Реферат Стабілізатори напруги

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Заснування освіти

БІЛОРУСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІНФОРМАТИКИ ІРАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра систем телекомунікацій

 

>РЕФЕРАТ

На тему:

 

«>Стабилизатори напруги»

 

МІНСЬК, 2008


СП характеризуються такими параметрами (рис. 1, а): максимальне (вона ж номінальне) вихідний напруга U2 >mох , діапазон регулювання цього ринку і допустима відносна нестабільність ; максимальний (він також номінальний) струм IМ навантаження і діапазон його змінDIМ (зазвичай приймають IМ >min = 0 іDIМ = IМ >max , інакше СП може вийти з експлуатації при холостому ході чи моменти включення прииндуктивном характері навантаження); вихідний опір ; коефіцієнт стабілізації коефіцієнт корисної дії (U1ном , I1ном – номінальні вхідні напруга й струм). Часовий (температурний) дрейф характеризують абсолютним або відносним зміною вихідного напруги певну час (у певному діапазоні температур).

а

б

>Рис. 1.Функциональние схеми

>cтабилизатров напруги:

а – загальна; б – паралельного типу

СП бувають паралельного й послідовнішого типів. Паралельний СП (мал.1, б) містить регулюючий 1 і опорний 3 елементи,сравнивающий іусилительний елемент 2. У ньому при нехтуванні струмом через внутрішній спротив Rі елемента 1 виконується умова , звідки [4]

,(1)

деDIУ ,DIР ,DIМ ,DU1 ,DU2 – збільшення (зміни) відповідно струмів який би порівняв, регулюючого елементів і навантаження, вхідного і вихідного напруг.

У реальних СП IУ << IР. З огляду на це приDU1 =DU2 = 0 (незмінне вхідний і ідеальна стабілізація вихідного напруг) слідDIР = –DIМ , тобто. струми навантаження і регулюючого елементів змінюються протилежно. Якщо ж IМ =const, то – зміна струму прямо пропорційно збільшенню напруги U1. З цього випливає, що мінімальний струм IР >min регулюючого елемента відповідає максимальному току IМ >max навантаження і мінімального вхідному напрузі U1 >min . Тоді при  

.

Вочевидь, IРном >> IР >min, якщо опір R0 СП мало. Максимальний струм IР >max , яким підбирають елемент 1, відповідає режиму холостого ходу і напрузі U1max :

де I1 >min = IР >min + IМ >max – мінімальний вхідний струм паралельного СП.

ВважаючиDU1 = 0, підставляючи і , дійшли вираженню для вихідного опору СП

,                                                                                    (2)

де – зване характеристичне опір, однакову вихідному опору активній частині СП (при );

RУ – сумарне вхідний опір елемента 2 з урахуванням елемента 3;

Kі – сумарний коефіцієнт посилення струму елементів 2 і одну.

Часто . Тоді .

Підставляючи , і , можна було одержати

.                                                        (3)

Найчастіше , тому , тобто. збільшення коефіцієнта стабілізації треба зменшувати характеристична опір. Це ж треба зниження вихідного опору.Требуемое досягають підвищенням коефіцієнта Kі посилення.

Насправді часто застосовують найпростіший паралельний СП напруги, званийпараметрическим (рис. 2, а).СтабилитронVD поєднує функції опорного і регулюючого елементів. Коливання напруги U1 чи струму IМ приводять до зміни струму Iбуд = Iст , але напруга U2 = Uст змінюється незначно: Uст »const. ТомуDU1 =DUR0 і , деDU1 ,DUR0 ,DIст – зміни відповідно напруг U1, UR0 і струму Iстстабилитрона; R0 –балластное опір (рис. 2, в).

           а б  

в

>Рис. 2.Параметрические

стабілізатори напруги:

а, б – схеми; в – характеристики

Для аналізованогодиодного СП справедливі співвідношення (1 – 2) при Kі = 0 і

,

деrбуд – диференціальний опірстабилитрона, який підбирають з значень напруги U2 і струму IМ . Очевидно, при Kі = 0 =rбуд, тобто. вдиодних СП характеристичне опір є величиною заданої. Відповідно й . Струм Iст >min вибирають не більше 2…3мА для малопотужних і 3…5мА для потужнихстабилитронов. Опірrбуд , залежить від струму Iст , приймають рівним номінальному (середньому) значенням. З припустимого струму Iстдоп оцінюють максимальний струм навантаження.

>Диодние СП прості та надійні, та їх вадами є неможливість регулювання вихідного напруження і невисокий коефіцієнт стабілізації (порядку 15…50), особливо в великих токах навантаження IМ > Iстном . Можливий спосіб збільшення параметра K – застосування каскадних схем (рис. 2, б). Розрахунок такого СП виконується “справа-наліво”.Виходное опір визначаєтьсястабилитрономVD2.Диодние СП застосовуються переважно як джерело опорного напруги на більш потужних СП й у харчуванняслаботочних схем, наприклад, ланцюгів усунення. І тут вдається забезпечити умова IМ >max > Iст >min , у якому стабільність то, можливо прийнятною. Температурний і тимчасової дрейфпараметрического СП той самий, як в окремогостабилитрона. У широкому інтервалі температур дрейф напруги U2 сягає 10% і більше, тобто. значно перевищує нестабільність напруги U1 і струму IМ . Аналіз свідчить, щооднокаскадний паралельний СП (міститьоднокаскадний регулюючий елемент) немає переваг переддиодним, адвухкаскадний (здвухкаскадним регулюючим елементом) поступаєтьсядвухкаскадному послідовному СП.

Послідовний СП (рис.3) напруги містить регулюючий 1 і опорний 3 елементи,сравнивающий іусилительний елемент 2. У ньому виконується умова (Rі – внутрішній спротив елемента 1), звідки для збільшень

.                                                       (4)

>Рис. 3. Функціональна схема стабілізатора напруги послідовного типу

У реальних СП IУ << IМ . З огляду на це приDU1 =DU2 = 0 слідDIР =DIМ , тобто. струм регулюючого елемента повторює зміна струму навантаження. Якщо ж IМ =const, то – зміна струму елемента 1 протилежно зміни струму через опір Rі, яким принципово не можна нехтувати. З цього випливає, що у послідовному СП максимальний струм IР >max регулюючого елемента відповідає максимальному току IМ >max навантаження і мінімального вхідному напрузі U1 >min.: (часто з запасом приймають ). Послідовний СП неспроможна працювати у режимі холостого ходу (у разі IР < 0). Для нормально функціонувати через елемент 1 повинен протікати мінімальний (залишковий) струм . Струм IМ >min забезпечують підключенням не вдома постійного опору (шунти). Тоді відношення до зовнішньої навантаженні холостий хід скажімо, але під струмом IМ >max треба думати суму струмів власне навантаження і шунта IШ = IМ >min . У робочому режимі напруга на регулюючому елементі UР = U1 – U2 . Однак у момент включення (з урахуванням ємності не вдома) і за короткому замиканні UР = U1 , що робить регулюючий елемент обирають з умови UР >max = U1 >max .

Вважаючи в (3)DU1 = 0, і , маємо

,                                                                                    (4)

де параметри , RУ , Kі аналогічні параметрами паралельного СП, а підставляючи сюди і саміDIР іDIУ , знаходимо коефіцієнт стабілізації

.                                                        (5)

У послідовних СП, як й у паралельних, . Тому . Черезнеидеальних властивостей регулюючого елемента , і коефіцієнт стабілізації має кінцеве значення.

>Однокаскадний послідовний СП та їїмалосигнальная еквівалентна схема наведено на рис. 4, а, б.Усилительная частина представлена транзисторомVT, опорна –стабилитрономVD,стабилизированним напругою Є0 ібалластним опором R0 . По суті, СП єемиттерний повторювач, потенціал бази якого стабілізовано, а напругаколлекторного харчування змінюється в межах.

Порівнюючи схеми рис. 3 і рис. 4, а, б, встановлюємо: , , , = , деrЕге ,rБ ,, b – параметри транзистораVT у схемі з ОЕ;rбуд – диференціальний опірстабилитронаVD. Кількісні розрахунки доводять, що з середніх значеннях параметрів транзисторів середньої потужності = 5кОм,rБ = 20Ом, b = 30, IДо = 0,25 Проте йrбуд = 10Ом вихідний опір і коефіцієнт стабілізації приблизно рівні 1Ом і 125 раз. Розмір K прийнятна, але R>вих порівняно велика і обмежує максимальний струм навантаження воднокаскадном СП.

У означеному СП напруга Є0 передбачалося абсолютно постійним. Насправді діодний СП харчується того ж таки джерела. ОкреслившиDЕ0 =hDU1 (h < 1) та включивши це джерело змінного напруги послідовно з опором R0 , можна показати, що коефіцієнт стабілізації зменшується в (1+) раз. Найчастішебалластное опір R0 підключають до входу СП безпосередньо, що різко знижує значення K. Справді, у разі зміни вихідного і опорного напруг приблизно однакові (зміною напруги база –емиттер транзистораVT нехтуємо). Тому коефіцієнт стабілізації СП близький до аналогічного опорною частини, котрий за причини невеликого значення R0 (100…300Ом) вбирається у 10…20.

Основна хибаоднокаскадного послідовного СП – порівняно велике вихідний опір. Найкращі властивості маєдвухкаскадний СП (рис. 4, в), у якому транзисторVT1 є регулюючим елементом, а транзисторVT2 –сравнивающим іусилительним. І тут , , і = , де IК1, b1 – струм колектора транзистораVT1 і коефіцієнт його струму у схемі з ОЕ; R>вх2 ,rБ2 ,r>Э2 , b2 – вхідний опір і параметри транзистораVT2;rбуд – диференціальний опірстабилитронаVD. Наприклад, при I>К2 = 10мА,rБ2 = 50Ом, b1 = b2 = 30 іrбуд =10Ом маємо R>вих » 0,15Ом. Виграш протиоднокаскадной схемою значний. Відповідно зростає й коефіцієнт стабілізації: K » 1000.


               а б


               м


                   буд е

>Рис. 4. Схеми послідовних стабілізаторів на дискретних елементах

Зазвичай мінімальний струмстабилитронаVD перевищує струм IБ2 транзистораVT2. Тому вводять додаткове усунення з допомогою опору Rбуд відИП напругою –Єбуд (показано пунктиром): (Iбуд (IRбуд) – струмстабилитрона (через опір Rбуд)). Щоб не допустититокопроводящей ланцюгастабилитронVD беруть у ланцюгемиттера транзистораVT2, а базу останнього з'єднують після виходу СП (див. рис. 4, в). У такій схемою транзисторVT2 працює за низького напрузі колектор – база U>КБ2 = U>БЭ1 << U2, що додатковим перевагою. Недолік – підвищену вхідний опір . Через це зростає вихідний опір , що знижує коефіцієнт стабілізації, проти базовим включенням, три з гаком.

Типові значення параметрівдвухкаскадних послідовних СП становлять R>вих = 0,1…0,5Ом, K = 200…800 і IМ = 0,2…0,5 А. Що стосуєтьсябльших струмів (потужностей) і підвищених вимог до коефіцієнта стабілізації необхідно подальше зменшення характеристичного опору у вигляді збільшення коефіцієнта Kі . Це досягається або використанняммногокаскадних підсилювачів всравнивающем іусилительном елементі СП, або застосуванням якVT1 складеного Т, що найчастіше використовують практично. Випускаються складові (з цих двох елементів) Т, спеціально призначені для СП. У такій схемою опір R>вих їх може становити соті (тисячні) частки ома.

Розглянуті СП забезпечують вихідний напруга U2 » Uст (Uст – напруга стабілізації діодаVD). Насправді часто необхідно мати відрізняється від Uбуд = Uст величину, регульовану сходами. Найпоширеніший спосіб підвищення U2 представлений рис. 4, р. Він придатний й у паралельних СП. Вважаючи U>БЭ » 0, маємо . Для зменшення параметра RУ опір R2 вибирають малим, тож і . За такоїнизкоомномделителе, зробивши опору перемінними, можна плавно регулювати вихідний напруга.

По теоремі про еквівалентному генераторі розглянута схема перетворюється на схему рис. 4, буд, де і . За відсутності дільника прирощення вхідного струму становить , з нею – , тобто. дільник зменшує прирощенняDIУ за однакової змініDU2. Це підвищенню RУ і . Тому коефіцієнт стабілізації погіршується:

,

де K0 – коефіцієнт стабілізації без дільника.

Вочевидь, навіть у граничному разі Rсправ = 0 СП зделителем в разів гірше (). Тому, за регулюванні вихідного напруги параметри СП змінюються і оптимальні при U2 = U2 >min .

Для отримання малих регульованих напруг застосовують схему рис. 4, е, у якій при через опір R1 протікає поставлене струм . Тому, змінюючи R1, можна як великі, і малі напруги U2 (близькі до 0 У). Практично U2 >min » U>БЭ = 0,7 У.

У СП вихідний напруга одно U2 = Uбуд + U>БЭ (Uбуд (U>БЭ) – напруга опорного елемента (база –емиттер Т)) або пропорційно про цю суму. Тому тимчасової і температурний дрейф напруги U2 визначається змінамиDUбуд іDU>БЭ при незмінних значеннях U1 і RМ . Часовий дрейф параметра Uбуд практично немає, аналогічний параметра U>БЭ є хаотичним та значною мірою залежить від якості Т.Температурние залежності Uбуд = =f1 ) і U>БЭ = >f2 ) визначаються температурним коефіцієнтом e напруги. Що стосуєтьсястабилитронам e > 0 зростає на підвищення номіналу Uбуд та зростання струму Iбуд. Коефіцієнт e транзисторів є негативним при малих токах і зменшується по модулю зі збільшенням струму IЕге . Практично позитивна складова температурного коефіцієнта превалює і непередбачуване напруження U2 зростає зі збільшенням температури, тож його сумарний коефіцієнт становить eст = 2…5мВ/град. Якщо це неприйнятно, то застосовують складовою опорний елемент, який поєднає пряме і зворотне включеннястабилитронов. Він дає змогу знизити значення eст до 0,1мВ/град, але взаємна компенсація є лише у вузькому діапазоні струму Iбуд , що необхідно враховувати.

>Виходное опір транзисторних СП, особливомногокаскадних, обмаль, але ці справедливо для статичної величини R>вих . При стрибкоподібних змінах струму IМ коефіцієнт b транзисторів першої хвилини нульовий, відповідно Kі (0) = 0, і початкова вихідний опір R>вих (0) » (0) »rбуд + >rБ + >rЕге може значно перевищувати значення R>вих . Відновлення відбувається після час, обумовлений постійноїtb часу Т. Щоб не допустити цього вихід СПшунтируют досить великий ємністю З, обраній за умовоюСR>вих порівн >>tпро, деtпро – еквівалентна стала часу, рівна у першому наближенні сумі постійнихtb всіх транзисторів СП; – усереднений по інтервалу перехідного процесу вихідний опір. При R>вих порівн = 0,1Ом іtпро = 10 мкс необхідне значення З становить сотнімикрофарад.

Коефіцієнт стабілізації K як функція характеристичного опору – теж комплексна величина. Її модуль зменшується на підвищення частоти пульсацій і

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація