
- •Электротехника с основами электроники Опорный конспект лекций для учащихся машиностроительного отделения по специальности
- •Содержание:
- •Общие сведения
- •Электронные приборы
- •12.1. Электровакуумные приборы
- •12.2. Полупроводниковые приборы
- •12.2.1. Элементы физики полупроводников
- •12.2.2. Полупроводниковые диоды
- •12.2.3. Стабилитроны
- •12.2.4. Тиристоры
- •12.2.6. Биполярные транзисторы
- •12.2.7. Полевые транзисторы
- •12.2.8. Интегральные микросхемы
- •Контрольные вопросы:
- •Электронно-оптические приборы
- •13.1. Индикаторные приборы
- •13.1.1. Электронно-лучевые индикаторы
- •13.1.2. Вакуумно-люминесцентные индикаторы
- •13.1.3. Газоразрядные индикаторы
- •13.1.4. Полупроводниковые индикаторы
- •13.1.5. Жидкокристаллические индикаторы
- •13.2. Оптоэлектронные приборы
- •13.2.1. Светоизлучающие диоды
- •Контрольные вопросы:
- •Электронные усилители и генераторы
- •14.1. Электронные усилители
- •14.1.1. Транзисторные усилители
- •14.1.2. Усилители на микросхемах
- •14.1.3. Операционные усилители
- •14.2. Электронные генераторы
- •14.2.1. Генераторы синусоидальных колебаний
- •14.2.2. Мультивибраторы
- •Контрольные вопросы:
- •Логические элементы и цифровые устройства
- •16.1. Логические элементы
- •16.2. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •16.3. Микропроцессоры
- •Контрольные вопросы:
- •Источники питания электронных устройств
- •17.1. Общие сведения
- •17.2. Выпрямители
- •17.2.1. Однофазные выпрямители
- •17.2.2. Трехфазные выпрямители
- •17.2.3. Управляемые выпрямители
- •17.3. Сглаживающие фильтры
- •17.4. Стабилизаторы
- •17.5. Инверторы
- •Контрольные вопросы:
- •Литература
17.3. Сглаживающие фильтры
Для уменьшения пульсаций (сглаживания) выпрямленного напряжения используют специальные устройства – сглаживающие фильтры.
В схемах источников питания сглаживающие фильтры включают между диодной (тиристорной) группой и нагрузкой. Основными элементами сглаживающих фильтров являются катушки индуктивности, конденсаторы, транзисторы, сопротивления которых зависит от частоты и различны для постоянного и переменного токов. Так, для обеспечения фильтрации последовательно с приемником включают элементы, имеющие большее сопротивление для переменной составляющей выпрямленного тока и меньшее – для постоянной, а параллельно – наоборот. Элементом, включаемым параллельно нагрузке, может быть конденсатор большой емкости.
Простейшие фильтры состоят, как правило, из одного реактивного элемента – конденсатора или катушки. Сложные фильтры содержат несколько элементов (таблица 17.2). В зависимости от типа фильтрующего элемента фильтры разделяются на емкостные, индуктивные и электронные. По сложности фильтры делятся на однозвенные и многозвенные.
Основными параметрами, характеризующими работу фильтра, являются:
1)
коэффициент сглаживания
– отношение коэффициентов пульсации
на входе и выходе фильтра;
2)
коэффициент фильтрации
– отношение амплитуд основных гармоник
напряжения на входе и выходе фильтра;
3)
коэффициент передачи постоянной
составляющей
– отношение постоянных составляющих
на входе и выходе фильтра (таблица
17.2).
Таблица 17.1
Схема управляемого выпрямителя |
Форма выходного напряжения |
однофазная однополупериодная |
|
однофазная мостовая |
|
трехфазная с нейтральной точкой |
|
17.4. Стабилизаторы
Электронные устройства предъявляют достаточно жесткие требования к качеству электроэнергии, потребляемой от источников питания. Колебания напряжения и частоты промышленной сети переменного тока, изменение нагрузки в широких пределах, влияние температуры окружающей среды и т.д. диктуют необходимость различных стабилизирующих устройств в схемах источников питания.
Стабилизаторы подразделяются на стабилизаторы напряжения и тока, параметрические и компенсационные, непрерывного и импульсного регулирования.
Основной характеристикой работы любого стабилизатора является коэффициент стабилизации
по напряжению
,
(17.1)
по току
,
(17.2)
где
,
–
приращения входного и выходного
напряжения;
– приращение тока нагрузки;
,
,
– номинальные значения входного и
выходного напряжения и тока нагрузки
соответственно.
Наиболее простым стабилизатором постоянного напряжения является параметрический, основанный на подключении параллельно нагрузке полупроводникового стабилитрона (рис. 17.7 а).
Кроме
стабилитрона, в стабилизатор входит
балластный резистор
для создания требуемого режима работы.
Принцип работы стабилизатора основан
на нелинейности вольт-амперной
характеристики стабилитрона.
Таблица 17.2
Схема фильтра |
Параметры |
||
|
|
|
|
Емкостный фильтр |
|
|
|
Индуктивный фильтр |
|
|
|
LC-фильтр |
|
|
|
Электронный фильтр |
____ |
____ |
____ |
При
увеличении напряжения, подаваемого на
вход стабилизатора, рабочая точка
характеристики (рис. 17.7 б) перемещается
из точки 1 в точку 2. Ток стабилитрона
при этом изменяется достаточно сильно.
Но напряжение
мало отличается от напряжения
,
т.е. практически не изменяется напряжение
нагрузки.
а
)
б)
Рис. 17.7
Основным
достоинством параметрического
стабилизатора является надежность
работы и простота схемы. Недостатки –
низкий коэффициент полезного действия,
а также некоторые колебания напряжения
стабилизации при изменениях
,
обусловленные наличием большого
динамического сопротивления стабилитрона.
Кроме того, напряжение стабилизации
существенно зависит от температуры
окружающей среды, что особенно заметно
у мощных стабилитронов.
Перечисленные недостатки обусловили создание так называемых компенсационных стабилизаторов. Основу схем компенсационных стабилизаторов составляют транзисторы, работающие в режиме эмиттерного повторителя, или операционные усилители в интегральном исполнении.
Н
а
рис. 17.8 а представлена схема простейшего
компенсационного стабилизатора.
Транзистор VT1
работает в режиме эмиттерного повторителя,
а на–
а) б)
Рис. 17.8
пряжение
на его базе задается параметрическим
стабилизатором на стабилитроне VD
и резисторе
.
Ток параметрического стабилизатора
значительно меньше тока нагрузки.
Следовательно, КПД компенсационного
стабилизатора выше, чем параметрического,
поскольку у первого основная часть
входного
тока попадает в нагрузку, тогда как у
второго в большей степени ответвляется
в стабилитрон. Транзистор VT1
в данной схеме работает не в ключевом,
а в активном режиме. Усилитель постоянного
тока выполнен на маломощном транзисторе
VT2
и резисторе
.
С помощью резистора
регулируется напряжение
.
При
увеличении входного напряжения или
уменьшении тока нагрузки увеличивается
напряжение
.
Появляется сигнал обратной связи в виде
части напряжения
,
снимаемого с делителя
,
,
,
который сравнивается с напряжением на
стабилитроне. Напряжение на стабилитроне
остается постоянным, поэтому напряжение
транзистора VT2
уменьшается, значит, снимается ток
коллектора транзистора VT2.
Это приводит к уменьшению напряжения
транзистора VT1,
вследствие чего стабилизируется
напряжение
.
Для повышения эффекта стабилизации в последнее время вместо усилителя на транзисторе (VT2) используют схемы с интегральными операционными усилителями (рис. 17.8 б). В таких стабилизаторах существенно увеличивается коэффициент усиления, что позволяет повысить коэффициент стабилизации и снизить пульсации выходного напряжения стабилизатора.