книги из ГПНТБ / Федосеев П.Г. Основы проектирования транзисторных стабилизаторов напряжения учеб. пособие для студентов специальности 0615 Звукотехника

Государственный комитет Совета Министров СССР

по кинематографии

П. Г. ФЕДОСЕЕВ

О С Н О В Ы П Р О Е К Т И Р О В А Н И Я Т Р А Н З И С Т О Р Н Ы Х

С Т А Б И Л И З А Т О Р О В Н А П Р Я Ж Е Н И Я

Учебное пособие для студентов специальности 0615 „Звукотехника"

ЛЕНИНГРАД

1974

УДК 621.311.6 .-621.28

Рекомендовано к изданию научно-методической комиссией электротехнического факультета 6/1V—73 г.

© ЛИКИ, 1973 г.

В В Е Д Е Н И Е

Транзисторные стабилизаторы напряжения широко приме­ няются в качестве источников питания разнообразной аппара­ туры в радиоэлектронике, автоматике, измерительной и вычисли­ тельной технике, звукозаписи и телевидении.

По сравнению с ламповыми транзисторные стабилизаторы выгодно отличаются более высоким к. п. д., мгновенной готовно­ стью к действию, практически неограниченным сроком службы электронных элементов.

Слабым местом транзисторных стабилизаторов долгое время являлась низкая устойчивость транзисторов даже к кратковре­ менным (десятые и сотые доли секунды) тепловым перегрузкам.

Этот недостаток в настоящее время успешно преодолен бла­ годаря разработке высокоэффективных схем безынерционной автоматической электронной защиты от перегрузок и коротких замыканий на выходе.

Схемы транзисторных стабилизаторов разнообразны и непре­ рывно совершенствуются. Однако в основе действия практически

в рекомендованных методиках анализа и расчета. В частности, не уделяется должного внимания оценке возмущений и опреде­ лению коэффициентов передачи возмущений отдельными узлами схемы. Поэтому, хотя данное руководство ограничено рамками учебного пособия и посвящено лишь расчету статических режи­ мов, в нем значительное внимание уделено систематизации основных представлений, о стабилизаторах как разновидности замкнутых систем регулирования и формированию у студентов соответствующих навыков анализа и расчета схем.

1*

Г л а в а I . ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ТРАНЗИСТОРНЫХ

СТАБИЛИЗАТОРОВ Н А П Р Я Ж Е Н И Я § 1. ТИПОВАЯ СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СТАБИЛИЗАТОРА

Для стабилизации выходного напряжения выпрямительных устройств при колебаниях напряжения сети или сопротивления нагрузки между выпрямителем и потребителем энергии постоян­ ного тока часто включают транзисторный стабилизатор напря­ жения.

В стабилизаторе обычно последовательно с нагрузкой вклю­ чен мощный транзистор, автоматически изменяющий иод дей­ ствием управляющего сигнала напряжение или ток коллектора так, чтобы напряжение на выходе сохранялось неизменным.

Как правило, действие стабилизатора основано на принципе регулирования по отклонению регулируемой величины, т. е. на

литрона и напряжения обратной связи. Для упрощения рассу­ ждений отнесем начальное напряжение на эмиттерном переходе

4

управления исполнительным транзистором. Поэтому в схему вводится усилительный каскад постоянного тока (УПТ) на транзисторе Г у с высоким коэффициентом усиления по напря­ жению. .

Усиление сигнала ошибки только по напряжению не решает задачи, так как для управления мощным исполнительным тран­ зистором требуются приращения тока базы Гц порядка десят­ ков или сотен миллиампер. Для увеличения мощности управля­ ющего сигнала служат эмиттерные повторители на транзисторах Г с 1 и Тс2. Инымисловами, эмиттерные повторители позволяют согласовать усилитель напряжения, имеющий, большое выходное

•.Сущность процесса регулирования в стабилизаторе с обрат­ ной связью сводится к следующему. Если из-за влияния какихлибо возмущений выходное напряжение начинает изменяться, то возникает сигнал ошибки. Под действием усиленного сигнала ошибки исполнительный транзистор создает регулирующее воз­ действие такой величины и знака, чтобы скомпенсировать влия­ ние возмущений, т. е. сохранить напряжение на нагрузке неиз­ менным.

снижается ток эмиттера) настолько, что выходное напряжение остается практически неизменным. По существу устройство ра­ ботает так, чтобы уменьшить рассогласование между напряже­ нием задающего стабилитрона и напряжением обратной связи.

6

одинаковое по величине и обратное по знаку относительное из­ менение выходного напряжения.

Отсюда следует, что задающий стабилитрон и делитель об­ ратной связи должны иметь собственную нестабильность на­ много меньшую, чем допустимая погрешность стабилизации.

Тот факт, что при одинаковых знаках АЕ3 и АКЯ обусловлен­ ные ими составляющие погрешности взаимно вычитаются, позво­ ляет осуществлять термокомпенсацию теплового дрейфа напря­ жения задающего стабилитрона введением температурно зави­ симых элементов в цепь делителя обратной связи.

Третий член правой части равенства (1) показывает, что влияние нестабильности характеристик или разброса параметров транзисторов при их смене мало сказывается на выходном на- ' пряжении, если, конечно, абсолютная величина петлевого усиле­ ния при этом сохраняется достаточно большой. Это общее свой­ ство систем с обратной связью весьма ценно с точки зрения серийного производства и эксплуатации, так как исключает не­ обходимость в специальном отборе транзисторов. Конечно, ста­ билизатор должен быть рассчитан так, чтобы при использовании транзисторов с худшими параметрами (минимальным h2\3, боль­ шим hm и т. п.) точность стабилизации была не меньше за­ данной.

В соотношении (1) знаки и величины возмущений могут на­ ходиться в самых разнообразных сочетаниях и отдельные состав­ ляющие погрешности в определенных режимах взаимно компен­ сируются. Очевидно, что наибольшая погрешность должна оце­ ниваться для такого случая, когда возмущения максимальны и абсолютные значения всех членов правой части (1) суммиру­ ются, т. е. для самого худшего случая.

Указанные общие свойства стабилизатора как системы с об­ ратной связью необходимо иметь в виду при выборе схем и рас­ чете отдельных узлов конкретных стабилизаторов.

Помимо факторов, характеризующих свойства стабилизатора' при установившихся режимах, необходимо учитывать также их динамические свойства, которые кратко будут рассмотрены позже.

Однако одно обстоятельство следует упомянуть сейчас. Как и любая система с обратной связью, стабилизатор при непра­ вильном выборе параметров схемы может оказаться неустой­ чивым. Склонность к неустойчивости (самовозбуждению) возра-

8