Контрольные вопросы к разделу 7.5

1. Назначение и основные параметры стабилизаторов.

2. Параметрический стабилизатор: принцип работы, вывод основных расчетных соотношений.

3. Компенсационный стабилизатор: принцип работы, упрощенная принципиальная схема.

4. Стабилизаторы в интегральном исполнении.

5. Принципы построения импульсных стабилизаторов постоянного напряжения.

6. Стабилизатор тока: схема, принцип работы.

7.6 Схемы источников питания

После изучения работы отдельных функциональных узлов рассмотрим схемную реализацию некоторых наиболее распространенных источников питания. На рисунке 7.19а приведена трансформаторная схема на два напряжения с емкостными сглаживающими фильтрами и компенсационным стабилизатором в интегральном исполнении. Выпрямители собраны по полумостовой схеме (диод VD1, VD4 – положительное напряжение и VD2,VD3 – отрицательное напряжение). В качестве стабилизатора используется МС К142ЕН6, позволяющая осуществить стабилизацию двух напряжений противоположной полярности. Емкостные фильтры С2, С6 – по положительному напряжению; С1, С5 – по отрицательному напряжению. Емкости С3,С4 – корректирующие и предназначены для обеспечения устойчивой работы стабилизатора. Схема удобна для организации питания ОУ.

На рисунке 7.19б приведена бестрансформаторная схема источника на одно напряжение. С₁, R₁ – гасящая цепочка; VD1...VD4 – мостовая схема выпрямления; С2, L, C3 – П-образный сглаживающий фильтр; R₂,VD5 – параметрический стабилизатор напряжения. Использование такого варианта наиболее целесообразно для маломощных источников питания.

а

б

в

Рисунок .7.19 – Варианты принципиальных схем источников питания

На рисунке 7.19в приведена схема с преобразованием энергии VD1...VD4 – мостовая схема выпрямления; С1 – сглаживающий фильтр; TV, VT1, VT2, VD5, R1 – преобразователь, собранный по схеме мультивибратора с индуктивными связями. Частота колебаний мультивибратора выбирается в диапазоне 1-20 кГц. Напряжение U_вых1 получено в результате однополупериодного выпрямления напряжения, снимаемого с W₂ (VD6), и использования емкостного фильтра С2. Это напряжение не будет высококачественным, т.е. предназначено для питания выходных цепей.

Напряжение U₂ получено в результате выпрямления напряжения обмотки W₃ (мостовая схема VD7...VD10). Далее использован емкостной фильтр (С3), компенсационный стабилизатор (МС серии К142ЕН8) и емкостной фильтр С4. Схема обладает лучшими массо-габаритными показателями, т.к. трансформатор и фильтры рассчитаны на работу на повышенной частоте. Такая же схема, но без выпрямителя (VD1...VD)4 может быть использована при постоянном входном питающем напряжении (преимущественно для питания схем на мобильных объектах). Приведенные схемы не отражают все многообразие вариантов реализации источников питания и приведены только в качестве примеров.

7.7 Умножители напряжения

При необходимости получения высоких значений постоянных напряжений возникают сложности при реализации сетевого трансформатора, так как необходимо выполнять жесткие требования к изоляции вторичной обмотки во избежании электрического пробоя на сетевую обмотку.

Для этой цели разработаны специальные схемы повышения выходного напряжения, которые называют умножителями напряжения. На рисунке 7.20а приведена схема удвоителя параллельного типа.

а б

а – схема удвоителя параллельного типа; б – схема умножителя последовательного типа

Рисунок 7.20 – Умножитель напряжения

Работа умножителя основана на сложении напряжений конденсаторов С1 и С2, которые заряжаются в разные полупериоды напряжений. В положительный полупериод синусоидального напряжения U₂ (когда _а > _б) открыт диод VD1, и С1 заряжается по цепи: точка "а" обмотки W₂, VD1, C1, точка "б" обмотки W₂, C1 заряжается до амплитудного значения (U_2m). В отрицательный полупериод (_б > _а) диод VD1 закрыт, а VD2 открыт и С2 заряжается по цепи: точка "б", С2, VD2, точка "а". Нагрузка подключается к суммарному напряжению U_н = U_с1 + U_с2  2U_m2.

На рисунке 7.20б приведена схема умножителя последовательного типа. Упрощенно работа умножителя происходит следующим образом. Когда _а > _б, происходит заряд С1 через VD1 до напряжения U_2m. В отрицательный полупериод (_а < _б) VD1 закрыт, а VD2 открыт и происходит заряд емкости С2 до напряжения 2U_2m. Увеличение напряжения происходит потому, что заряд осуществляется от двух последовательно и согласно соединенных источников: обмотка W₂ и емкость С1. В следующий положительный полупериод открыт VD1 и VD3; происходит подзаряд С1 и заряд С3 до напряжения 2U_2m, так как две последовательно соединенные емкости С1 и С2 заряжаются от двух последовательно соединенных источников U_2m на обмотке W₂ и U_с2 = 2U_m2.

Аналогично емкость С4 зарядится также до двойного напряжения. Если нагрузку присоединить к С2, то U_н  2U_2m, если к С1 и С3, то U_н  3U_m2, если к С2 и С4, то U_н  4U_m2 и т.д., т.е. количество звеньев умножителя можно наращивать. Умножители используются при маломощных нагрузках, например, для питания анодной цепи кинескопа. Недостатки схем с умножением напряжения: низкий КПД, большое внутреннее сопротивление, что приводит к сильной зависимости выходного напряжения от тока нагрузки.