Document 3847257

Лекция 15
Ведение.
В лекции рассматриваются классификация, основные параметры,
основные показатели стабилизаторов напряжения и тока. Параметрические
стабилизаторы напряжения.
6. Стабилизаторы напряжения и тока.
6.1. Общие сведения, определение и классификация стабилизаторов.
Нестабильность выходного напряжения оценивается как:
u 
U вых
 100% .
U вх
Нестабильность выходного тока оценивается как:
I 
I вых
 100% .
I вых ном
Требования по стабильности:
1. Радиовещательные и связные станции: 1…2%.
2. Клистронные СВЧ - генераторы: δU ≤ 0.1%.
3. Измерительные устройства высокого класса точности: δU ≤ 0.0001%.
Согласно ГОСТ стабилизаторы подразделяются на:
1. СЭП низкой стабильности: δU, δI ≥ 5%.
2. СЭП средней стабильности: δU, δI  (1 … 5) %.
3. СЭП высокой стабильности: δU, δI  (0,1 … 1) %.
4. СЭП прецизионной стабильности: δU, δI < 0,1%.
Стабилизаторами напряжения или тока называются устройства,
которые автоматически поддерживают напряжение или ток на стороне
потребителя с заданной степенью точности при воздействии
дестабилизирующих факторов:
-
изменение напряжения питания;
-
изменение мощности нагрузки;
-
изменение температуры окружающей среды;
колебания
давления,
механические воздействия.
1
влажности,
различные
Стабилизаторы напряжения и стабилизаторы тока подразделяют:
1. По роду стабилизируемого напряжения или тока6
- Стабилизаторы переменного напряжения;
Стабилизаторы переменного тока.
- Стабилизаторы постоянного напряжения;
Стабилизаторы постоянного тока.
2. По принципу действия:
- параметрические;
- компенсационные.
6.2. Основные параметры и показатели стабилизаторов напряжения и
стабилизаторов тока.
Общими показателя являются КПД, масса, габариты, себестоимость,
срок службы.
6.2.1. Параметры стабилизаторов напряжения.
1. Коэффициент стабилизации – Кст – отношение относительного
изменения напряжения на входе стабилизатора к относительному
изменению напряжения на выходе:
К ст
U вх
U вх

U вых ,
U вых
где ΔUвх, ΔUвых – приращение напряжений;
Uвх, Uвых
выходе.
К ст 
- номинальные значения напряжений на входе и на
U вх U вых

U вых U вх
 1 .
I н const
Иногда вводят коэффициент статической ошибки коэффициента
стабилизации:
U 
U вых
U вых
I Н  const
.
2
2. Внутреннее сопротивление Ri.
Uвых = f(Uвх)|Iн = const.
Рабочий участок
Рис. 6.1. Зависимость выходного напряжения от входного
Ri  
U вых
I н
U вх  const
Построим внешнюю характеристику:
Рис. 6.2. Внешняя характеристика стабилизатора напряжения
lim Ri → 0.001 Ом.
Иногда вводят коэффициент статической ошибки по нагрузке:
I 
U вых
U вых
U вх const
.
3
3. Коэффициент сглаживания – Ксгл – отношение относительного уровня
переменной составляющей на входе к относительному уровню
переменной составляющей на выходе.
К сгл
U вх ~
U вх ~ U вых
U вх



U вых ~
U вых ~ U вх
U вых
где Uвх~, Uвых~ – амплитудные значения переменного напряжения на
входе и на выходе;
Uвх, Uвых - номинальные значения постоянного напряжения на
входе и на выходе.
К сгл 
К пв х
 1
К пв ых
4. Температурный коэффициент стабилизации напряжения – γU:
U 
U вых
T  C
U вх  const .
I н  const
6.2.2. Параметры стабилизаторов тока.
1. Коэффициент стабилизации по входному напряжению – Кi:
U вх
U вх
U вх I н
Кi 


I н
I н U вх
Iн
R н  const
.
2. Коэффициент стабилизации по нагрузке:
КR н
Rн
R
 н
Iн
Iн

Rн I н

Iн R н
U вх  const
4
U вх  const
.
3. Относительный уровень пульсаций на выходе стабилизатора:
I 
Iп
 100%,
Iн
где Iп – амплитуда пульсации выходного тока;
Iн – номинальное
стабилизатора.
значение
постоянного
тока
на
выходе
4. Температурный коэффициент стабилизатора тока – γI.
I 
I н
T C
U вх  const
Rн  const
.
6.3. Параметрические стабилизаторы напряжения и тока.
6.3.1. Общие сведения.
Стабилизаторы напряжения:
Стабилизаторы тока:
Рис. 6.3. Характеристики стабилизатора напряжения и стабилизатора тока
6.3.2. Параметрические стабилизаторы постоянного напряжения.
6.3.2.1. Общая характеристика кремниевых стабилитронов.
Рис. 6.4. Обозначение стабилитрона на схемах
ВАХ стабилитрона имеет следующий вид:
5
Рис. 6.5. ВАХ стабилитрона
Основные параметры кремниевых стабилитронов:
1. Uст - напряжение стабилизации при Iст = Iст ном
Uст = (3…400) В
2. Минимальный ток стабилизации
участок ОА – участок неустойчивого пробоя,
точка А – устойчивый пробой.
Iст мин = (1…5) мА.
3. Максимальный ток стабилизации
допустимой мощностью рассеивания.
I стмакс 
–
Iст
макс
определяется
Рмакс
U ст .
4. Номинальный ток стабилизации – Iст ном
I стном 
I стмакс  I стмин
2
.
5. Дифференциальное сопротивление.
rст 
U ст
I ст
ΔIст = Iст макс – Iст мин
rст ≥ (1…10) Ом.
6. Температурный коэффициент напряжения стабилизации – αст.
 cт 
U ст  100 %
,
U ст  Т К .
6
Рис. 6.6. Зависимость температурного коэффициента напряжения
стабилизации от напряжения стабилизации
7. Максимально-допустимая мощность рассеивания:
Рмакс ≈ 15 Вт.
7
Лекция 16
Ведение.
В
лекции
продолжают
рассматриваться
параметрические
стабилизаторы напряжения. Компенсационные стабилизаторы напряжения и
тока, их классификация и характеристика.
6.3.2.2. Однокаскадный параметрический стабилизатор постоянного
напряжения на стабилитроне.
Схема:
Iвх
Uвх
RГ
Iн
VD
RН
Iст
Рис. 6.7. Принципиальная схема однокаскадного параметрического
стабилизатора постоянного напряжения на стабилитроне
Rг – гасящий (балластный) резистор (для помещения рабочей точки на
рабочий участок – АС).
Принцип действия:
Uвх  Uвых (В  С)  Iст, Iвх, так как Iвх = Iст + Iн  Uг = Iвх Rг 
Uг  Uг ≈ const.
Uвх = const, Iн  Iвх  URг   Uвых (В  F)  Iст  Iвх = Iст + Iн ≈
const   Uвых ≈ const.
В точке А: Uст = Uст0
На участке АС: Uст = Uст0 + Iстrст
Эквивалентная схема:
8
Iвх+ΔIвх
Rг
+
rст
Uвх+ΔUвх
Rн
Uвых+ΔUвых
Uст0
-
Рис. 6.8. Эквивалентная схема однокаскадного параметрического
стабилизатора постоянного напряжения на стабилитроне
U вх  I вх  Rг  U вых
I вх  I н  I ст
I н 
U вых
Rн
I ст 
U вых
rст
Основные соотношения для расчета:
U вх U вых
К

1. ст U  U
вых
вх

R
1  г
 Rн
К ст 

I н const
U вых
U вх

R
R 
 1  г  г 
 R н rст 

R
  г
rст

U вых R г

U вх rст
U вх
(1,4 - 4)
U  U в ых
Rг  вх
I н  I ст
U вых 
Iн – номинальное значение тока на стороне потребителя.
Iст – номинальное значение тока стабилитрона (точка В на ВАХ).
9
2.
Ri  
U в ых
I н
U вх  const
I н   I ст
U вых  I ст  rст
Ri  rст
3. К сгл 
4.
U 
 cт 
U вх ~  U вых К пвх

 К ст .
U вых ~  U вх К пвых
U вых
T  C
U вх , I н const
.
U ст  100
,% / К .
U ст0  Т
Рвых
U вых  I н



5.
.
Рвх U вх  ( I н  I ст )
η = 0,3 … 0,5.
6.3.2.3. Двухкаскадный параметрический стабилизатор постоянного
напряжения на стабилитронах.
Схема:
+
Rг2
VD2
Uвх
Rг1
Rн
U VD1
Uвых
VD3
-
Рис. 6.9. Принципиальная схема двухкаскадного параметрического
стабилизатора постоянного напряжения на стабилитронах
Основные соотношения для расчетов:
1. Кст = Кст1 Кст2
10
К ст1 
U вых R г1

U rст1
К ст 2 
Rг2
U

U вх (rст2  rст3 )
К ст 
U вых
Rг2  Rг1

U вх rст1  (rст2  rст3 )
2. Ri  
U в ых
I н
 ri .
U вх  const
3. К сгл  К ст .
4.  U 
U вых
T C
Uвх , I н const
  ст1 .
Рвых U вых  I н



  .
5.
Рвх U вх  I вх
6.3.2.4. Параметрический СПН с токостабилизирующим
двухполюсником.
Схема:
R1
VT
Iк
Iн
Iст
VD2
VD1
Rн
R2
Рис. 6.10. Принципиальная схема параметрического СПН с
токостабилизирующим двухполюсником
Токостабилизирующий двухполюсник включает: R1, R2, VD2, VT.
Iэ 
U VD2 U бэ
 const
R1
11
VD2 нейтрализует усилительные свойства VT по переменному току.
VD2, R1 – однокаскадный параметрический стабилизатор.
VD2 эквивалентен конденсатору большой емкости (для VТ).
Iк = αIэ ≈ const
Iк = Iст1 + Iн
R~
 10 3 .
R
Rгэкв 
Н 21э  rк  R2  R1
.
R2  R1  rст2  rк  Н 21э
Rгэкв >> Rг (однокаскадный ПСПН)
Основные соотношения для расчета:
1. К ст 
U вых R гэкв

.
U вх rст1
2. Ri  
U в ых
I н
 ri .
U вх  const
3. К сгл  К ст  К сгл .
4.
U 
5.  
U вых
T C
Uвх , I н const
  ст1 .
Рвых U вых  I н

  .
Рвх U вх  I вх
6.3.2.5. Особенности параметрических стабилизаторов постоянного
напряжения.
1. Простота реализации.
2. Малое количество элементов.
3. Низкий КПД (0,3…0,5).
4. Невозможность плавной регулировки выходного напряжения и его
точной установки.
5. Большое внутреннее сопротивление: Ri ≥ (1…10) Ом.
12
6. Зависимость выходного напряжения от температуры окружающей
среды и частоты пульсаций (стабилитроны плохо работают на высоких
частотах).
6.4. Компенсационные стабилизаторы напряжения и тока.
6.4.1. Общая характеристика и классификация.
Обобщенная структурная схема:
Uвх
Uc
Uвых
ВУ
РЭ
П
Uос
ОС
КС
Рис. 6.11. Обобщенная структурная схема компенсационных стабилизаторов
напряжения и тока
где РЭ – регулирующий элемент.
КС – компенсационный стабилизатор – представляет собой систему
автоматического регулирования с глубокой отрицательной обратной связью.
Uос = f(Uвых) – компенсационный стабилизатор напряжения
Uос = f(Iвых) – компенсационный стабилизатор тока
Компенсационные стабилизаторы подразделяют:
1. По типу РЭ:
- ламповые РЭ;
- транзисторные РЭ;
- тиристорные РЭ;
- дроссельные РЭ;
- комбинированные РЭ;
2. По способу подключения РЭ относительно потребителя:
- последовательное подключение РЭ;
- параллельное подключение РЭ;
13
3. По режиму работы РЭ:
- непрерывный (линейный);
- импульсный (ключевой).
Лекция 17
Ведение.
В лекции рассматриваются компенсационные стабилизаторы
постоянного
напряжения
с
непрерывным
регулированием,
с
последовательным и параллельным включением регулирующего элемента.
6.4.2. Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с
непрерывным регулированием.
6.4.2.1. Структурная схема КСПН с последовательным включением
регулирующего элемента.
Uc
~
ВУ
Uвх
РЭ
П
Uоп
УПТ
СС
ИОН
УУ
КСПН
Рис. 6.12. Структурная схема КСПН с последовательным включением
регулирующего элемента
где РЭ – регулирующий элемент;
ИОН – источник опорного напряжения;
СС – схема сравнения;
УПТ – усилитель постоянного тока.
14
6.4.2.2. Структурная схема КСПН с параллельным включением РЭ.
~
Uc
ВУ
=
Uвых
БС
П
Uос
РЭ
УПТ
СС
УУ
ИОН
КСПН
Рис. 6.13. Структурная схема КСПН с параллельным включением
регулирующего элемента
где БС – балластное (гасящее) сопротивление.
Uвых = Uвх – Uб0
ηпарал < ηпослед
Iвх посл ≈ Iн
Iвх парал ≈ Iн + IРЭ
Особенности КСН с непрерывным регулированием:
1. Обладают высокой точностью стабилизации выходного напряжения,
ослабляются как медленные уходы входного напряжения, так и его
пульсации.
2. Обладают низким внутренним сопротивлением: Ri ≤ 0,1 Ом.
3. Низкий КПД: η = (0,5…0,7).
4. Неудовлетворительные массогабаритные показатели.
6.4.2.3. Транзисторный КСПН с последовательным включением РЭ.
Схема:
15
Рис. 6.14. Схема транзисторного КСПН с последовательным включением РЭ
РЭ – однотранзисторный, VT1;
ИОН – параметрический, однокаскадный СПН: VD, Rг;
CC – однотранзисторная: резистивный усилитель R1, R2, R3, VT2;
УПТ – однокаскадный: VT2, Rусилителя;
С – обеспечивает устойчивость СПН.
Принцип действия:
Iн = const
Uвх  Uвых  Iделителя (R1, R2, R3)  URII  |Uбэ2 = URII – Uоп|  Iб2
 Iк2  URy  Uб1  Uвых ≈ const.
Uвх = const
Iн  Uвых  Iделителя (R1, R2, R3)  URII  |Uбэ2 = URII – Uоп|  Iб2
 Iк2  URy Uб1  Uвых ≈ const.
ΔUвых = f(Δ Uвх, ΔIн, ΔUоп)
U вых 
U вх
U вх  rК2  К1


/
1  К 1 К 2  К1 (rК2  Rу )  (1  К 1 К 2 /  К 1 )
U оп   / К1 К 2
I н  rК1

/
1  К 1 К 2  К1 1  К 1 К 2 /  К1
16
К1 – коэффициент передачи по напряжению VT1 в схеме с ОЭ.
К2 – коэффициент передачи по напряжению VT2 в схеме с ОЭ.
dU кэ1
dU кэ2
r

К2
dI К2
dI К1 ,
rК1 
α – коэффициент передачи резистивного делителя:

R
R  R
α/ - коэффициент передачи резистивного делителя с учетом влияния
Rвх2:
/ 
R вх2
Rвх2
RR
  
R  R
Rвх ≈ h11
α (α/) = 0.1 – 0.4
Расчет основных параметров:
1. К ст 
U вх U вых

U вых U вх
.
I н  const
ΔI = 0, ΔUоп = 0
К1К2 α α/ >> 1 + К1
К ст 
К1 К 2 / (rК2  Rу )  U вых
r
К2
 Rу   rК2  К1  U вх
rК2К1 >> rК2 + Rу
К ст 
К 2 / (rК2  Rу )  U вых
2. Ri  
rК2  U вх
U в ых
I н
U вх  const
ΔUвх = 0, ΔUоп = 0
17
Ri 
Rвх1
Н 21э К 2 /
S1 
H 21э
R вх1
Ri 
1
S1 K 2 /
U вх ~  U вых К пвх

 К ст
U вых ~  U вх К пвых
3. К сгл 
U
вых
4.  U 

T C
Iвх , I н ,U оп const
Если γU > 0, то в цепь резистивного делителя включаются
полупроводниковые
диоды
(с
отрицательным
температурным
коэффициентом).
Если γU < 0, то в цепь резистивного делителя включаются
терморезисторы (с TKR>0).
Рвых U вых  I н



посл
5.
Рвх U вх  I вх
Iвх = Iн + Iупт + Iион + Iсс
Iупт + Iион + Iсс << Iн
Iвх ≈ Iн
 посл 
U вых
U вх
Недостатки:
1. УПТ цепи обратной связи питается от источника входного напряжения.
2. Источник опорного напряжения включается в цепь эмиттера (ток
эмиттера меняется в большом диапазоне и, соответственно, опорное
напряжение также будет меняться).
6.4.2.4. Транзисторный КСПН с параллельным включением РЭ.
Схема:
18
Iвх
Rб
-
Uоп
VD1
Iк1
VT2
R3
RII
R2
Uвх
Rг1
+
-
Rн
R1
VT1
C
RI
VD2
U2 R
г2
Rу
+
Рис. 6.15. Принципиальная схема транзисторного КСПН с параллельным
включением РЭ
БС – Rб;
РЭ – однотранзисторный: VT1;
ИОН – однокаскадный ПСПН: Rг1, VD1;
СС – однотранзисторная: VT2, резистивный делитель;
УПТ – однокаскадный: VT2, Rу;
С – обеспечивает стабильность;
U2 – дополнительный источник питания УПТ: однокаскадный ПСПН:
VD2, Rг2
URб = Uвх – Uвых
Iвх = Iн + Iупт + Iион + Iсс + Iк1
Iвх ≈ Iн + Iк1
Rб 
U вх  U вых
I н  I к1
Принцип действия:
Iн = const
Uвх  Uвых  Iделителя (R1, R2, R3)  URII  |Uбэ2 = URII – Uоп|  Iб2
 Iк2  URy  |Uб1|  Iб1, Ik1  Iвх  URб  Uвых ≈ const.
19
Расчет основных параметров КСПН:
U вх U вых
К


ст
1.
U вых U вх
I н  const
К 2 / Rб  S1  U вых U вых Rб
К ст 


U вх
U вх Ri
2. Ri  
U в ых
I н

U вх  const
1
S1 K 2 /
К
U вх ~  U вых
 пвх  К ст
U вых ~  U вх К пвых
3. К сгл 
U
вых
4.  U  T C
5.  парал 
Iвх , I н ,U оп const
Рвых U вых  I н
U вых  I н


Рвх U вх  I вх U вх  ( I н  I к1 )
- VT1 берут мощный;
- схема малочувствительна к кратковременному режиму короткого
замыкания на стороне потребителя.
20
Лекция 18
Ведение.
В лекции рассматриваются принципы построения регулирующих
элементов и схем сравнения стабилизаторов напряжения и тока,
принципиальные схемы и параметры стабилизаторов на основе интегральных
микросхем.
6.4.2.5. Принципы построения регулирующих элементов.
Биполярные транзисторы: n-p-n, p-n-p
Параметры: Uкэ макс, Iк макс, Рк макс
1. Iн > Iн макс
Схема:
R
к
э
R
б
Рис. 6.16. Схема регулирующего элемента для Iн > Iн макс
R – симметрирующие резисторы для выравнивания токов
UR = (0.5 … 1) В
η
2. Uкэ > Uкэ макс
Схема:
21
Rш
Rш
к
э
б
Рис. 6.17. Схема регулирующего элемента для Uкэ > Uкэ макс
Rш – шунтирующие резисторы
Iк макс << IRш
3. Составной транзистор (схема Дарлингтона).
Схема:
э
к
б
Рис. 6.18. Схема Дарлингтона
КI = β1·β2
Rвх .
6.4.2.6. Принципы построения схем сравнения.
Схема сравнения на одном транзисторе:
+Uвх2
+
Rг
Rу
Uос
RI
Uвых
Uст0
IRг+Iэ
RII
rст
Рис. 6.19. Схема сравнения на одном транзисторе
22
U оп  I э  rст
Дифференциальная схема сравнения:
+Uвх2
Rу
Rг
RI
Uвых
Uоп
+
Uст0 rст
VT3
VT2
RII
Rэ
Рис. 6.20. Дифференциальная схема сравнения
Источник опорного напряжения: IRг ≈ const.
Особенности дифференциальной схемы сравнения:
1. Компенсируется температурный дрейф Uбэ VT2 и VT3.
2. Полностью или частично компенсируется временной дрейф Uбэ VT2 и
VT3.
3. Устраняется влияние дифференциального сопротивления источника
опорного напряжения на работу схемы сравнения.
4. Включение Rу в цепь коллектора VT2 или VT3 позволяет изменить
фазу сигнала управления.
6.4.2.7. Принципиальная схема базовой ИМС К142ЕН1.
Схема электрическая принципиальная микросхемы приведена на
рис.6.21.
23
Рис. 6.21. Принципиальная схема базовой ИМС К142ЕН1
1. РЭ – составной транзистор (VT3, VT4).
2. УПТ – однокаскадный (VT7, VT2).
3. СС – дифференциальная схема сравнения (VT6, VT7).
4. ИОН – VT1, VT5, R1, R2,VD1, VD2.
VT1, VD1 – однокаскадный параметрический стабилизатор
постоянного
напряжения
(VT1
–
токостабилизирующий
двухполюсник);
VT2 – эмиттерный повторитель;
VD2 – термокомпенсирующий диод;
R1, R2 – делитель напряжения.
5. Транзистор электронной схемы защиты ИМС от перегрузок и
короткого замыкания (VT9).
6. Схема управления (VT8, R4, VD3).
24
Таблица 6.4.1
Назначение выводов
Номер
вывода
2
4
6
8
9
10
11
12
13
14
16
Назначение вывода
Фильтр шума (коррекция АЧХ УПТ)
вход питания ИМС
выход ИОН
общий вывод (земля)
вход схемы управления
вывод эмиттера транзистора защиты
база транзистора защиты
вход схемы сравнения (регулировка выхода)
выход стабилизируемого напряжения
промежуточный выход регулирующего элемента
вход стабилизируемого напряжения
Таблица 6.4.2
Технические параметры
Параметр
К142ЕН1 К142ЕН2
Входное напряжение Uвх, В
9…20
15…40
Выходное напряжение Uвых, В
3…12
12…30
Максимальный ток на стороне потребителя Iн макс, мА
150
150
Максимально-допустимая мощность рассеивания, Рдоп,
0,8
0,8
В
Опорное напряжение Uоп, В
2,4±15% 2,4±15%
Нестабильность выходного напряжения при изменении
входного напряжения: δU, %/В
U 
U в ых  100%
U
 К ст  в х .
U в ых  U в х
U
Нестабильность выходного напряжения от тока на
стороне потребителя δI, %
Температурная нестабильность, U, %/°С
25
0,1…0,3
0,1…0,3
0.2…0.5
0.2…0.5
0,01
0,01
Лекция 19
Ведение.
В лекции рассматриваются компенсационные стабилизаторы
постоянного напряжения и тока, активные сглаживающие фильтры на основе
ИМС, КСПН импульсного действия.
6.4.2.8. КСПН непрерывного действия на основе ИМС К142ЕН1.
Схема:
Рис. 6.22. Принципиальная схема КСПН непрерывного действия на основе
ИМС К142ЕН1
Принцип действия:
Uвх  Uвых  Iделителя (R1, R2)  Ur2  Iб4  Iк4  Uб6 
Uвых ≈ const.
R1, R2 – внешний резистивный делитель схемы сравнения;
R1 – изменяет выходное напряжение (R1  Uвых ).
R3, R4, R5 – обеспечивают работу электронной схемы защиты (VT8
ИМС).
С1, С2 – обеспечивают устойчивую работу КСПН.
R3 играет роль датчика тока.
26
Внешняя характеристика КСПН.
Iн ном
Рис. 6.23. Внешняя характеристика КСПН.
Iн ном – номинальное значение тока на стороне потребителя.
Iн пор – пороговое значение тока на стороне потребителя.
IR3 = Iн R3
UR4 > UR3  VT8 – закрыт;
При Iн = Iн пор: Uэб8 ≥ 0,7В и VT8 – открывается, а РЭ (VT6, VT7) –
закрывается, т.е. Uвых  0.
R3 
U бэ8
0,7

I нпор I нпор
При Uвых ≤ 5В:
С1 ≥ 0,1 мкФ;
С2 = (5,0 … 10) мкФ.
При Uвых > 5В:
С1 ≥ 100 пФ;
С2 ≥ 10 мкФ.
R1 = 1.2 кОм, Iдел ≥ 1,5 мА (R1, R2), R2 ≈ 20 кОм.
6.4.2.9. КСПН непрерывного действия на основе ИМС К142ЕН с
повышенными токами на стороне потребителя.
Iн > 150 мА.
Схема:
27
Рис. 6.24. Принципиальная схема КСПН непрерывного действия на основе
ИМС К142ЕН с повышенными токами на стороне потребителя
Iн = Iб β
Iб ≤ Iн ИМС = 150 мА
Uкэ ≥ 4В  необходим внешний теплоотвод.
6.4.2.10. КСПТ на основе ИМС К142ЕН1.
Схема:
С2
R1
R2
-
8
+
4
К142ЕН
13
12
2
C1
16
Rн
Рис. 6.25. Принципиальная схема КСПТ на основе ИМС К142ЕН1
UR1, R2 ≈ const.
R1 регулирует Iвых = Iн.
Ri = 85 кОм.
6.4.2.11. Активный сглаживающий фильтр на основе ИМС К142ЕН1.
Схема:
28
4
13
16
К142ЕН 12
1
6
2
+
R1
С1
8
С2
R3
Rн
R2
C3
-
Рис. 6.26. Принципиальная схема активного сглаживающего фильтра на
основе ИМС К142ЕН1
С2, C3 обеспечивают устойчивую работу ИМС К142ЕН1.
R1C1 – Г-образный пассивный RC-фильтр.
Кф 
К Ф1  К ф 2
К ф1  К ф 2  К ос
Кос – коэффициент усиления ИМС с учетом ООС.
Кф1 – коэффициент фильтрации Г-образного RC-фильтра.
Rвх6 ≈ 2 кОм;
С1 ≥ 1 мкФ;
Кф = Кф2
К ф2 
1
U  U в х
.
U в ых
U 
,1 / В
U в ых  U в х
6.4.3. Компенсационные
импульсного действия.
стабилизаторы
постоянного
напряжения
6.4.3.1. Структурная схема КСПН импульсного действия и их
классификация.
Проблемы при создании:
 увеличить КПД;
 уменьшить массу;
 уменьшить объем.
Схема:
29
VT
+
+
iб
Uвх
Rн
схема
управления
-
-
Рис. 6.27. Структурная схема КСПН импульсного действия
Диаграммы, поясняющие работу схемы, представлены на рис.6.28.
Iб
t
Uвых
Uвх
t1
t2
t3
t4
Uвх
Uвых
τн
t
Т
Uкэ
Uвх
Uкэ
t
Uкэ нас
Рис. 6.28. Диаграммы, поясняющие работу КСПН импульсного действия
Принцип действия:
1.
t є (0; t1)
iб = 0, VT- закрыт (режим отсечки): Iк = Iк0, Uкэ = Uвх.
2.
t є (t1; t2)
iб = Iб, VT - открыт (режим насыщения): Iк = Iкмакч, Uкэ = Uкэнас.
3.
t є (t2; t3)
iб = 0, VT- закрыт (режим отсечки): Iк = Iк0, Uкэ = Uвх.
30
U ср  U вх 
U
T
τU – длительность импульса (время открытого состояния транзистора);
Т – период повторения.
Лекция 20
Ведение.
В
лекции
продолжается
рассмотрение
компенсационных
стабилизаторов
постоянного
напряжения
импульсного
действия,
классификация, структурные схемы и принцип действия таких
стабилизаторов.
Структурная схема:
Uc
~
ВУ
=
РЭ
=
СФ
П
СЧ
ИЭ
УПТ
СС
УУ
ИОН
КСПН
Рис. 6.29. Структурная схема КСПН импульсного действия
Условные обозначения на рис.6.29:
СЧ – силовая часть;
УУ – управляющее устройство;
ИОН – источник опорного напряжения;
ИЭ – импульсный элемент;
СС, УПТ, ИОН образуют устройство сравнения – УС.
31
КСПН импульсного действия подразделяют:
1. по способу управления РЭ:
- КСПН широтно-импульсной модуляции (ШИМ):
τU = var – переменная величина;
Т = const – постоянная величина;
- КСПН с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ):
τU = const;
Т = var;
- КСПН с двухпозиционным или релейным управлением:
τU = var;
Т = var;
2. по способу подключения РЭ относительно потребителя:
- последовательное подключение РЭ;
- параллельное подключение РЭ;
3. по виду сглаживающего фильтра:
- Г-образный LC-фильтр;
- Г-образный RC-фильтр;
4. по схеме силовой части КСПН:
- силовая часть понижающего типа;
- силовая часть повышающего типа;
- силовая часть инвертирующего типа.
6.4.3.2. КСПН импульсного действия с силовой частью понижающего
типа.
Структурная схема:
32
РЭ
Uвых
СФ
СЧ
Uc
Uвх
ИЭ
УС
Рис. 6.30. Структурная схема КСПН импульсного действия с силовой частью
понижающего типа
Uвых < Uвх
6.4.3.3. КСПН импульсного действия с силовой частью повышающего
типа.
Структурная схема:
L
VD
+
Uос
ИЭ
Uвх
ИЭ
ИЭ
Rн
Uвых
-
Рис. 6.31. Структурная схема КСПН импульсного действия с силовой частью
повышающего типа
1. VT – открыт, происходит заряд катушки от входного напряжения
eL   L 
di
dt
2. РЭ – закрыт, происходит заряд конденсатора по цепи Uвх, L, VD, C.
Uвых = UС = Uвх + eL  Uвых > Uвх
VD – демпфирующий диод.
33
6.4.3.4. КСПН импульсного действия с силовой частью инвертирующего
типа.
Структурная схема:
+
РЭ
C1
L1
Uвх
Rн
Uвых
VD
-
ИЭ
УС
Рис.6.32. Структурная схема КСПН импульсного действия с силовой частью
инвертирующего типа
|Uвых| ≠ |Uвх|
6.4.3.5. Принцип действия силовой части понижающего типа КСПН
импульсного действия.
Схема:
i1(t)
VD
C1
Rн
ИЭ
УС
Рис. 6.33. Структурная схема силовой части понижающего типа КСПН
импульсного действия
Диаграммы, поясняющие работу схемы, приведены на рис.6.34.
VD – рекуперативный (коммутирующий) диод.
34
iб
Iб
t1
t2
t3
t4
t
iк
Iк max
t
Uкэ
Uвых
Uкэ нас
t
iVD
IVD пр
t
UVD
Uвх
UVD пр
I1
t
t
Рис.6.34. Диаграммы, поясняющие работу схемы силовой части
понижающего типа КСПН импульсного действия
35
Принцип действия:
1. t є (0; t1) VT - закрыт
iк = 0, Uкэ = Uвх, iVD.< 0, UVD = UVDпр ≈ - 0,7 В, i1 
2. t є (t1; t2)
iб = Iб, VT - открыт (режим насыщения):
iк > 0, Uкэ = Uкэ нас, iVD.< iVDобр, UVD ≈ Uвх, i1 
3. t є (t2; t3)
iб = 0, Iк = Iк0, Uкэ = Uвх, iVD.< 0, UVD = UVDпр ≈ - 0,7 В, i1 
Рк = Ротс + Рнас + Рпер
где:
  
Ротс  U вх I к0  1  U  - мощность потерь в режиме отсечки,
 Т 
U
Т
- относительное время открытого состояния транзистора.
Рнас  U кэнас  I кмакс 
U
- мощность потерь в режиме насыщения.
Т
Рпер  U вх I кмакс  ( 1   2 ) 
f0
- мощность потерь в режиме переключения
2
f0 = 1/T – частота переключения регулирующего элемента (транзистора
VT).
η ≥ 90%.
Заключение

Стабилизаторами напряжения или тока называются устройства,
которые автоматически поддерживают напряжение или ток на стороне
потребителя с заданной степенью точности при воздействии
дестабилизирующих факторов.

Параметры стабилизаторов напряжения: коэффициент стабилизации –
Кст, внутреннее сопротивление Ri, коэффициент сглаживания Ксгл,
температурный коэффициент стабилизации напряжения – γU.

Параметры стабилизаторов тока: коэффициент стабилизации по
входному напряжению – Кi, коэффициент стабилизации по нагрузке,
36
относительный уровень пульсаций на выходе стабилизатора, температурный
коэффициент стабилизатора тока – γI.

Компенсационный стабилизатор представляет собой систему
автоматического регулирования с глубокой отрицательной обратной связью.

Компенсационные стабилизаторы напряжения с непрерывным
регулированием обладают высокой точностью стабилизации выходного
напряжения, ослабляют как медленные уходы входного напряжения, так и
его пульсации.

К недостаткам компенсационных стабилизаторов напряжения с
непрерывным регулированием относятся: низкий коэффициент полезного
действия (0,5…0,7), обусловленный потерей мощности на регулирующем
элементе, балластном сопротивлении; недостаточные массогабаритные
показатели.

На основе интегральных стабилизаторов непрерывного действия с
последовательным включением регулирующего элемента можно создать
схемы параллельных и импульсных стабилизаторов напряжения,
стабилизаторов тока, активных сглаживающих фильтров, автогенераторов,
пороговых устройств и т.д.
37