Главная » Книги и журналы

1 ... 12 13 14 15 16 17 18 ... 32

Схема преобразователя с промежуточным усилителем мощности колебаний, генерируемых однотактной схемой с транзистором Г^, показана на рис. 5-3, е. Промежуточный усилитель мощности способствует более устойчивой работе генератора, увеличивает стабильность частоты генерируемых колебаний и обеспечивает получение необходимой выходной мощности. Здесь также использована однофазная мостовая схема выпрямителя со сглаживающим П-образным фильтром.

В схеме транзисторного преобразователя тока повышенной частоты (рис. 5-3, г) с однотактным генератором с положительной обратной связью имеется пусковая кнопка В, которая служит для пуска генератора в ход. Как только кнопка В замыкается, начинается действие генератора и в течение 1-2 сек на накопительном конденсаторе возрастает напряжение до необходимой величины. Выпрямление напряжения для зарядки конденсатора С, происходит с помощью вентиля Bi.

В результате многократных зарядов напряжение на конденсаторе Ci достигает установленной величины и начинает действовать схема умножения напряжения с конденсаторами -н соответствующими вентилями. Как было показано в § 3-3, через п полупериодов выпрямляемого тока номинальное напряжение на выходе такого умножителя достигнет величины Uq и произойдет разрядка

на нагрузку импульсного характера. В качестве такой нагрузки служит газоразрядная лампа, используемая как фотовспышка при фотографировании. Вот почему практически фотовспышка может действовать с интервалами времени 1-2 сек, которое необходимо для накопления заряда на накопительной емкости С^.

Существуют и другие методы преобразования тока для питания импульсной нагрузки, в частности, импульсной лампы-фотовспышки (рис. 5-4, а). В этом преобразователе генератор работает непрерывно, как только включается входное напряжение. Генерируемые колебания с напряжением С/г на вторичной обмотке трансформатора питают выпрямитель с удвоением напряжения, в результате чего происходит заряд накопительного конденсатора С.,. ., а от него через сопротивление заряжается конденсатор Сд. Как только кнопка К оказывается замкнутой и напряжение на конденсаторе достаточным, так происходит разряд через лампу Л^, сопровождающийся ярким светом.

Как и в схеме рис. 5-3, г, в этой схеме нельзя непрерывно разряжать накопительный конденсатор; требуется некоторое время накопления зарядов, чтобы напряжение на нем и на конденсаторе Сз достигло должной величины. Поэтому между отдельными разрядами лампы (вспышки) проходит вполне определенный интервал времени, примерно 1-2 сек. В качестве индикатора готовности устройства к последующему разряду служит индикаторная неоновая лампочка Л^. При достижении необходимого напряжения на конденсаторе Снак лампочка зажигается. В схеме рис. 5-4, а, используемой на практике, преобразователь питается от аккумулятора

0 Напр,

Pic -J- 50.Q

Рис 5-4. Практические схемы преобразователей тока

с напряжением 6,0 в. Выходное напряжение преобразователя в момент зажигания газоразрядной лампы около 500 в при мощности разряда в 120 ва. Генератор рассчитан на частоту 250 гц. В нем используется импульсная газоразрядная лампа типа В-9.

На рис. 5-4 , б-в приведены схемы комбинированных преобразователей на различные напряжения и токи, причем для стабилизации выходных напряжений применены полупроводниковые стабилитроны, действие которых описано в § 7-2.

§ 5-4. ПРОСТЕЙШИЕ СХЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Для стабилизации выходного напряжения транзисторных преобразователей обычно используются цепи обратной связи между

выходом выпрямителя и генератором-преобразователем. Некоторые простейшие схемы такой стабилизации показаны на рис. 5-5.

Гр д

Рис. 5-5- Схемы стабилизации выходного напряжения преобразователей,

В схеме рис. 5-5, а стабилизация выходного напряжения достигается за счет дополнительной обратной связи, образованной цепью транзисторов Т^-Т^, диодом Дг, делителем напряжения -

и источниками постоянного напряжения £3 и всп* напряжение преобразователя повысится, то ток в цепи

Если выходное

увеличится и вызовет увеличение падения напряжения на сопротивлении R. Это, в свою очередь, приведет к увеличению тока в цепи диода Дз и уменьшению тока в цепи база-эмиттер транзистора Ту. Ток в цепи коллектора этого транзистора и напряжение на вторичной обмотке трансформатора уменьшатся, и выходное напряжение преобразователя снизится. Если же выходное напряжение преобразователя станет меньше его номинального значения, то цепь обратной связи вызовет увеличение тока в цепи базы транзистора Ту и приведет к уве^тичению напряжения на вторичной обмотке трансформатора, а следовательно, и выходного напряжения выпрямителя.

В схеме рис. 5-5, б дополнительная обмотка выходного трансформатора аУдол содержит такое число витков, что только при превышении номинального напряжения выпрямителя напряжение на

этой обмотке больше Ёрсп- В i напряжение

в цепи эмиттер-база транзистора таково, что через цепь коллектора этого транзистора протекает ток и на цепочке CR созда* ется дополнительное смещение, вызывающее уменьшение тока через транзистор Г^. В результате уменьшается ток в первичной обмотке трансформатора и снижается выходное напряжение выпрямителя.

В схеме рис. 5-5, в выходное напряжение преобразователя стабилизируется лишь при изменении сопротивления нагрузки и почти нет реакции на изменения входного напряжения. Действие схемы

сводится к следующему.

При изменении напряжения на выходе выпрямителя за счет

меняющегося сопротивления нагрузки, как это обычно имеет место во всех выпрямителях и отражается в их нагрузочных характеристиках, напряжение на обмотке ау изменится. Если это напряжение повысится, то проводимость диода Да увеличится и изменится напряжение смещения, создаваемое на цепочке СзТ^г- Увеличение этого смещения вызывает уменьшение тока в цепи базы транзистора Ti и приводит к уменьшению тока в первичной обмотке трансформатора, обусловливая снижение выходного напряжения преобразователя.

Использование схем стабилизации преобразователей обычно ограничивается основным требованием, предъявляемым к таким преобразователям: простота и надежность действия схемы. Между тем схемы стабилизации усложняют преобразователь. Поэтому применение схем стабилизации цеаесообразно не во всех случаях использования преобразователей.

§5-5. РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

К релаксационным генераторам относится большой класс генераторов, в которых, как правило, имеется лишь один реактивный накопитель энергии: либо конденсатор, либо индуктивность. По существу все релаксационные генераторы представляют собой преобразователи энергии постоянного тока в энергию с заданным законом изменения тока во времени. Действие таких генераторов связано с протекающими в них процессами заряда и разряда накопителя энергии. В большинстве релаксационных генераторов происходит медленное (длительное) накопление и быстрое расходование энергии при разряде. Типичным релаксационным генератором является 7?С-генератор пилообразного напряжения.

Возможны однотактные и двухтактные релаксационные генераторы. Поскольку двухтактные схемы представляют сочетание двух симметричных однотактиых схем, ниже описываются процессы лишь в однотактиых генераторах.

Подробный анализ н все виды релаксационных генераторов, как и другие типы генераторов, изучают в специальных радиотех-

иических курсах. Здесь же приводятся лишь основные сведения и расчеты, необходимые для изучения маломош.ных релаксационных преобразователей тока.

А. Физические процессы в транзисторном релаксационном генераторе

Простейшая схема однотактного транзисторного релаксационного генератора приведена на рис. 5-6, а. Для удобства анализа процессов, происходящих в описываемой схеме генератора, ее можно заменить эквивалентной схемой (рис. 5-6, б). Здесь транзистор заменен ключом Ки который при определенном режиме работы периодически замыкает и размыкает цепь тока с входным напряжением и^. Трансформатор Тр заменен дросселем L, а конденсатор С включает в себя емкость и собственную емкость обмотки дросселя.

При замыкании ключа Ki ток протекает по обмотке дросселя Ь^ и в его электромагнитном поле запасается энергия, которая затем при разомкнутом ключе вызывает в контуре С1др колебательный процесс, характеризуемый графиками рис. 5-6, е. В результате происходящего колебательного процесса на зажимах контура С1др возникает напряжение переменного тока. Это напряжение вызывает ток в цепи выпрямителя с вентилем В и заряжает конденсатор Ciy создавая на нем и на нагрузке напряжение постоянного тока.

Если бы ключ Kt надолго оставался включенным, то колебания тока в контуре быстро затухли и эффективность преобразования тока была бы ничтол<но малой. Если же ключ Кг периодически замыкается, создавая пополнение запаса энергии в электромагнитном поле дросселя L, то действие преобразователя будет более эффективным и выходное напряжение преобразователя окажется намного выше, чем входное напряжение. Соотношение входного и выходного напряжений зависит от параметров и режима работы преобразователя.

Включение и выключение ключа Ki происходит в зависимости от расхода энергии, накапливаемой в дросселе. Для управления ключом служит цепь обратной связи генератора, включая обмотку

о.с (рис. 5-6, а).

В реальных схемах генератора описанный процесс сводится к следующему. Транзистор схемы рис. 5-6, а обладает характеристиками, показанными на рис. 5-6, г. Пусть в момент времени fi транзистор заперт и рабочая точка находится в начале координат характеристик (точка О). Если с этого момента времени сопротивление цепи коллектора транзистора будет мало, что можно достичь соответствующим режимом работы входной цепи транзистора, то все входное напряжение U будет падать на первичной обмотке w трансформатора и ток через эту обмотку будет линейно нарастать, достигая максимального значения в точке А. При этом максималь-

Бый ТОК станет равным /

.,.снт усиления

транзистора по току при его зключкннн по ск-ше с общим эмиттером, как показано на рис. 5-6, а.

Нарастание тока прекращается в момент временила, когда полярность э. д, с. в цепи обратной связи изменится на противоположную,

hp) Т

(6 16

Рис. 5-6. Схема однотактного релаксационного преобразователя и

графики токов и напряжений.

т1зывая уменьшение тока в цепи базы и лавинообразное уменьшение тока коллектора. Ток коллектора уменьшится до Д-о, соответствующее величине тока базы = 0. При этом рабочая точка Б окажется в том месте, где это показано на характеристиках рис. 5-6, г.

Поскольку ток коллектора резко уменьшается в обмотке а 2, то индуктируется э. д. с. необходимая для нормальной работы выпрямителя, т. е. такое напряжение, при котором осуществляется подза-ряд конденсатора С^. После прекращения заряда конденсатора Ci, когда ток через вентиль прекращается, начинается спадание на-

пряжения на сопротивлении нагрузки. Этот процесс длится до момента времени (рис. 5-6, д).

С момента времени /д описанный процесс начинает повторяться, так как ток вторичной обмотки становится равным нулю и восстанавливается первоначальное значение потенциалов в цепи обратной связи. К этому моменту рабочая точка смещается в начало координат (точка О) и процесс повторяется.

[ля получения расчетных соотношений можно сделать ряд допущений, которые не меняют метод расчета и не вносят существенных погрешностей; индуктивность рассеяния обмоток трансформатора принимается ничтожно малой из-за того, что общее число витков обмоток невелико по сравнению с обычными трансформаторами; обратный ток вентиля и потеря мощности в цепи обратной связи малы, вследствие чего принимается, что в течение времени -4 трансформатор не нагружен; потери в активных сопротивлениях обмоток трансформатора в первом приближении не учитываются; сопротивление цепи базы транзистора по постоянному току принимается неизменным по величине, хотя фактически оно увеличивается с ростом тока коллектора.

С учетом сделанных допущений можно считать, что за время ti-/а ток ВХОДНОЙ пени растет линейно со временем, т. е.

где Li - индуктивность обмоток первичной цепи.

К концу рассматриваемого промежутка времени ток нарастает до максимального значения Ifi.

К моменту времени напряжение на зажимах первичной обмотки трансформатора становится почти равным входному напряжению с7ц^, а напряжение обратной связи

О* С

где и - числа витков обмоток обратной связи и коллектсрной цепи (рис. 5-8, а),

В рассматриваемый промежуток времени ток базы транзистора почти не меняется и приблизительно равен:

hooh-> (5-5)

Ri + Re,

где /?б.э - сопротивление перехода база - эмиттер.

Из уравнения (5-5) следует, что, меняя сопротивление Ri, можно регулировать режим работы транзистора и мощность на его выходе. Обычно параллельно этому сопротивлению включают конденсатор Сщ = 1 ч- 2 мкф. Эта емкость сглаживает переходные процессы, возникающие при изменении величины Ri.

В течение времени 4-полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора меняется, и при некотором его значении

начинает протекать ток через вет^ь ... аъх^есгаых допущениях можно считать, что

Ц U2 = U,. (5-6)

Можно также полагать, что ток вторичной обмотки меняется почти линейно со временем, начиная с некоторого его конечного значения. В таком случае

Когда ток уменьшится до нуля, исчезнет положительный потенциал на базе транзистора и он отопрется. Описанный процесс протекания тока через отпертый транзистор возобновится и будет продолжаться периодически.

Исходя из приведенных соотношений, можно определить время нарастания и спадания тока в виде;

Отсюда следует, что период и частота релаксационного процесса в схеме генератора связаны соотношением:

11 1

(5-9)

На основании уравнения (5-9) можно было бы, как это кажется вначале, выбирать величину индуктивности первичной обмотки трансформатора и тем самым устанавливать частоту релаксационных колебаний. Практически же целесообразнее выбирать рабочую частоту, а параметры генератора определять как зависимые от частоты величины.

Выбор рабочей частоты генератора (частоты релаксации) затруднен в связи с тем, что от нее зависят потери и к. п. д. генератора. О характере этой зависимости можно судить по следующему.

В генераторе имеются три вида потерь: одни потери возрастают с повышением частоты, другие - уменьшаются с повышением частоты и третьи - не зависят от частоты процесса в генераторе.

Потери, возрастающие с частотой, имеются в транзисторе и трансформаторе. В первом случае эти потери связаны с переходными процессами, происходящими в транзисторе. При накоплении энергии в магнитном поле трансформатора ток через транзистор возрастает и вблизи коллекторного п-р-перехода транзистора накапливается бааьшое количество электронных дырок, которые не позволяют мгновенно прекратиться току в коллекторной цепи. Как только потенциал базы становится положительгшш, ток коллектора начинает уменьшаться, но переходный процесс от увели-

чения тока к его уменьшению длится несколько микросекунд. В это время уменьшается скорость нарастания напряжения в об* мотках трансформатора и происходит увеличенное рассеяние мощности на коллекторе транзистора. Естественно, что при одной и той же мощности генератора для того же самого транзистора потери будут зависеть от частоты происходящего переходного процесса. Характер зависимости этих потерь от рабочей частоты генератора показывает прямая 2 на рис. 5-7, а.

г

т

А
т	\		н

j OA 1,2 1,В 3

н

			1 t 1

Убэ

Рис. 5-7. К расчету транзисторного релаксационного генератора.

Потери в магнитопроводе трансформатора также увеличиваются: с частотой. Характер зависимости потерь от рабочей частоты генератора зависит от материала магнитопровода. Если магнито-провод изготовлен из обычной трансформаторной стали, то потери в нем растут приблизительно пропорционально квадрату рабочей частоты Для магнитопроводов из других магнитных материалов потери в трансформаторе могут быть и в иной зависимости от частоты. В частности, потери в трансформаторе могут изменяться с частотой, как показано на кривой 3 рис. 5-7, а.

Потери в обмотках трансформатора в общем случае можно принять уменьшающимися с повышением частоты, так как за счет повышения частоты уменьшается необходимое число витков обмотки. Характер зависимости этих потерь от частоты тока определяется, как это можно показать, не только уменьшением количества меди обмоток, но и качеством магнитопровода, ибо при этом ограничи-

вается величина допустимой мак^ . и тем самым

устанавливается необходимое количество меди обмоток.

В некоторых случаях, при соответствующих качествах магнито-провода и допустимых значениях магнитной индукции, потери в обмотках трансформатора могут оказаться обратно пропорциональными квадрату рабочей частоты генератора. В частности, потери в трансформаторе могут меняться с частотой по кривой 4 рис. 5-7, а. Суммарные потери в генераторе в зависимости от частоты изменяются в соответствии с кривой / на рис. 5-7, а. Очевидно, что наиболее целесообразно выбирать частоту f, соответствующую минимуму потерь. Однако в ряде случаев приходится выбирать частоту Д не только учитывая минимальные потери, но и благоприятные условия работы сглаживающего фильтра преобразователя. Чаще всего выбирают рабочую частоту /р^б > /с-

Практически /p = 300 10 ООО гц в зависимости от типа преобразователя, его мощности, качества трансформатора и ряда других причин. Наиболее подходящая частота иногда определяется экспериментально уже в процессе настройки преобразователя.

Выходная мощность преобразователя при отсутствии потерь в его отдельных блоках может быть приближенно определена на основании того, что в течение каждого рабочего цикла

в электромагнитном поле трансформатора запасается энергия 0,5PmiLiy а при рабочей частоте накапливается энергия

P = 0,5riniLih- (5-10)

Запасенная энергия частично расходуется на компенсацию потерь в трансформаторе и выпрямителе и татько частично рассеивается в нагрузке. Полезная часть энергии, рассеиваемая в нагрузке, определяется мощностью

Рп-РЦгрЦп. (5-11)

где rij-p и Г1в, соответственно, к. п. д. трансформатора и выпрямителя.

Величина полезной мощности

/н-Лпр^вх/вх, (5-12)

где Г1 р = г1г11трЛв - к. п. д. преобразователя; ц^. - к. п. д. генератора.

Величину полезной мощности можно определить и на основании приведенных выше соотношений в виде:

Рн = 0,5/,(/а,Уг1гф, (5-13)

где 0,5/mi ~=к^.

Таким образом, из уравнения (5-13) видно, что полезная мощность в нагрузке зависит в первую очередь от тока Ixy регулируемого при помощи сопротивления в цепи базы транзистора.

1 ... 12 13 14 15 16 17 18 ... 32