21. Транзисторные сглаживающие фильтры

Фильтры на реактивных элементах имеют объем и массу, соизмеримые с таковыми трансформатора. Транзисторные фильтры не имеют дросселя, значительно меньше по объему и массе и могут обеспечить малое выходное сопротивление. Принцип действия транзисторных фильтров основан на использовании выходной характеристики транзистора (рис. 3.6). При выборе рабочей точки А транзистора после перегиба выходной характеристики сопротивление между коллектором и эмиттером постоянному току R_СТ = U_К/I_К будет меньше, чем сопротивление переменному току R_ДИН = ΔU_К / ΔI_К . Поэтому транзистор можно использовать вместо дросселя в схеме фильтра.

Рис. 3.6. Коллекторная характеристика транзистора

Транзисторные фильтры различают с последовательным и параллельным подключением нагрузки к транзистору. Чаще используется последовательное включение нагрузки, при этом она может быть включена в цепь коллектора или эмиттера.

На рис. 3.7 приведен транзисторный фильтр с нагрузкой R_Н , включенной в цепь коллектора. При больших изменениях входного напряжения ток коллектора изменяется незначительно (рис. 3.6) и пульсации на нагрузке будут меньше, чем на входе фильтра. Смещение на базе транзистора создается от постоянной составляющей выпрямленного напряжения (резистор R₂ на рис. 3.7). Резистор R₁ обеспечивает термостабилизацию схемы.

Рис. 3.7. Транзисторный фильтр с нагрузкой в цепи коллектора

Достоинства транзисторных фильтров: большие значения коэффициента сглаживания и сопротивления для низкочастотных составляющих.

Недостатки транзисторных фильтров: низкий КПД и зависимость коэффициента сглаживания от температуры.

22. Классификация стабилизаторов напряжения и тока

Стабилизаторами напряжения (тока) называются устройства, автоматически поддерживающие напряжение (ток) на стороне потребителя с заданной степенью точности.

Для нормальной работы РЭУ требуется стабильность питающих напряжений (Приложение 1). Основными причинами нестабильности питающих напряжений являются колебания напряжения питающей сети и изменение нагрузки на выходе выпрямителя.

Стабилизаторы напряжения (тока) классифицируются:

* по роду стабилизируемого напряжения (тока) на стабилизаторы переменного и постоянного напряжения (тока);

* по принципу действия (или методу стабилизации) на параметрические, компенсационные и импульсные;

* по способу включения регулирующего элемента (РЭ) на последовательное и параллельное включение РЭ относительно нагрузки.

23. Принцип действия параметрических стабилизаторов постоянного напряжения. Их достоинства и недостатки

Принцип действия параметрических стабилизаторов основан на использовании элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Структурная схема такого стабилизатора (рис. 4.1, а) состоит из двух элементов: линейного 1 и нелинейного 2. На рис. 4.1, б приведены ВАХ линейного элемента (U₁), нелинейного элемента (U₂) и всей схемы (U_вх), из которых видно, что при изменении входного напряжения на ΔU_вх большая часть его падает на линейном элементе 1 и незначительная часть – на нелинейном элементе 2. Следовательно, и на нагрузке напряжение изменяется незначительно (ΔU_вых). Это объясняется тем, что в области стабилизации нелинейного элемента 2 крутизна его ВАХ значительно меньше, чем у линейного элемента 1.

В параметрических стабилизаторах постоянного напряжения в качестве линейных элементов используются резисторы, а нелинейных – кремниевые стабилитроны и стабисторы. Стабилитроны работают на обратной ветви ВАХ в области электрического пробоя (рис. 4.2, а), а стабисторы – на прямой ветви ВАХ (рис. 4.2, б). Стабилитрон в области электрического пробоя сохраняет свою работоспособность, если ток не превышает предельного значения I _{СТ max} .

Кремниевые стабилитроны выпускаются с напряжением стабилизации от единиц до сотен вольт и с ТКН от -6 до +288 мВ/^оС, а стабисторы – с напряжением стабилизации до 3 В.

Простейшая схема параметрического стабилизатора на стабилитроне показана на рис. 4.2, в. Сопротивление балластного резистора подбирается так, чтобы падение напряжения на нем составляло (0,5 – 3) U_н . КПД такого стабилизатора не более 30 % , а коэффициент стабилизации К_ст = 20 – 50.

Для увеличения значения К_ст применяют каскадное включение стабилитронов, но при этом уменьшается КПД стабилизатора.

Рис. 4.1. Структурная схема параметрического стабилизатора напряжения (а) и его ВАХ (б)

Рис. 4.2. ВАХ стабилитрона (а), стабистора (б) и схема стабилизатора на стабилитроне (в)

Напряжение стабилизации U_ст кремниевых стабилитронов увеличивается при повышении температуры окружающей среды. Для уменьшения влияния температуры на К_ст схемы включают последовательно со стабилитроном элементы с отрицательным ТКН (обычные полупроводниковые диоды или стабилитроны, включаемые в прямом направлении) – рис. 4.3. Последовательное включение нескольких стабилитронов позволяет получить большее напряжение стабилизации, чем на одном стабилитроне.

Рис. 4.3. Параметрические стабилизаторы с термокомпенсацией: а – однокаскадный; б – двухкаскадный

В параметрических стабилизаторах переменного напряжения используются реактивные линейные (ненасыщенные дроссели и конденсаторы) и нелинейные элементы (насыщенные дроссели).

Эти стабилизаторы очень просты, но имеют ряд недостатков: коэффициент стабилизации небольшой (до 10), низкие КПД (40 – 60 %) и коэффициент мощности (0,6), существенное искажение выходного синусоидального напряжения.

Более широко применяются феррорезонансные стабилизаторы напряжения (с использованием резонанса токов и напряжений). Их достоинства: простота устройства, высокая надежность, большой срок службы, КПД до 90 % ; недостатки: существенное искажение формы напряжения, большие габариты и вес, значительные изменения выходного напряжения при колебаниях частоты сети.

24. Структурная схема стабилизатора компенсационного типа с последовательно включенным РЭ

25. Структурная схема стабилизатора компенсационного типа с параллельно включенным РЭ

26. Структурная схема импульсного стабилизатора напряжения

27. Принципы работы стабилизаторов с ШИМ, ЧИМ, релейных.

В стабилизаторах с ШИМ в качестве усилительного элемента используется генератор импульсов постоянной частоты, время импульса или паузы которого изменяется в зависимости от постоянного управляющего сигнала (с выхода схемы сравнения).

В стабилизаторах с ЧИМ при изменении сигнала на выходе схемы сравнения изменяется длительность паузы, а длительность импульса остается неизменной, т.е. частота переключения регулирующего транзистора является неизменной.