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

которого все транзисторы закрыты. Снижение выходного напря­ жения из-за большой перегрузки приводит к уменьшению тока коллектора Ти т. е. снижению тока базы Т2, и, следовательно, к запиранию транзисторов Г3 и Т4 , что еще больше снижает на­ пряжение на выходе и т. д.

Для возврата в нормальный режим после устранения корот­ кого замыкания кнопкой К подают на стабилитрон такое напря­ жение, чтобы ovi начал работать в режиме стабилизации (при токах не менее 5—10 мА).

Как упоминалось, триггерный эффект наступает если Un < ^ к с - Поэтому в период, предшествующий срабатыванию за­ щиты, ток на_выходе стабилизатора достигает 3—5-кратной ве­

стабилитрона было близким к напряжению на нагрузке, а вы­ прямитель обладал достаточно большим внутренним сопротив­ лением. Практически такие стабилизаторы выполняют на не­ большое выходное напряжение (£/„= 15-Т-20 В) и средний ток нагрузки (до 1—2 А).

Коэффициент стабилизации, несмотря на двухкаскадный УПТ, невысок, так как из-за малого входного сопротивления второго каскада (R02 = Лиэ II Ri) усиление первого каскада не­ велико.

Достоинство схемы в том, что защита достигается без услож­ нения стабилизатора за счет специальных элементов (транзисто­ ров, диодов и т. п.).

Подобная, но более сложная схема (рис. I I . 14, б), может быть использована, когда стабилизатор должен иметь высокую

ходного сопротивления может быть использован канал управ­

то стабилизатор позволяет осуществить плавную регулировку выходного напряжения (резисторы Ri или R2 заменяют в этом случае переменным сопротивлением).

В обоих описанных схемах конденсатор С 3 (порядка 1 мкФ) позволяет улучшить фильтрацию выходного напряжения и спо­ собствует повышению устойчивости.

Стабилизаторы с параллельным исполнительным транзистором

На рис. 11.15, а показана схема простого стабилизатора с ис­ полнительным транзистором Г4 , включенным параллельно на­ грузке. Балластное сопротивление разбито на две части {Rs и

5.0

Яэ), что позволяет использовать дополнительное звено фильтра Ro—С2 для уменьшения пульсаций. С целью снижения потерь мощности в исполнительном транзисторе в цепь его коллектора включен резистор R?, а в цепь эмиттера — мощный кремниевый стабилитрон КС%- Каскад на транзисторе Т3 является согласую­ щим; в случае необходимости число согласующих каскадов мо­ жет быть увеличено до 2—3. Использование стабилитрона КС2у

Рис. 11.15

задающего смещения на эмиттере Т^, позволяет осуществить питание усилителя сигнала ошибки на транзисторах Т2 и Ту вы­ ходным стабилизированным напряжением. В такой схеме рабо­ чее напряжение опорного стабилитрона Kd должно быть меньше напряжения КС2 (на 2—3 В и более), так как для нормальной работы Т2 напряжение на участке коллектор —: эмиттер не должно быть близким к напряжению насыщения.

Стабилизатор, показанный на рис. I I . 15, б позволяет плавно регулировать выходное напряжение. Для питания стабилизатора использованы два выпрямителя — основной на диодах Ди Д2 с Г-образным фильтром Ь$ = Сф (Ьф имеет компенсационную

51

•обмотку), и вспомогательный маломощный на диодах Дз, Д/, с емкостным фильтром С0 . Оба выпрямителя имеют двухфазную схему с общей нулевой точкой. Напряжение вспомогательного

подается сумма выходного и опорного напряжений.

Силовая цепь стабилизатора содержит в качестве нелиней­ ного балластного сопротивления лампу накаливания Л, испол­ нительный Г4 и согласующий Т3 транзисторы, а также добавоч­ ное сопротивление в цепи коллектора Г4 , которое позволяет снизить мощность потерь на Г4 при широком диапазоне регули­ рования выходного напряжения.

Весь диапазон регулирования разбит на две ступени. Когда стабилизатор должен иметь большое выходное напряжение, ме­ ханически связанные переключатели и П2 находятся в поло­

выходное напряжение, причем коэффициент передачи делителя

жение на исполнительном транзисторе, несмотря на большое вы­ ходное напряжение, ограничены.

При нижнем положении движков выходное напряжение сни­ жается; в этом случае коэффициент передачи делителя обратной

противление возрастает и отвечает сумме сопротивлений ANu и лампы Л, а последовательно с' коллектором Г4 включено мень­ шее сопротивление (RK = RKZ).

Для'получения более низких выходных напряжений переклю­ чатели переводятся в положение «б». При этом балластное со­ противление возрастает и поглощает соответственно большую долю напряжения выпрямителя. Минимальное балластное сопро­ тивление определяется суммой Ri& и сопротивления нити лампы.

Величина сопротивления, включенного последовательно с 7"4, изменяется от нуля (при верхнем положении движка) до зна­ чения RK = RKi. Поскольку в положении «б» сопротивление / ? i совместно с частью Ri замкнуто накоротко, коэффициент пере­ дачи делителя обратной связи соответственно возрастает по сравнению с первым режимом.

нием на коллекторе 40—50 В. Точность стабилизации при всех уровнях выходного напряжения высока за счет применения двухкаскадного УПТ и стабилизации напряжения егопитания (на­ пряжение питания Т% стабилизировано с помощью параметри­ ческого стабилизатора KCtt—Ra).

Стабилизатор с буферным исполнительным каскадом

Одним из способов уменьшения и ограничения мощности по­ терь, а следовательно, и габаритов радиаторов исполнительных транзисторов при широком диапазоне стабилизации по напря­ жению сети является использование буферных .каскадов (рис. I I . 16).

I

°»0 ^"0 *»П %w

Рис. 11.16

Основной стабилизатор с однокаскадным УПТ.выполнен на

53

Последовательно с исполнительным транзистором Г4 вклю­ чены транзисторы буферного каскада Г5 , Тв, параллельно кото­ рым включено мощное шунтирующее сопротивление R6. Для управления режимом буферного каскада служат источник не­ изменного напряжения на стабилитроне КС3 и цепь, содержащая диод Ди резисторы R& и R9. Резисторы Rg, Ri0, Rn и R\2 служат для подпитки цепей баз соответствующих транзисторов запираю­ щим током при режиме холостого хода и высокой температуре окружающей среды.

В таком стабилизаторе при напряжении коллектора Т,„ мень­ шем, чем напряжение на стабилитроне КС3, диод Дк открыт и падение напряжения на R& имеет такую полярность, что 7"5 и Т6 открыты.

мощности в нем невелики. Мощность потерь в транзисторе Г6 при номинальном токе нагрузки по мере увеличения £/в 1 сна­ чала растет, а затем при £/В1шах падает практически до нуля, поскольку Г5 и Г6 закрываются полностью. Избыток напряжения выпрямителя поглощается на резисторе Re- Последний должен допускать мощность рассеяния, составляющую около 70% общей мощности потерь в исполнительном устройстве.

и напряжение на коллекторе 7"4 уже при UBl min превышает на­ пряжение стабилитрона КС3. Следовательно, Т,к работает при малых токах нагрузки так же, как и в стабилизаторе без буферного каскада. Поскольку ток нагрузки мал, потери мощно­ сти на Т4 сравнительно невелики даже при большом напряжении на коллекторе. Параметры схемы подбираются с таким расче­ том, чтобы максимальные значения мощности потерь в Г4 и Т6 оказывались в предельных режимах почти одинаковыми.

Поскольку максимумы мощности Т4 и Т6 одновременно не возникают, так как РК 4тах наступает при £/в 1 Ш ах и токе / н ~0, 5

+^ D i m a x ) , T O транзисторы Tik и Г5 можно расположить на общем

радиаторе сравнительно небольших размеров. Тем самым до­ стигается сокращение габаритов стабилизатора. Транзисторы электрически изолируются от радиатора.

Таким образом, подобная схема позволяет получить доста­ точно большую выходную мощность при ограниченной мощности потерь в исполнительных транзисторах.

54

Тиристорно-транзисторные стабилизаторы

Управляемые выпрямители на тиристорах позволяют в ши­ роких пределах регулировать напряжение при малой мощности потерь в тиристорах, т. е. малых габаритах исполнительного устройства. Поэтому применение предварительного стабилиза­ тора на тиристорах позволяет существенно сократить размеры ра­ диаторов и количество исполнительных транзисторов основного транзисторного стабилизатора и устройства в целом (рис. I I . 17, а).

Тпристорный выпрямитель выполнен по несимметричной мо­ стовой схеме с ответвляющим диодом и L-C фильтром. Для управления углом включения тиристоров служит синхронизо­ ванный релаксационный генератор на двухбазовом диоде Д Б Д .

На междубазовый промежуток Д Б Д подается неотфнльтрованное и ограниченное стабилитроном КСг напряжение вспо­ могательного выпрямителя В2. Это же напряжение трапецеи­ дальной формы подается через резистор Rn на конденсатор С2, который периодически, с двойной частотой сети, заряжается и подает на эмиттер Д Б Д пилообразное напряжение. Когда на­ пряжение на эмиттере достигает порогового значения £/э 0 , Д Б Д переходит в состояние высокой проводимости и конденсатор С 3 разряжается на цепь управляющих электродов тиристоров, обут словливая включение того тиристора, анод которого в данный момент времени имеет положительный потенциал.

Для регулирования угла включения тиристоров, с целью стабилизации выпрямленного напряжения, скоростью процесса заряда конденсатора С3 управляют в зависимости от усиленного транзистором Т5 сигнала ошибки. Последний выделяется в ре­

Например, когда выпрямленное напряжение возрастает, то воз­

шей задержкой относительно начала полупериода, т. е. угол включения тиристора увеличивается, тем самым выпрямленное напряжение на входе транзисторного стабилизатора сохраня­ ется практически неизменным.

Точная стабилизация напряжения осуществляется транзи­ сторным стабилизатором, который в данном случае выполнен по простейшей схеме с однокаскадным УПТ. ТСН действует безынерционно и поэтому позволяет не только повысить точ­ ность стабилизации, но и значительно ослабить пульсации (дей­ ствует как фильтр), а также устранить влияние переходных ошибок на выходе тиристорного стабилизатора. (Последний об­ ладает колебательной переходной характеристикой.)

В рассмотренной схеме тпристорный и транзисторный стаби­ лизаторы действуют независимо друг от друга (автономное

55

регулирование). В некоторых случаях применяют связанное регулирование, при котором тпристорный стабилизатор работает таким образом, что напряжение на исполнительном транзисторе остается во всех режимах неизменным и .минимальным.

с напряжением стабилитрона КС2, являющегося одновременно источником питания усилителя сигнала ошибки на транзи­ сторе ту

Так как на исполнительном транзисторе пульсации напряже­ ния велики, плечо делителя Р7 зашунтировано конденсатором С5. Разность напряжений КС2 и делителя R7 — Rs поступает на тран­ зистор Т5, который регулирует скорость заряда конденсатора Съ. Релаксационный генератор имеет такую же схему, что и в пре­ дыдущем стабилизаторе, но отличается тем, что вместо двухбазового диода применена спусковая регенеративная схема на транзисторах противоположного типа проводимости Т6 и Т7 (двухтранзисторная аналогия тиристора). Транзисторы Т6 и Т7 закрыты до тех пор, пока потенциал эмиттера Г6 не станет выше потенциала его базы. Если напряжение на Т2 — Т4 возрастет, то коллекторный ток Т5 увеличивается, зарядка конденсатора С 3 происходит медленнее и спусковая схема переходит в состояние высокой проводимости с большей задержкой относительно на­ чала периода; соответственно тиристор Д\ включается позже и напряжение на выходе тпристорного выпрямителя снижается. Это ограничивает'мощность потерь в исполнительном элементе ТСН. Для синхронизации релаксационного генератора его пита­ ние осуществляется от вспомогательного выпрямителя В2 и огра­ ничителя на стабилитроне КС3. Напряжение этого же выпрями­ теля используется для питания цепи стабилитрона КС2, причем Дз и С4 образуют добавочную схему выпрямления, позволяю­ щую сгладить пульсации напряжения, подводимого через Rl3

кстабилитрону КС>.

Вэтом стабилизаторе применен всего один тиристор, вклю­ ченный последовательно в цепь выпрямленного тока на выходе неуправляемого силового выпрямителя В\.

Величина напряжения на исполнительном транзисторе Т4 определяется значением напряжения стабилитрона КС2 и коэф­ фициента передачи делителя R7 — Rs, который равен 0,8—0,9. Минимальное напряжение КС2. должно превышать сумму на­ пряжения насыщения Г4 и амплитудного значения напряжения пульсаций на выходе фильтра L-Ct при максимальном токе нагрузки.

Стабилизатор рассмотренного типа выгодно отличается тем, что позволяет плавно регулировать величину стабилизирован­ ного напряжения в широких пределах, причем независимо от величины напряжения на выходе мощность потерь в исполни­ тельном транзисторе Т4 остается небольшой.

Г л а в а I I I . О П Р Е Д Е Л Е Н И Е Р Е Ж И М А И РАСЧЕТ

ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ СТАБИЛИЗАТОРА

Расчет стабилизатора состоит из двух этапов. На первом производится выбор- режима и определение параметров всех элементов схемы ТСН. Второй этап сводится' к определению основных показателей стабилизатора (AUn, х, Ric-г) исходя из полученных для отдельных каскадов коэффициентов передачи и усиления сигналов управления и возмущений.

§ 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Исходными данными для расчета ТСН с нерегулируемым выходным напряжением являются:

1. Номинальное выходное напряжение UnN, В.

8.Внутреннее падение напряжения в выпрямителе/в Ш ./?в 1 , В.

9.Максимальная температура окружающей среды ботах,°С.

10.Минимальная температура окружающей среды Gomin, "С.

Величины, указанные в пп. 7 и 8, выбираются ориентировочна в зависимости от конкретного построения схемы; выбор вели­ чины, указанной в п. 8, может производиться в процессе расчета исполнительного элемента ТСН.

Для стабилизаторов с регулируемым выходным напряжением дополнительно к п. 1 указываются: с 7 н ш а х — максимальное и Unmin — минимальное выходное напряжение.

В результате расчета стабилизатора должны быть опреде­ лены:

58