Электронные стабилизаторы постоянного напряжения

Электронные стабилизаторы постоянного напряжения подразделяются на параметрические, компенсационные и комбинированные.

Принцип работы параметрического стабили­затора напряжения (рис. 15.11) заключается в под­держании постоянного напряжения на выходе за счет

Рис. 15.11. Функциональная схема параметрического стабилизатора напряжения

перераспределения токов, протекающих через линейный (R_огр) и нелинейный элементы. В качестве нелинейных элементов применяются газоразрядные или кремниевые стабилитроны.

Основным параметром стабилизаторов напряжения является коэффициент стабилизации, равный отношению относительного изменения напряжения на входе стабили­затора (ΔU_вх/U_вх) к относительному изменению напряже­ния на его выходе (ΔU_вых/U_вых):

Для стабилизатора, показанного на рис. 15.11,

где r_ст — динамическое сопротивление стабилитрона.

Достоинствами параметрических стабилизаторов на­пряжения являются простота устройства и малые габа­риты, а недостатками — невозможность осуществления плавной регулировки выходного напряжения, малая мощ­ность и малый КПД.

Компенсационный стабилизатор напря­жения (рис. 15.12) представляет собой систему автоматического регулирования.

Рис. 15.12. Функциональные схемы компенсационных стабилизаторов напряжения

Сущность компенсационного метода стабилизации напряжения состоит в том, что в процессе стабилизации с помощью измерительного уст­ройства ИУ осуществляется сравнение выходного напря­жения с опорным или эталонным U_оп. Разностное напря­жение усиливается и подается на регулирующий элемент РЭ, изменяя его сопротивление таким образом, чтобы уровень выходного напряжения не изменялся при изме­нении входного напряжения.

Регулирующий элемент может включаться последо­вательно (рис. 15.12, а) или параллельно (рис. 15.12, б) с нагрузкой. В качестве регулирующих и измерительных элементов обычно используются транзисторы.

Принципиальная схема одного из вариантов компен­сационного стабилизатора напряжения на БТ с включе­ние РЭ последовательно с нагрузкой приведена на рис. 15.13. Работает он следующим образом.

Напряжение U_БЭ2, равное разности между опорным напряжением U_оп,задаваемым стабилитроном VD, и на­пряжением U_изм, определяемым положением движка пере­менного резистора R4, определяет коллекторный ток тран­зистора VT2, протекающий через резистор R1. Режим работы транзистора VT1 и его сопротивление r_i = r_КЭопределяются напряжением U_ЭБ1.

Рис. 15.13. Схема компенсационного транзисторного стабилизатора напряжения

Увеличение входного напряжения U_вх в первоначаль­ный момент вызывает увеличение напряжений на на­грузке U_вых и измеряемого U_изм. При этом напряжение │U_БЭ2│=│U_изм – U_оп│увеличивается, вызывая увеличение тока I_К2 и падения напряжения на резистор R1. Увеличе­ние напряжения на резисторе R1 вызывает увеличение потенциала базы транзистора VT1 и уменьшение напря­жения U_ЭБ1. Сопротивление r_i транзистора VT1 возрастает, падение напряжения на нем также возрастает, а напря­жение U_вых уменьшается, стремясь к первоначальному значению.

Аналогично уменьшение напряжения U_вх приводит к уменьшению сопротивления r_i транзистора VT1 и под­держанию U_выхна прежнем уровне.

Уровень выходного напряжения зависит от измеряе­мого напряжения U_изм. При изменении напряжения U_измбудет изменяться и U_вых,т. е. в рассмотренном стабили­заторе имеется возможность осуществления плавной регу­лировки выходного напряжения.

Интегральные стабилизаторы напряжения.Наиболь­шее распространение среди интегральных электронных стабилизаторов напряжения получили компенсационные стабилизаторы на основе микросхем серии К142: К142ЕН1, К142ЕН2, К142ЕНЗ и К142ЕН4 — с регулируемым выход­ным напряжением; К142ЕН5 — с фиксированным выход­ным напряжением; К142ЕН6Б — двухполярный с фикси­рованным выходным напряжением.

Электрические принципиальные схемы ИМС К142ЕН1 и К142ЕН2 идентичны (рис. 15.14) и различаются только значениями допустимых входных и выходных напряже­ний. Они содержат следующие основные узлы: источник опорного напряжения (транзисторы VT1 и VT2, диоды VD1 и VD2, резисторы R1 и R2);управляющий элемент (транзисторы VT3, VT4 и VT5, резистор R3);регулирующий элемент (транзисторы VT7 и VT8)и устройство за­щиты (транзисторы VT6, VT9, диод VD3 и резистор R4). Типовая схема включения микросхемы К142ЕН1 или К142ЕН2 приведена на рис. 15.15. Конденсатор С1, включенный

Рис. 15.14. Принципиальные схемы интегральных стабилизаторов К142ЕН1 и К142ЕН2

Рис. 15.15. Схемы стабилизаторов напряжения на ИМС К142ЕН1 (К142ЕН2)

между общей шиной и выводом 6микросхемы, повышает устойчивость стабилизатора. Установка необхо­димого значения выходного напряжения осуществляется регулируемым делителем R1, R2, определяющим напря­жение базы транзистора VT5 и в конечном итоге сопро­тивление регулирующего элемента (VT7 и VT8).

Коэффициенты нестабильности по напряжению и по току такого стабилизатора не превышают 0,5 и 2 % со­ответственно при токе нагрузки от 50 до 150 мА. При входных напряжениях 20 В для К142ЕН1 и 40 В для К142ЕН2 значения выходных напряжений могут быть установлены соответственно в пределах 3...12 В и 12...30 В.

Контрольные вопросы и задания

1.Каким требованиям должен удовлетворять полупроводниковый
диод, работающий в однополупериодном выпрямителе, изображенном
на рис. 15.2?

2.К каким последствиям приведет тепловой пробой одного из
диодов в двухполупериодных выпрямителях (рис. 15.3, а и 15.4, а)?

3.Расскажите, как работает двухполупериодный регулируемый
выпрямитель на тринисторах.

4.Для каких целей применяются сглаживающие фильтры и ка­
кие требования к ним предъявляются?

5.В чем преимущества фильтра с активными элементами перед
фильтрами с пассивными элементами?

6.Поясните принцип стабилизации напряжения стабилизаторами
компенсационного типа.

ЛИТЕРАТУРА

Агаханян Т. М. Интегральные микросхемы.— М: Энергоатомиздат, 1983.— 464 с.

Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы / Под ред. С. В. Якубовского.— М.: Радио и связь, 1984.— 432 с.

Бедрековский М. А., Кручинин Н. С, Подолян В. А. Микропроцес­соры.— М.: Радио и связь, 1981.— 94 с.

Гилмор Ч. Введение в микропроцессорную технику.— М.: Мир, 1984.— 334 с.

Грицевский П. М., Мамченко А. Е., Степенский Б. М. Основы авто­матики, импульсной и вычислительной техники.— М.: Сов. радио, 1979.— 392 с.

Ерофеев Ю. Н. Основы импульсной техники.— М.: Высш. шк., 1979.— 384 с.

Жеребцов И. П. Основы электроники.— Л.: Энергоатомиздат, 1985.—382 с.

Забродин Ю. С. Промышленная электроника.— М.: Высш. шк 1982.— 496 с.

Зельдин Е. А. Триггеры.— М.: Энергоатомиздат, 1983.— 98 с.

Криштафович А. К., Трифонюк В. В. Основы промышленной электроники.— М.: Высш. шк., 1985.— 288 с.

Крутякова М. Г., Чарыков Н. А., Юдин В. В. Полупроводниковые приборы и основы их проектирования.— М.: Радио и связь, 1983.— 352 с.

Мирский Г. Я. Микропроцессоры в измерительных приборах.— М.: Радио и связь, 1984.— 160 с.

Основы промышленной электроники/Под ред. В. Г. Герасимова.— М.: Высш. шк., 1985.—336 с.

Пасынков В. В., Чиркин Л. К., Шинков А. Д.— Полупроводнико­вые приборы.— М.: Высш. шк., 1981.— 432 с.

Полупроводниковые фотоприемники: ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра/Под ред. В. И. Ста-феева.— М.: Радио и связь, 1984.— 216 с.

Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Пер. с нем. / Под ред. А. Г. Алексеенко.— М.: Мир, 1983.—512 с.

Федотов Я. А., Старостин В. В., Щука А. А. Электроника четвер­того поколения.— М.: Знание, 1985.— 64 с.

Шилейко А. В., Шилейко Т. И. Микропроцессоры.— М.: Радио и
связь, 1986.— 112 с.