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

Если частота среза выше критической, то Др(сокР )>1 [20Ig/Cp((oKp) > 0 ] и система неустойчива (рис. 1.7,а).

Таким образом, чтобы стабилизатор был устойчив, необхо­ димо потребовать, чтобы частота среза была меньше крити­

20

АЧХ и ФЧХ отдельного усилительного каскада постоянного тока приближенно отвечают характеристикам апериодического инер­ ционного звена (рис. I . 7, в):

Ki (0) ? .(ш) = - arctgw7b

V1 + о>7£

где Ki(0) — коэффициент усиления при со = 0; Ti — постоянная времени.

Частоту сос. = у - называют частотой сопряжения низкочастот­

ной и высокочастотной асимптот АЧХ, для которой <з (сос) =

= -^- и /Сг(шо) =0,707 Ki (0), т. е. имеется спад усиления на 3 дБ.

Теоретическое исследование устойчивости показывает, что, чем больше отличаются друг от друга постоянные времени, тем больше допустимое значение статического коэффициента усиле­ ния разомкнутой системы Кр(0)пои, при котором еще сохраня­ ется устойчивость. Например, в системе с тремя апериоди­ ческими каскадами

вится мал за счет спада, внесенного каскадом с большой по­ стоянной времени. Поэтому условия устойчивости соблюсти легче даже при большом Кр(0).

21:

В транзисторном стабилизаторе исполнительный и согласую­ щие каскады выполняются по схеме эмиттерного повторителя. В этой схеме заметный спад коэффициента передачи наступает при частотах, примерно равных (0,2-^0,6) / а где fa — граничная частота транзистора в схеме с общей базой. Очевидно, что тран­ зисторы ТС\, Тс2 и Тп должны иметь разные частоты соа.

Усилительный каскад по схеме ОЭ характеризуется верхней частотой пропускания

Л ~ 1 + л 2 1 э « Л -

Чтобы постоянная времени этого каскада существенно отли­ чалась от постоянных времени исполнительного и согласующих каскадов, можно использовать два пути. В первом случае усили­ тельный каскад выполняют на транзисторе того же частотного диапазона, что и остальные, но искусственно сужают полосу равномерного пропускания за счет местной обратной связи. Для этого шунтируют промежуток коллектор—база Г у емкостью '0,01—0,1 мкФ.

В таких стабилизаторах уже на сравнительно низких часто­ тах (2—5 кГц) имеется спад петлевого усиления и, следова­ тельно, наступает уменьшение коэффициента стабилизации, а также рост выходного сопротивления.

Во втором случае в усилительном каскаде используют весьма высокочастотный транзистор и применяют меры для ослабления влияния паразитной емкости монтажа. Тогда удается получить устойчивый стабилизатор,-обладающий высоким коэффициентом стабилизации и низким выходным сопротивлением в широком диапазоне частот (десятки и даже сотни килогерц). В настройке такие стабилизаторы сложнее и часто требуют использования дополнительных средств коррекции частотных характеристик от­ дельных каскадов.

Г л а в а I I . ВЫБОР СХЕМЫ СТАБИЛИЗАТОРА

§ 1. ОБЩИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

Разработка схемы транзисторного стабилизатора напряже­ ния (ТСН) производится исходя из требований технического задания.

Мощность, величина выходного напряжения и тока и диапа­ зон возмущений влияют, главным образом, на выбор схемы силовой цепи — исполнительного и согласующего каскадов.

Требования к точности стабилизации определяют построение схемы формирования й усиления сигнала ошибки.

22

Кроме того, схема стабилизатора должна выбираться.с уче­ том ряда специальных требований, таких, как необходимость в плавной регулировке величины стабилизированного напряже­ ния, нечувствительность стабилизатора к перегрузкам и корот­ ким замыканиям на выходе, способность работать при импульс­ ных нагрузках и т. д.

Следует иметь в виду, что указанная совокупность требова­ ний влияет не только на выбор схемы собственно стабилиза­ тора, но и на построение схем выпрямительных устройств, пи­ тающих силовую и усилительную цепи стабилизатора.

В зависимости от характера возмущений различают следую­ щие типовые условия работы ТСН.

1. Напряжение источника энергии (сети) изменяется, сопро­ тивление нагрузки неизменно, выходное напряжение регулиро­

3. To же, что и в предыдущем случае, но стабилизатор дол­ жен иметь регулируемое значение стабилизированного напря­ жения в пределах от iVnmm—const до £ / H m a x = const.

Первый из названных случаев является самым простым, вто­

падения напряжения на исполнительном транзисторе путем из­ менения коэффициента передачи делителя обратной связи.

При глубоком регулировании, с целью уменьшения мощности' исполнительного транзистора, осуществляют ступенчатое изме­ нение напряжения выпрямителя. Последнее производится пере­ ключателем числа витков вторичной обмотки трансформатора, связанным с переключателем коэффициента передачи делителя обратной связи (рис. II.1). Иногда, если допустимо только плав­ ное регулирование выходного напряжения, прибегают к встреч­ ному соединению двух стабилизаторов —опорного с неизменным •.выходным напряжением и стабилизатора с плавно регулируемым выходным напряжением (рис. II.2). Такое включение позволяет изменять полярность выходного напряжения. К. п. д. из-за по­

23

Для получения высокой точности необходимо исключить влияние возмущений на усилитель сигнала ошибки и получить большой коэффициент петлевого усиления, применяя, например, двухкаскадный усилитель сигнала ошибки (УПТ).

Рис. II.2

В стабилизаторах средней и высокой точности приходится лрименять специальные меры для температурной компенсации -теплового дрейфа напряжения задающего стабилитрона, а иногда прибегать и к усложнению схемы усилителя сигнала •ошибки (применять эмиттерно-связанные каскады УПТ и т. п.).

В зависимости от выходного напряжения можно условно вы­ делить три группы стабилизаторов: а) с низким выходным на­

24

С целью равномерного распределения тока между парал­ лельно включенными транзисторами в цепь эмиттеров последних включают симметрирующие сопротивления R0. За счет отрица­ тельной обратной связи по току они позволяют обеспечить рав­ номерность распределения токов с точностью до 10—15%, не­ смотря на разброс коэффициентов усиления транзисторов до 3—5 раз. Сопротивления ^ 0 выбирают с таким расчетом, чтобы падение напряжения на них составляло 0,5—1,5 В (меньшая цифра относится к германиевым транзисторам и низкому выход-

26

противление исполнительного каскада и снижается коэффициент передачи управляющего сигнала.

Кроме того, поскольку имеется остаточная симметрия рас­ пределения токов, допустимую расчетную мощность рассеяния на транзисторах следует брать с запасом. Поэтому теплоотво- д'ящий радиатор каждого транзистора рассчитывают на мощ­ ность:

Когда стабилизатор рассчитывается на повышенное выходное напряжение, используют последовательное включение исполни­ тельных и согласующих транзисторов (рис. П.З,г). Равномерное распределение напряжения между транзисторами обеспечива­

включать дополнительный стабилизатор, например феррорезонаноный (на стороне переменного тока) или тиристорный (управ­ ляемый выпрямитель). В этом случае удается не только умень­

27

Схемы с параллельно включенным исполнительным элементом

Гораздо реже используют ТСН с параллельным включением исполнительного транзистора (рис. 11.4).

Л

Рис. II.4

В таких стабилизаторах схема управления воздействует на исполнительный транзистор так, что изменение его коллектор­ ного тока создает приращение падения напряжения на балласт­ ном 'сопротивлении RQ (ИЛИ внутреннем сопротивлении выпрями­ теля), компенсирующее влияние возмущений, т. е. колебаний напряжения сети или тока нагрузки.

28

Достоинством схем с параллельным включением исполни­ тельного транзистора является то, что при перегрузках или ко­ ротких замыканиях на выходе исполнительные транзисторы ие

исполнительными транзисторами. Поэтому стабилизаторы с па­ раллельным включением исполнительного транзистора приме­ няют при малой мощности нагрузки.

Чтобы получить высокое внутреннее сопротивление источ­ ника выпрямленного напряжения, используют следующие ва­ рианты схем выпрямителей:

а) с добавочным линейным балластным сопротивлением Яб

на выходе выпрямителя, обладающим свойством стабилизации

противлением в цепи переменного тока, т. е. на входе выпрями­ теля (рис. П.4, в, г).

В качестве балластного могут быть применены активные (ре­ зистор, лампа накаливания, бареттер) либо реактивные (индук­ тивное, емкостное, рис. 11.4,5) сопротивления. Реактивные со­ противления дают возможность повысить к. п. д., но понижают коэффициент мощности. Нелинейным реактивным балластным сопротивлением может служить дроссель насыщения с неизмен­

падающей внешней характеристики выпрямительного устрой­ ства может оказаться применение схемы удвоения при относи­

В целом применение нелинейных токостабилизирующих бал­ ластных сопротивлений более выгодно как с точки зрения повы­ шения к. п. д. стабилизатора, так и с точки зрения уменьшения потерь (сокращения размеров теплоотводящих' радиаторов) в исполнительных транзисторах.

Простейшая схема с параллельным исполнительным транзи­ стором имеет два основных недостатка:

а) мощность потерь в исполнительном транзисторе велика, так как Тп работает в режиме неизменного напряжения на кол­ лекторе (UK = UuN = const);

29