Скачиваний:
10
Добавлен:
04.04.2013
Размер:
17.25 Mб
Скачать

Стабилизаторы напряжения.

Стабилизаторы используются в основном для питания низковольтной (как правило, Eпит<50В) аппаратуры (в первую очередь транзисторной).

Основными параметрами стабилизаторов являются:

1.Коэффициент нестабильности выходного напряжения

2.Коэффициент температурной нестабильности выходного напряжения

3.Выходное сопротивление

Все три параметра надо стремится уменьшать.

Диодные стабилизаторы.

Являются простейшими устройствами стабилизации без использования усилительных элементов. В качестве опорного элемента используется диодный стабилитрон.

На рис. 2(а) приведена принципиальная схема однокаскадного диодного стабилизатора.

Рассмотрим ВАХ стабилитрона (см. рис. 3)

Аппроксимируем ВАХ в рабочем диапазоне токов Imin<IД<Imax кусочно-линейной функцией.

схема, соответствует принятой аппроксимации, приведена на рис. 2,б.

Получим Выражение для Кстаб.

Для этого свяжем Uвых c Uвх:

В реальных схемах различных стабилитронов колеблется в пределах 1 - 102 Ом; а сопротивление R0=102 – 104 Ом т.е. как правило:

следовательно Кстаб<<1.

Выходное сопротивление RвыхRД .

Рассмотрим схему 2х каскадного диодного стабилизатора

Выразим потенциал точки А:

Тогда напряжение на выходе:

Вычислим коэффициент нестабильности:

Выходное сопротивление такое же, что и в однокаскадном стабилизаторе

RвыхRД2 .

Поскольку в диодных стабилизаторах Uвых определяется напряжением на стабилитроне, то коэффициент нестабильности КТ полностью определяется температурным коэффициентом напряжения (ТКН) стабилитрона.

КТ=ТКНСТ

тип стабилитрона

ТКНст.,

прецизионый

2·10-4 ÷ 10-2

маломощный

0,02 ÷ 0,08

средний

0,05 ÷ 0,12

большой

0,07 ÷ 0.12

Транзисторные стабилизаторы.

Рассмотрим на примере однокаскадного стабилизатора с питанием от входного напряжения.

Схема представляет собой ЭП.

Эквивалентная схема транзисторного стабилизатора будет иметь следующий вид:

Свяжем зависимостью Uвых и Uвх

Потенциал точки Б

(1)

(2)

(3)

Подставляя (2) и (3) в (1), получим

(4)

Сравнивая соответствующие выражения для Кстаб простейших диодных и транзисторных стабилизаторов видна, что при прочих равных условиях у диодного стабилизатора коэффициент Кст выше.

Транзисторный стабилизатор с оптронной обратной связью.

Схема одновременно выполняет функции стабилизатор и зарядного устройства для аккумуляторов

Диодный мост и конденсатор С1 выпрямляют и фильтруют входное напряжение переменного тока.

  1. Работа как зарядное устройство.

При неполном заряде аккумулятора напряжение на нём 12,7 В (VZ+VД). Стабилитрон выключен (смотри точку А на характеристике) и через светодиод оптрона ток практически не протекает. Через фототранзистор оптрона ток также не протекает.

В этом случае транзистор Т1 открывается и пропускает ток через аккумулятор. Ток IА ограничивается резистором R2. Когда напряжение на АКК превышает величину (VZ+VД), стабилитрон включается и появляется ток IZ. Оптрон включается, через фототранзистор течёт ток, напряжение UКЭФТ мало и транзистор Т1 запирается. Ток IА прекращается.

  1. Режим стабилизации напряжения Uвых.

Имеет место в отсутствии АКК. Выходной ток IН зависит в основном от величины RН.

Величина Uвых и IН устанавливаются соответственно выбором резисторов R1 и R2 и стабилитрона.

Допустим, что известны RН и Uвых, тогда

Значение R1 определяется из условия закрытого транзистора Т1:

, пренебрегая UКЭФТ ≈0

Значение R2 определяется из условия открытого транзистора Т1:

Рассмотрим коэффициент нестабильности без ОС и с ОС.

  1. без ОС, когда Т1 открыт, ФЭ ток не пропускает

, однако гораздо хуже чем в однокаскадном транзисторном стабилизаторе.

если

  1. Т1 – открыт

ФЭ – закрыт

однако существенно хуже чем для транзисторного стабилизатора.

если

2)Т1 закрыт, т.к. ФЭ проводит.

;

2.с целью ОС, когда ФЭ пропускает ток и Т1 закрыт

;

Получим, что UФЭ не зависит от Uвых.

(2)

Сравнивая (2) с (1) видно, что

Выражение (2) аналогично выражению для обычного диодного стабилизатора.

Для диодного оптрона:

где KI – коэффициент передачи оптрона по току

IФО - темновой ток оптрона

т.е. улучшается при увеличении KI и уменьшении IФО оптрона.

Стабилизаторы тока

Стабилизаторы представляют собой схемное воплощение источников тока.

Стабилизаторы тока должны поддерживать неизменным выходной ток при изменении нагрузки и входного (питающего) напряжения.

Рассмотрим общую схему стабилизатора тока:

Идеальный стабилизатор тока имеет горизонтальную ВАХ.

Характеристики реальных стабилизаторов имеют наклон пропорциональный ctgγ=Ri.

Обычно для реализации ВАХ рис.2 используется транзистор, включённый по схеме с ОЭ или ОБ.

В случае ОЭ UTmin ≈ 0,2 - 0,3B; для ОБ - UTmin ≈ 0.

В схеме ОБ : ; в схеме ОЭ: .

В общем случае в зависимости от различных влияющих дестабилизирующих факторов могут меняться величины I О, Uвх, Uвых.

Оценим изменение I Н:

- для наихудшего случая.(1)

Качество стабилизатора тока характеризуется параметром, который называется относительной нестабильностью.

(2)

Выражение (2) получено из (1) путем деления на нелинейное значение

Н – нелинейная нагрузка. Которая может меняться. Стабилизированный ток задаётся цепью RО, EО.

Выразим ток IЭ:

для этого запишем уравнение для токов в узле Б

; ;

Выразим ток IЭ и оценим его стабильность

(1)

Рассмотрим схему рис.4 с заземлённым диодом.

Видно что по сравнению со схемой рис.2 стабильность схемы рис.4 хуже, т.к.

(2)

т.е. надо ещё учитывать нестабильность источника EЭ.

В схеме рис.2 уменьшение ΔEЭ приводим одновременно к ΔUЭ и ΔUБ , которые компенсировали друг друга.

Итак для схемы рис.2 в наихудшем случае

(3)

Из (3) видно, что нестабильность тока ΔIЭ тем меньше чем больше RЭ и чем качественнее стабилитрон (т.е. чем меньше и RД ΔUО).

Отражатель тока – широко распространённая разновидность стабилизаторов тока, известная ещё и под названием токовое зеркало.

В отличие от схемы рис.2 вместо стабилитрона используется резистор R1 и транзистор Т1 в диодном включении.

Пусть R1 =R2 и транзисторы Т1 и Т2 одинаковы. Это условие легко выполнить в интегральном исполнении.

Рабочий диапазон резисторов 100 Ом < R1, R2< 20 кОм.

Работа отражателя тока основывается на равенстве:

  1. пренебрежем малым током IБ2, тогда:

при равенстве R1 =R2 и идентичности транзисторов U1=U2 Iвх=IН

т.е. выходной ток нагрузки IН повторяет или отражает входной ток. Т.е. это схема токового повторителя.

Пусть , тогда

IвхR1 =IНR2 или

т.е ток в нагрузке может “повторять” ток на входе в заданном масштабе. Масштаб задаётся отношение .

2) c учётом малого тока

при U1U2 ; R1=R2

Эта составляющая определяет температурную нестабильность “отражателя” тока.

Эта нестабильность тем меньше, чем больше коэффициент усиление β2 транзистора T2.

Пример №1

Рассчитать нестабильность тока IН для транзисторного стабилизатора тока из рассмотрим при изменении температуры на ΔT=20ºC.

пусть мы имеем типовой интегральный транзистор, для которого

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Мы не исправляем ошибки в тексте (почему?), но будем благодарны, если вы все же напишите об ошибках.