39.Ключевые стабилизаторы напряжения

К лючевые стабилизаторы напряжения обеспечивают значительно больший КПД за счет того, что транзисторный ключ работает в ключевом режиме. При этом снижаются массогабаритные характеристики стабилизатора. Однако в ряде случаев такие стабилизаторы являются источником импульсных помех, что снижает информационную надежность электронной аппаратуры.

Ключевые стабилизаторы (рис.95) содержат накопительную индуктивность (дроссель) L, включенную последовательно с нагрузкой R_н. Для сглаживания пульсаций в нагрузке параллельно ей включен конденсатор С_ф. Ключевой транзистор VT включен между источником питания U_вх и накопительной индуктивностью L. Устройство управления включает и выключает транзистор VT в зависимости от значения напряжения на нагрузке U_н. При открытом состоянии транзистора напряжение поступает на выход, и одновременно энергия запасается в дросселе. При отключении транзистора в нагрузке течет ток за счет емкости С_ф и самоиндукции дросселя L.

Рис. 96. Схема релейного напряже-

ния(а) и временная диаграмма

его работы (б)

По виду управления ключевые стабилизаторы подразделяются на импульсные и релейные. В первых частота управляющих сигналов постоянна, задается внешним генератором, однако в процессе работы изменяется скважность.

В релейных стабилизаторах напряжения управляющие сигналы формируются с помощью компаратора и зависят от выходного напряжения.

П редположим, в момент времени t₁ напряжение U_вых выше требуемого, тогда напряжение на выходе ДА1 положительное, транзистор VT2 открывается, а транзистор VT1 запирается. Ток дросселя, протекая через диод VD1, отдает накопленную энергию в нагрузку.

По мере уменьшения энергии дросселя выходное напряжение стабилизатора уменьшается, и в момент времени t₂ компаратор запирает транзистор VT2. При этом открывается транзистор VT1, и на вход L_фС_ф фильтра прикладывается напряжение, близкое к U_вх.

40. Генераторы гармонический колебаний. Основные схемы. Генераторы гармонических колебаний.

Генераторы гармонических колебаний строятся на основе усилителей с положительной обратной связью, обеспечивающих режим самовозбуждения на требуемой частоте. Структурная схема генератора имеет вид (рис.97). Для работы генератора необходимо выполнить два условия: баланс амплитуд, баланс фаз. Генераторы могут выполняться на основе колебательного контура LC или с частотозависимыми цепями RC. Первые называются генераторами LC-типа и предназначены для работы в диапазоне десятков кГц и выше, вторые называются генераторами RC-типа и предназначены для работы в области низких частот.

С хема генератора LC-типа с трансформаторной связью приведена на рис.98. Условия генерации здесь создаются на частоте резонанса f₀: , где L_k и C_k - параметры колебательного контура.

Фазовый сдвиг (баланс фаз) обеспечивается соответствующим подключением вторичной обмотки w₂ трансформатора. Баланс амплитуд достигается подачей соответствующей амплитуды сигнала с коллекторной нагрузки в цепь базы. Выходной сигнал снимается либо с третьей обмотки w₃, либо с коллектора транзистора VT.

Помимо рассмотренной выше схемы с трансформаторной связью широкое распространение получили трехточечные схемы с индуктивной автотрансформаторной и емкостной обратными связями (рис.99). В генераторе с индуктивной автотрансформаторной связью напряжение на базу подается через емкость C_g с части контурной катушки w₂. Количество витков w₂ определяет баланс амплитуд. В схеме с емкостной обратной связью резонансный колебательный контур образован конденсаторами C_k1, C_k2 и катушкой L_k. Напряжение обратной связи снимается с конденсатора C_k2. Для получения неискаженной формы выходных сигналов с генератора добротность контура должна быть высокой.

Г енератор RC-типа представляет собой обычный резистивный усилитель, охваченный положительной обратной связью. Для получения необходимого фазового сдвига применяются фазовращающие цепочки, которые имеют несколько RC-звеньев и служат для поворота фазы выходного напряжения усилителя на 180⁰ .

Минимальное количество звеньев равно трем. Для устойчивой работы схемы необходимо, чтобы усилитель обладал большим коэффициентом усиления, имел большое входное сопротивление и малое выходное сопротивление. Обеспечение условий генерации выполняется подбором элементов в цепи обратной связи R и C, и инверсивными свойствами усилителя.

В генераторах RC-типа часто используются мосты Вина, которые включаются в цепь положительной обратной связи.

Генераторы могут быть построены на туннельных диодах, на динисторе и т.д.

Н а рис. 101 показан генератор на туннельном диоде и форма выходного напряжения. В состав генератора входят туннельный диод, катушка индуктивности L с сопротивлением R и источник питания U_П .

Вольт-амперная характеристика туннельного диода

на участке А-В имеет отрицательное дифференциальное сопротивление. При включении питания рабочая точка вначале перемещается по ветви 0-А. Достигнув точки А, из-за наличия в цепи индуктивности рабочая точка перемещается скачком в точку Б. Если напряжение источника меньше значения U₂, то рабочая точка перемещается из точки Б в точку В, оттуда скачком возвращается в точку Г, и далее процесс повторяется. Очевидно, что напряжение питания должно выбираться из условия U1<U_п<U2. Частота генератора определяется диодом и индуктивностью. Генератор на динисторе работает аналогичным образом.

Особую группу генераторов составляют кварцевые генераторы, в которых вместо колебательного контура используется кристалл кварца. Особенностью кварцевых генераторов является их высокая стабильность работы, которая достигает 10^-4…10^-6 %.

Конструктивно кварцевый контур выполняется в виде кварцевой пластины с нанесёнными на нее электродами.

На рис. 102 приведены схемы кварцевых генераторов.

В схеме, предложенной Пирсом (рис.102а), кварц включается между стоком и затвором полевого транзистора VT, т.е. в цепь отрицательной обратной связи. Однако на частоте резонанса кварц вносит дополнительный фазовый сдвиг на 180º, в результате чего обратная связь становится положительной. В схеме рис.102б емкости С₁ и С₂ облегчают возбуждение генератора.

Кварцевые генераторы сигналов. Генераторы на туннельных диодах.

Н а рис. 101 показан генератор на туннельном диоде и форма выходного напряжения. В состав генератора входят туннельный диод, катушка индуктивности L с сопротивлением R и источник питания U_П .

Вольт-амперная характеристика туннельного диода

на участке А-В имеет отрицательное дифференциальное сопротивление. При включении питания рабочая точка вначале перемещается по ветви 0-А. Достигнув точки А, из-за наличия в цепи индуктивности рабочая точка перемещается скачком в точку Б. Если напряжение источника меньше значения U₂, то рабочая точка перемещается из точки Б в точку В, оттуда скачком возвращается в точку Г, и далее процесс повторяется. Очевидно, что напряжение питания должно выбираться из условия U1<U_п<U2. Частота генератора определяется диодом и индуктивностью. Генератор на динисторе работает аналогичным образом.

Особую группу генераторов составляют кварцевые генераторы, в которых вместо колебательного контура используется кристалл кварца. Особенностью кварцевых генераторов является их высокая стабильность работы, которая достигает 10^-4…10^-6 %.

Конструктивно кварцевый контур выполняется в виде кварцевой пластины с нанесёнными на нее электродами.

На рис. 102 приведены схемы кварцевых генераторов.

В схеме, предложенной Пирсом (рис.102а), кварц включается между стоком и затвором полевого транзистора VT, т.е. в цепь отрицательной обратной связи. Однако на частоте резонанса кварц вносит дополнительный фазовый сдвиг на 180º, в результате чего обратная связь становится положительной. В схеме рис.102б емкости С₁ и С₂ облегчают возбуждение генератора.