Главная » Книги и журналы

1 ... 20 21 22 23 24 25 26 ... 32

Если в стабилизаторе используется усилитель напряжения, снимаемого с сопротивления R, с коэффициентом усиления то коэффициент стабилизации

\ Схемы стабилизаторов тока, нашедших практическое примене-

I нне, показаны на рис. 7-16, в-г. Первая из них построена по принципиальной схеме рис. 7-16, а. Основная часть схемы состоит из регулирующей лампы и сопротивления R, соединенных последовательно с сопротивлением нагрузки R. Для увеличения чувствительности схемы использован усилитель с лампой Л2. Стабилитрон Лз обеспечивает опорное напряжение для лампы Л2, а стабилитрон Л4 - для лампы Лх.

При увеличении входного напряжения и постоянном сопротивле НИИ 7?2 уменьшается отрицательное смещение лампы Л2 и ее анодный ток растет; падение напряжения на сопротивлении R увеличивается и повышается отрицательное смещение лампы Лх* В результате этого сопротивление лампы Лх увеличивается и ток в цепи нагрузки уменьшается. Таким же образом можно проследить за изменениями режима работы схемы при уменьшении входного напряжения, i Схема рис. 7-16, г действует почти так же, как описанная: при

изменении тока нагрузки или входного напряжения меняется потенциал управляющей сетки Лх из-за меняющегося падения напряжения на сопротивлении R2. При этом потенциал экранирующей сетки, как и напряжение смещения на управляющей сетке, остаются почти постоянными благодаря действию стабилитронов Л2 и Лд; изменения тока в нагрузке компенсируются соотвегствующими из-) менениями параметров регулирующей лампы Лх.

Компенсационные схемы стабилизаторов тока являются частными случаями стабилизаторов напряжения такого же типа. К ним ч применимы все приведенные в § 7-4, Б соотношения.

i § 7-5. ТРАНЗИСТОРНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Транзисторные стабилизаторы напряжения и тока строятся почти по тем же схемам, что и электронные стабилизаторы, и разграничение между ними, как и электронных стабилизаторов, является сугубо условным. Транзисторные стабилизаторы, как и электронные, можно подразделить по принципу действия на параметрические, компенсационные и комбинированные, а по сложности схем - на простые и сложные.

Простейшим стабилизатором напряжения постоянного тока является схема эмиттерного повторителя (рис. 7-17, а). Действие схемы в упрощенном виде сводится к следующему. При повышении напряжения Ux возрастает отрицательный потенциал эмиттера транзистора Т, а потенциал базы остается неизменным благодаря

; 8 в. Ю. рогииский

наличию опорного напряжения Ь^,. .лжение между

эмиттером и базой уменьшается, с^олоушлеиие п-р-перехода эмиттер - база повышается, падение напряжения на транзисторе ALk.s возрастает, чем компенсируется повышение входного напряжения, а напряжение на нагрузке остается почти неизменным.

Т

л

Рис. 7-17. Простейшие схемы транзисторных стабилизаторов напряжения

Основные параметры стабилизатора, выполненного по схеме 7-17, а, определяются в следующем виде:

напряжение на нагрузке

и

н

и

к [Гб (1 - Щ) + Г

Гд (1 - щ) +г^ + R

выходное сопротивление стабилизатора

О + г ;

F -

коэффициент стабилизации

К

(7-28)

где Гк, Гб, и ai - первичные параметры транзистора.

Вместо батареи опорного напряжения можно использовать кремниевый стабилитрон, как показано на рис. 7-17, б. При этом внутреннее сопротивление источника опорного напряжения R, как правило, больше Гб. В этом случае:

вых

к

(Гб + ?б)(1 -щ) + г,\

[reiR

к

Re) + f-KRe] V

(7-29)

Сопоставляя соотношения (7-28) и (7-29), можно сделать следующий вывод: для уменьшения выходного сопротивления и увеличения коэффициента стабилизации необходимо выбрать источник опорного напряжения с наименьшим внутренним сопротивлением i?6-Так как источник опорного напряжения с током /g - (1 -а,) / обладает достаточно большим внутренним сопротивлением Rk,

зависимым не только от тока нагрузки /ц, но и от свойств транзистора, то коэффициент стабилизации схем рис. 7-17, а-б невелик.

Для уменьшения тока в цепи источника опорного напряжения и увеличения входного сопротивления стабилизатора часто применяют схему рис. 7-17, е. Здесь транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя и в его нагрузку также входит транзистор Т. Напряжения AUbx и AU включены соответственно: между базой Тк и коллектором Т, между базой и эмиттером Г. В результате фазы изменений этих напряжений такие, что достигается уменьшение тока /б в цепи базы транзистора Тк-

7Ш

(J.h

Рис. 7-18. Схемы транзисторных стабилизаторов напряжения с однокаскадными

усилителями.

Простейшие схемы стабилизации напряжения рис. 7-17 применяются лишь в тех случаях, когда нет необходимости регулировать выходное напряжение стабилизатора и требования к нему по стабильности невелики.

лучшими параметрами обладают стабилизаторы

напряжения и тока, построенные по типу компенсационных схем с использованием усилителей.

Простейшая схема транзисторного стабилизатора напряжения с однокаскадным усилителем приведена на рис. 7-18, а. Действие схемы сводится к следующему. При увеличении напряжения Ua происходит одновременное увеличение напряжения б и тока базы транзистора Т^, увеличивается ток коллектора и уменьшается ток базы Ti, вызывая снижение токов коллектора и эмиттера, этого триода, за счет чего и восстанавливается номинальное напряжение на нагрузке. Точно так же можно проследить и за измене-

ииями токов при уменьшении напри ...... а выходе стаби-

лизатора.

Необходимые расчетные соотношения для определения параметров транзисторного стабилизатора напряжения можно получить на основании следуюш.его.

Для идеального транзистора, управляемого током базы, статический коэффициент усиления по току равен 6. Тогда:

и

/H/6i(i + Pi);

Е

Ri + R

ВХ2 1

R, + R

, (7-30)

61 - ток базы Ti, Rax2 - входное сопротивление Та; ффициенты усиления Ti и по току. На основании соотношений (7-30), можно определить:

и

и,. (1 + W

Е

(1 + Pi)

R1R2

а

1 + R2

1 -f Ri (1 + Pi)

(i+Pi)

К

к

BX2 i

RiRi

BX2 П

1 + R;

Rl + BX5

(7-31)

причем предполагая, что Рз

На основании (7-31) можно заключить, что для увеличения /Сет и снижения величины i?BbJx надо применять транзисторы с большим коэффициентом усиления, сопротивление R выбирать по возможности меньшим и выбирать наибольшее отношение / вх а опорное напряжение Ев - большим.

Параметры стабилизатора можно существенно улучшить, введя дополнительную компенсирующую связь между входом усилителя и коллектором регулирующего транзистора Ti при помощи сопротивления i?3, как это показано на рис. 7-18, б. При наличии такой связи коэффициент стабилизации увеличивается в десятки раз.

На рис. 7-18, 6-д показаны некоторые варианты стабилизаторов с однокаскадными усилителями. Действие этих схем легко уясняется в соответствии с приведенными объяснениями.

Существенного улучшения качеств стабилизатора, как это следует из общих правил (§ 7-2), можно достигнуть, применяя несколько каскадов усиления. Простейшая схема такого стабилизатора приведена на рис. 7-19, а. Здесь только для пояснения приведены два

автономных источника опорного напряжения Е^ и £62- Разностное напряжение на входе усилителя с транзистором Tg усиливается и передается во входную цепь транзисторного усилителя с Tg, оказывая влияние на режим работы регулирующего транзистора Ti. Схема такого стабилизатора несколько упрощается при использовании различных типов усилительных транзисторов, как это можно видеть из схемы рис. 7-19, б.

В практических схемах стабилизаторов удается избежать необходимости дополнительных автономных источников питания за счет применения кремниевых стабилитронов. В простейшем случае схема стабилизатора могла бы бьпь представлена так, как показано

Рис. 7-19. Схемы транзисторных стабилизаторов напряжения

с двухкаскадными усилителями постоянного тока.

на рис, 7-19, в. При этом следует иметь в виду, что при практическом осуществлении подобная схема усложняется за счет того, что необходимо предусмотреть в ней температурную стабилизацию. Некоторые методы осуществления температурной стабилизации в транзисторных стабилизаторах описаны выше.

Стабилизатор по схеме рис. 7-19, г отличается от схемы рис. 7-19,6 лишь способом связи между каскадами усилителей. В ряде случаев использования транзисторных стабилизаторов напряжения и тока целесообразно применять двухтактные усилители, так как при этом снижается уровень шумов и улучшается компенсация температурных нестабильностей в схеме. При использовании двухтактных усилителей улучшается возможность регулирования и автоматического управления режимом работы стабилизатора. Примером может служить схема рис. 7-20, а. Здесь управление режимом работы регулирующего транзистора Ti осуществляется через составной тран-

..соуемая мощность

зистор {Ti - Га). Благодаря этому ........

усилителя.

Унифицированные схемы транзисторных стаби^}изаторов напряжения показаны на рис. 7-20, б-е. В этих схемах очерчены пунктиром те части управляющих схем, которые для серии стабилизаторов с разными токами и напряжениями остаются без изменений. Транзисторы Ti заменяются в зависимости от тока и напряжения на выходе транзистора.

В схемах рис. 7-20, б-в пи-

0 П

тание коллекторной цепи управляющего транзистора осуществляется от автономного стабилизированного источника.

Рис. 7-20. Схемы транзисторных стабилизаторов напряжения: а - с двухтактным усилителем; б и в-унифицированных стабилизаторов.

Для иллюстрации возможностей транзисторных стабилизаторов

напряжения приведем следующие данные: для схемы рис. 7-20, б: f/вых = 12,6 в\ /

3,0 а\ /Сс

103 ом.

для схемы рис. 7-20, в: U

вых

0,6 в; /н = 3,5 а; Кс

2000; 130;

ВЫХ

3 -10 ом.

Различие транзисторных стабилизаторов напряжения и тока такие же, как у электронных: если на вход усилителя стабилизатора

подавать управляющее напряжение, пропорциональное изменению тока нагрузки, то такой стабилизатор будет управляемым по току, т. е. он является стабилизатором тока.

В практически используемых транзисторных стабилизаторах большое значение придается методике защиты транзисторов от перегрузки по току и напряжению. Для этого в унифицированных схемах стабилизаторов имеется, как правило, дополнительный блок защиты.

ГЛАВА ВОСЬМАЯ

ВЫПРЯМИТЕЛИ С НАГРУЗКОЙ ИМПУЛЬСНОГО ХАРАКТЕРА

§ 8-1. ОБЩИЕ С8ЕДЕНИЯ

В отличие от нагрузки, непрерывно потребляющей одну и ту же величину электрической энергии - const), нагрузка импульсного характера потребляет энергию лишь в небольшие отрезки времени, а в остальное время энергия не потребляется. Такое чередование промежутков времени происходит периодически и может

Рис. 8-1. График тока в нагрузке импульсного характера и блок-схемы источников питания с накопителями энергии.

быть охарактеризовано зависимостью величины от времени, т. е. = ф {t). Характер этой зависимости определяется заданной формой импульса тока в нагрузке, частотой повторения импульсов и длительностью импульса. Для частного случая импульсов прямоугольной формы (П-импульсов), показанных на рис. 8-1, а, действительны следующие параметры и соотношения: длительность импульса т ; период повторения импульса Ти и частота повторения

скважность импульса

и

и

и

р

при ТиТи; средняя мощность тока в нагрузке за период

Р

(8-1)

где Ри - мощность в импульсе;

мощность потребляемого тока в \

где - амплитуда тока импульса прямоугольной формы;

среднее значение (действующее) тока за период 1оц=~

Приведенные соотношения (8-1) получены на основании следующего.

При импульсах прямоугольной формы, показанной на рис. 8-1, а, мгновенные значения токов могут быть определены как / - 1 в пределах времени = О -г- т„ и / = О при / = Тн - Т„. В таком случае действующее значение тока за период, а в данном частном случае среднее значение тока за период, определяется соотношением:

При импульсах тока в нагрузке с формой кривой, отличающейся от прямоугольной, соотношения токов и мощностей получаются иными.

При расчете выпрямителя или любого другого источника тока для питания нагрузки импульсного характера с мощностью или, что то же самое, с током нагрузки Z, получим резко завышенные габариты питающего устройства и заведомо низкий коэффициент использования, так как источник тока будет нагружаться лишь в течение tji, а в остальной части периода повторения, т. е. в течение Та - т^п работа будет вхолостую. Когда ток протекает по нагрузке, на источнике питания будет падение напряжения AU = IRi, а при отсутствии тока нагрузки окажется резкое повышение напряжения: величина меняющегося напряжения на нагрузке будет зависеть от внутреннего сопротивления источника тока Ri.

Если же рассчитать источник питания на потребление тока то во время импульса тока в нагрузке будет заметная перегрузка источника тока и в результате этого резко снизится напряжение на нагрузке, вызывая искажения формы импульса тока.

Рациональным решением задачи питания нагрузки импульсного характера может служить блок-схема рис. 8-1, б. Здесь между источником тока ИТ и нагрузкой R (i) включается зарядио-разрядный накопитель энергии. За время отсутствия тока в нагрузке происходит зарядка накопительного устройства НУ, которое разряжается на нагрузку в течение времени хи.

Накопительные устройства НУ различаются по в иду накопителя энергии, режиму его работы и типу источника питания. Накопители энергии подразделяются на емкостные, индуктивные и комбинированные. По режиму работы накопители разделяются на два вида:

ъ

н н

н

с полным или частичным разрядом. По виду питания накопителей их различают по току заряда: постоянного или переменного.

Простейшая блок-схема с емкостным накопителем энергии показана на рис. 8-1, в. Энергия накапливается в электрическом поле конденсатора непрерывно, причем зарядный ток ограничивается активным линейным сопротивлением /?з. Накопленная при зарядке энергия расходуется в нагрузке (О в режимах полного или частичного разряда конденсатора.

В простейшем индуктивном накопителе энергии, схематически показанном в виде блок-схемы на рис. 8-1, г, энергия накапливается в магнитном поле индуктивности L за время отсутствия импульса тока в нагрузке и расходуется за время т„ при разрядке через сопротивление Ru (О-

При зарядке индуктивного накопителя энергии ток в цепи нарастает со временем, достигая максимальной величины к началу импульса тока в нагрузке. В начале импульса тока на нагрузке создается номинальное напряжение Ua Как правило, индуктивные накопители энергии используются в режиме полного разряда.

Сравнивая блок-схемы емкостного и индуктивного накопителей Энергии, можно отдать предпочтение первььм, так как в них нет сложного переключателя индуктивности с зарядки на разрядку.

Комбинированные накопители энергии, в которых одновременно действуют емкостные и индуктивные накопители, как правило, сложные и применяются редко.

В качестве основного типа источника тока для питания накопи-

тельных устройств служит выпрямитель промышленной или повышенной частоты. Значительно реже используется импульсный выпрямитель.

Выпрямители, снабженные соответствующими сглаживающими фильтрами, могут рассматриваться как источники постоянного тока, вполне заменяющие такие источники тока, как, например, аккумуляторы. Последние также могут быть применены для питания накопителей энергии. В некоторых частных случаях питание накопителей энергии может быть осуществлено пульсирующим или переменным током.

Выбор источника питания накопительных устройств должен сочетаться со свойствами накопится. Расчет источника питания проводится на основе данных расчета накопителей энергии.

§ 8-2. ЕМКОСТНЫЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ

8 РЕЖИМЕ ПОЛНОГО РАЗРЯДА

н

А. Заряд через активное сопротивление

Процесс заряда емкостного накопителя энергии по схеме рис. 8-2, а описывается уравнением:

E = uc + UR. (8-3)

Напряжение на конденсаторе в заряде

момент времени при его

Uc = E[\

(8-4)

сопротивление, через которое осуществляется заряд кон-

денсатор ji.

Ток заряда конденсатора

Е

(8-5)

Разряд конденсатора происходит через сопротивление нагрузки й характеризуется снижением напряжения в соответствии с уравнением:

Uc = Uc макс

(8-6)

По мере разряда конденсатора при постоянном сопротивлении

нагрузки изменяется ток разряда:

и

смаке С;?

(8-7)

На рис. 8-2, б показаны графики изменения напряжения Uc при заряде (1) и разряде (2) емкостного накопителя энергии. Из этих

Рис. 8-2. Простейшая схема емкостного накопителя энергии (а), графики изменения напряжения (б) на конденсаторе при заряде (/) и разряде (2).

графиков видно, что напряжение на нагрузке за время длительности импульса тока меняется в больших пределах, вызывая резкое изменение формы импульса тока. В тех случаях, когда форма импульса тока в нагрузке не имеет значения, такой режим работы конденсатора в накопителе энергии может быть применим. В нагрузках импульсного характера со строго обусловленной формой импульса тока такой режим работы накопителя не применим.

1 ... 20 21 22 23 24 25 26 ... 32