< / С л Е < ^ — |
|
При верхнем |
положении |
движков достигается максимальное |
выходное напряжение, причем коэффициент передачи делителя
обратной связи минимален: KnPm:„ — |
балластное |
|
сопротивление также |
минимально (лампа Л), |
а сопротивление |
А к m a x = Ri<l •+- i?,K2. |
Таким образом, потери |
мощности и напря |
жение на исполнительном транзисторе, несмотря на большое вы ходное напряжение, ограничены.
При нижнем положении движков выходное напряжение сни жается; в этом случае коэффициент передачи делителя обратной
связи соответственно больше: / < " „ . = — |
_j_ R ^ > |
балластное со |
|
де, max |
R |
|
противление возрастает и отвечает сумме сопротивлений ANu и лампы Л, а последовательно с' коллектором Г4 включено мень шее сопротивление (RK = RKZ).
Для'получения более низких выходных напряжений переклю чатели переводятся в положение «б». При этом балластное со противление возрастает и поглощает соответственно большую долю напряжения выпрямителя. Минимальное балластное сопро тивление определяется суммой Ri& и сопротивления нити лампы.
52 |
• |
Величина сопротивления, включенного последовательно с 7"4, изменяется от нуля (при верхнем положении движка) до зна чения RK = RKi. Поскольку в положении «б» сопротивление / ? i совместно с частью Ri замкнуто накоротко, коэффициент пере дачи делителя обратной связи соответственно возрастает по сравнению с первым режимом.
Минимальное |
выходное |
напряжение стабилизатора |
может |
|
быть практически |
равно |
0, |
а максимальное — порядка |
100— |
200 В при использовании |
транзисторов с допустимым напряже |
нием на коллекторе 40—50 В. Точность стабилизации при всех уровнях выходного напряжения высока за счет применения двухкаскадного УПТ и стабилизации напряжения егопитания (на пряжение питания Т% стабилизировано с помощью параметри ческого стабилизатора KCtt—Ra).
Стабилизатор с буферным исполнительным каскадом
Одним из способов уменьшения и ограничения мощности по терь, а следовательно, и габаритов радиаторов исполнительных транзисторов при широком диапазоне стабилизации по напря жению сети является использование буферных .каскадов (рис. I I . 16).
I
°»0 ^"0 *»П %w
Рис. 11.16
Основной стабилизатор с однокаскадным УПТ.выполнен на
транзисторах Г ь |
Г2 , Т3 и 7V Для питания усилителя |
сигнала |
||
ошибки Ti и первого согласующего |
каскада Т2 |
использован |
||
вспомогательный |
выпрямитель В 2 и |
параметрический |
стабили |
|
затор (Ri3, КС&). |
|
|
|
|
53
Последовательно с исполнительным транзистором Г4 вклю чены транзисторы буферного каскада Г5 , Тв, параллельно кото рым включено мощное шунтирующее сопротивление R6. Для управления режимом буферного каскада служат источник не изменного напряжения на стабилитроне КС3 и цепь, содержащая диод Ди резисторы R& и R9. Резисторы Rg, Ri0, Rn и R\2 служат для подпитки цепей баз соответствующих транзисторов запираю щим током при режиме холостого хода и высокой температуре окружающей среды.
В таком стабилизаторе при напряжении коллектора Т,„ мень шем, чем напряжение на стабилитроне КС3, диод Дк открыт и падение напряжения на R& имеет такую полярность, что 7"5 и Т6 открыты.
Возможна |
такая |
настройка |
схемы, |
когда |
Г5 |
и 7V даже |
при |
|||
минимальном |
напряжении сети |
и максимальном |
токе |
нагрузки |
||||||
не заходят в режим |
насыщения |
(за счет подбора КС3 |
с низким |
|||||||
напряжением |
и соотношения Re — Rn). В |
этом случае, |
начиная |
|||||||
с £/RI min, избыток |
напряжения |
выпрямителя |
поглощается |
на |
||||||
Re, Тъ, Те вплоть до |
£УВ = £/В1 щах. Транзистор |
Tik |
поэтому |
рабо |
||||||
тает при минимальном напряжении |
на |
коллекторе |
и |
потери |
мощности в нем невелики. Мощность потерь в транзисторе Г6 при номинальном токе нагрузки по мере увеличения £/в 1 сна чала растет, а затем при £/В1шах падает практически до нуля, поскольку Г5 и Г6 закрываются полностью. Избыток напряжения выпрямителя поглощается на резисторе Re- Последний должен допускать мощность рассеяния, составляющую около 70% общей мощности потерь в исполнительном устройстве.
При малых токах нагрузки |
Т$ и Те оказываются |
закрытыми |
уже при<Ув1 т ш = = £ ' в 1 min-Т а к к а к |
падение напряжения |
на # 6 м а л о |
и напряжение на коллекторе 7"4 уже при UBl min превышает на пряжение стабилитрона КС3. Следовательно, Т,к работает при малых токах нагрузки так же, как и в стабилизаторе без буферного каскада. Поскольку ток нагрузки мал, потери мощно сти на Т4 сравнительно невелики даже при большом напряжении на коллекторе. Параметры схемы подбираются с таким расче том, чтобы максимальные значения мощности потерь в Г4 и Т6 оказывались в предельных режимах почти одинаковыми.
Поскольку максимумы мощности Т4 и Т6 одновременно не возникают, так как РК 4тах наступает при £/в 1 Ш ах и токе / н ~0, 5
Uи min + 1ц max), |
3 £кб max — при /ншах И £УВ 1 «0,5 ((7Bimm + |
+^ D i m a x ) , T O транзисторы Tik и Г5 можно расположить на общем
радиаторе сравнительно небольших размеров. Тем самым до стигается сокращение габаритов стабилизатора. Транзисторы электрически изолируются от радиатора.
Таким образом, подобная схема позволяет получить доста точно большую выходную мощность при ограниченной мощности потерь в исполнительных транзисторах.
54
Тиристорно-транзисторные стабилизаторы
Управляемые выпрямители на тиристорах позволяют в ши роких пределах регулировать напряжение при малой мощности потерь в тиристорах, т. е. малых габаритах исполнительного устройства. Поэтому применение предварительного стабилиза тора на тиристорах позволяет существенно сократить размеры ра диаторов и количество исполнительных транзисторов основного транзисторного стабилизатора и устройства в целом (рис. I I . 17, а).
Тпристорный выпрямитель выполнен по несимметричной мо стовой схеме с ответвляющим диодом и L-C фильтром. Для управления углом включения тиристоров служит синхронизо ванный релаксационный генератор на двухбазовом диоде Д Б Д .
На междубазовый промежуток Д Б Д подается неотфнльтрованное и ограниченное стабилитроном КСг напряжение вспо могательного выпрямителя В2. Это же напряжение трапецеи дальной формы подается через резистор Rn на конденсатор С2, который периодически, с двойной частотой сети, заряжается и подает на эмиттер Д Б Д пилообразное напряжение. Когда на пряжение на эмиттере достигает порогового значения £/э 0 , Д Б Д переходит в состояние высокой проводимости и конденсатор С 3 разряжается на цепь управляющих электродов тиристоров, обут словливая включение того тиристора, анод которого в данный момент времени имеет положительный потенциал.
Для регулирования угла включения тиристоров, с целью стабилизации выпрямленного напряжения, скоростью процесса заряда конденсатора С3 управляют в зависимости от усиленного транзистором Т5 сигнала ошибки. Последний выделяется в ре
зультате сравнения |
неизменного напряжения стабилитрона КС2 |
и напряжения на |
выходе делителя обратной связи i ? 7 — |
Например, когда выпрямленное напряжение возрастает, то воз
растает и напряжение участка база — эмиттер |
Т5, |
коллекторный |
ток последнего увеличивается, а скорость заряда |
С 3 становится |
|
меньше. Поэтому Д Б Д переходит в открытое |
состояние с боль |
шей задержкой относительно начала полупериода, т. е. угол включения тиристора увеличивается, тем самым выпрямленное напряжение на входе транзисторного стабилизатора сохраня ется практически неизменным.
Точная стабилизация напряжения осуществляется транзи сторным стабилизатором, который в данном случае выполнен по простейшей схеме с однокаскадным УПТ. ТСН действует безынерционно и поэтому позволяет не только повысить точ ность стабилизации, но и значительно ослабить пульсации (дей ствует как фильтр), а также устранить влияние переходных ошибок на выходе тиристорного стабилизатора. (Последний об ладает колебательной переходной характеристикой.)
В рассмотренной схеме тпристорный и транзисторный стаби лизаторы действуют независимо друг от друга (автономное
55