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

6. Допустимые пределы изменения тока нагрузки:

Максимальное приращение тока нагрузки: ^^JRmax=

^к min-

7. Полная (интегральная) погрешность стабилизации при возмущениях, оговоренных в пп. 5 и 6: NJny, = Л£/„Е + ^Uu[.

8. Допустимые пределы температуры окружающей среды: ^0 min ^0 "^С ^0 max-

9. Температурный дрейф выходного напряжения: Л£/Нл при б0 = var; Uc = const; / н — const.

10.Относительная влажность окружающей среды (макси­ мальная) Д%.

11.Сохранение работоспособности при ударных механиче­

2. Зависимость относительной погрешности от тока нагрузки при разных неизменных значениях напряжения на входе:

Характеристики стабилизации определяют эксперименталь­ ным путем,* т. е. они характеризуют свойства изготовленного стабилизатора.

Коэффициент стабилизации и выходное сопротивление

1. Коэффициент стабилизации равен отношению относитель­ ного изменения напряжения на входе к относительному измене­ нию напряжения на выходе при неизменном токе нагрузки:

__ Д £ П 1 max . Д ^ п Е _ "т —ап rj

10

либо

пЕ

и,cN U

2. Статическое выходное сопротивление стабилизатора, рав­ ное отношению приращения выходного напряжения к вызвав­ шему его приращению тока нагрузки при неизменном напряже­ нии сети:

Для расчета статических коэффициента стабилизации и вы­ ходного сопротивления следует использовать общее уравнение

Таким образом, коэффициент стабилизации растет при уве­ личении петлевого усиления и уменьшении коэффициентов пере­ дачи возмущений.

11

зуют характеристики стабилизации (рис. 1.2), которые заменяют прямыми линиями, проходящими через крайние точки, соответ­ ствующие полному диапазону стабилизации по Uc и / п .

Динамические характеристики и параметры

Для оценки качества процесса регулирования во время пере­ ходных процессов используют переходные или частотные харак­ теристики.

Переходные характеристики

Переходной характеристикой называют зависимость дина­ мической погрешности стабилизации от времени при условии, что переходный процесс вызван единичным ступенчатым возму­ щением.

12

Переходные процессы в стабилизаторе могут иметь различ­ ный характер в зависимости от возмущений, режима работы (в частности исходного режима, предшествующего наступлению

малую емкость), могут иметь колебательную переходную харак­ теристику (рис. 1.3):

М ' ) = Д Ц , Е ( ^ ) + Д ^ , Е ( + 0 ) - е - г ' - С О З ( ш ^ - фк ); h, (0 = Шн1 ( с о ) - Шп1 ( + 0).e-s '-cos (<ок* - 6К ),

где ^ н я ( ° ° ) , ДЦ,/( с о ) — установившаяся погрешность при.

/—>- со;

^U„E(+ 0), Шн1 ( + Oj,— предельно возможное отклонение выходного напряжения после сту­ пенчатого возмущения (при /->-0);

шк — частота собственных колебаний; б — коэффициент затухания.

Относительное значение максимального отклонения выход-

ная составляющая уменьшается до 3—5% от максимального значения ее—временем регулирования.

13

Когда стабилизатор имеет достаточно большую емкость на.

/-дие (ю>е

ад

\

д ч

Рис. 1.4

Для получения апериодического переходного процесса по рекомендации ряда авторов [2, 5] следует выбирать емкость С н из условия

Длительность переходных процессов обычно составляет де­ сятки — сотни микросекунд.

14

На начальную стадию переходного процесса оказывает влия­ ние индуктивность конденсатора Св и монтажных проводов. Это влияние проявляется часто в виде кратковременных дополни­ тельных выбросов, показанных на рис. 1.3, 1.4 пунктиром. Наи­ более полно переходные характеристики исследованы Ю. В. Сафрошкиным [5].

Переходные процессы «в большом» могут быть вызваны перегрузками, чрезмерно большими скачками напряжения сети либо неудовлетворительными переходными характеристиками выпрямителя, когда стабилизатор работает вблизи границы диапазона стабилизации.

U

Рис. 1.5

Переходная характеристика системы выпрямитель — стаби­ лизатор, если известны собственные переходные характеристики стабилизатора hE(t) и выпрямителя hB(t), определяется инте­ гралом свертки (интегралом Дюамеля):

захода транзисторов стабилизатора в нелинейный р.ежим насы­ щения (или отсечки), когда транзисторы теряют управляемость и характер изменения напряжения на выходе определяется пере­ ходным процессом в фильтре выпрямителя. На рис. 1.5 показан

1.5

случай, когда переходный процесс в выпрямителе с L-C-фильт- ром вызывает периодическое наступление режима насыщения исполнительного транзистора на нижней границе диапазона стабилизации. Кривая выходного напряжения имеет при этом периодические провалы.

Чтобы исключить подобные явления, следует использовать выпрямители с емкостным фильтром, обладающие апериодиче­ ской переходной характеристикой.

Частотные характеристики

Частотные характеристики позволяют оценить реакцию ста­ билизатора на возмущения периодического характера. К таким возмущениям относятся, например, пульсации напряжения на выходе выпрямителя либо периодические изменения тока на­ грузки, в частности тока, потребляемого усилителями звукового диапазона частот, генераторами, электронной аппаратурой, ра­ ботающей в импульсном режиме (мультивибраторами, блокинггенерато.рами и т. п.). В связи с этим имеют практическое зна­ чение:

1. Частотная характеристика коэффициента стабилизации

и(со) =Fi (to), 0<a><C°o.

2.Частотная характеристика выходного сопротивления ста­

задачей, так как необходимо знать не только зависимость ком­ плексного коэффициента петлевого усиления от частоты

(4)

(5)

а также выходного сопротивления стабилизатора при разомкну­ той обратной связи

ZjP (/io) = Zp (o)).e

Допустим, что QBI(CO), QB2(W), 2i p ((o) =/?,-р не зависят от ча­ стоты. Тогда, используя (1), получим

X((D) = V\ +/CgQo) + 2 f t p ( » ) созу р (ш) U.

(6)

16

Отсюда видно, что в той области частот (со > сос ), где наступает заметный спад частотной характеристики /<р(со), коэффициент стабилизации снижается, а выходное сопротивление стабилиза­ тора переменному току возрастает (рис. 1.6). Поэтому, когда требуется выполнить стабилизатор, хорошо работающий при возмущениях, характеризующихся широким частотным спект­ ром, необходимо использовать транзисторы с высокой гранич-

1 Кр(ь>)

соких частотах получают не за счет эффекта стабилизации, а пу­ тем шунтирования выходных зажимов стабилизатора емкостью. Тогда

§ 3. УСТОЙЧИВОСТЬ СТАБИЛИЗАТОРА

Под устойчивостью понимают способность системы возвра­ щаться в положение равновесия после прекращения внешнего воздействия, вызвавшего отклонение от равновесного состояния. В системах автоматического регулирования чаще всего наблю­ дается колебательная неустойчивость, проявляющаяся в пери­

Неустойчивый стабилизатор неработоспособен. Поэтому обес­ печение устойчивости является важнейшим этапом проектирова­ ния или экспериментальной наладки стабилизатора.

Точный аналитический расчет устойчивости стабилизатора практически выполнить невозможно, так как процессы в много­ каскадных транзисторных схемах весьма сложны, существенное влияние оказывают паразитные гальванические емкостные и индуктивные связи, параметры и характеристики транзисторов имеют большой разброс и, строго говоря, нелинейны.

Поэтому при аналитическом описании поведения стабилиза­ тора неизбежны упрощения и допущения, которые искажают реальную тонкую структуру стабилизатора и происходящих в нем процессов. Из сказанного, однако, не следует, что теорети­ ческое исследование невозможно и не дает полезных для прак­ тики результатов. Экспериментальная настройка и обеспечение устойчивости, если они проводятся вслепую, без использования выводов и закономерностей, вытекающих из теоретического исследования, могут значительно ухудшить динамические пока­ затели стабилизатора, привести к неоправданно большим за­ тратам времени и средств и ненадежным результатам. Общая теория устойчивости излагается в литературе, посвященной

следствия, важные для практики.

К числу наиболее удобных с точки зрения инженерной прак­ тики относится частотный метод исследования устойчивости. В одноконтурной системе с обратной связью вопрос об устойчи­ вости может быть решен путем исследования комплексных коэф­

18

при выполнении системы регулирования, на критической частоте добавляется фазовый сдвиг на угол Фр(сонр) = ± л , появляю­

Условие баланса амплитуд означает, что после прохождения контура регулирования сигнал частоты соКр поступает вновь на вход, не ослабляясь по величине.

Коэффициент усиления замкнутой системы при ©Кр обраща­ ется в бесконечность:

| К , ( у Ч Р ) 1 = Х Х + \ ~ ' Е ± * = С О

Это следует трактовать так: хотя извне на систему сигнал не поступает, на выходе замкнутой системы имеются колебания частотой шкр, которые поддерживаются неограниченно долго. Таким образом, в системе выполняются граничные условия само­

лой флюктуацией (например, тепловым шумом сопротивлений), включающей спектральную составляющую частоты сйКр, нара­

частотную (ФЧХ) характеристики разомкнутой системы, пока­

19