Компенсационный стабилизатор с непрерывным способом регулирования (НСН) представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования выходного напряжения при воздействии различных возмущающих факторов (изменение питающего напряжения, нагрузки, температуры окружающей среды и пр.), в которой выходное напряжение поддерживается постоянным за счет изменения падения напряжения на регулирующем элементе. Стабилизаторы напряжения с непрерывным регулированием могут быть выполнены как с последовательным, так и с параллельным включением регулирующего элемента относительно нагрузки.
В качестве регулирующего элемента (РЭ) схемы обычно используются биполярные транзисторы n-p-n и p-n-p типа, работающие в режиме усиления.
В цепи ООС стабилизаторов напряжения происходит непрерывное автоматическое сравнение выходного напряжения (или части его) с опорным напряжением; сигнал ошибки усиливается и используется для управления РЭ (транзистором) так, чтобы уменьшить эту ошибку.
В стабилизаторах напряжения параллельного типа постоянство выходного напряжения обеспечивается за счет изменения падения напряжения на балластном резисторе, включенном последовательно с нагрузкой, при изменении тока, протекающего через регулирующий транзистор, причем напряжение на нем равно выходному напряжению и не зависит от изменений входного напряжения.
К. п. д. стабилизатора параллельного типа зависит от тока нагрузки, то есть он предпочтителен на работу с постоянной нагрузкой.
Стабилизаторы напряжения параллельного типа не требуют принятия специальных мер защиты от короткого замыкания на выходе, так как напряжение на РЭ, а следовательно и рассеиваемая мощность равны нулю. Зато опасен режим холостого хода, поскольку в этом случае на регулирующем транзисторе рассеивается очень большая мощность
Типичная простая схема компенсационного стабилизатора напряжения постоянного тока с непрерывным способом регулирования параллельного типа приведена на рис. 3-1,б. В состав схемы входят РЭ Т1, усилитель постоянного тока (УПТ) на транзисторе Т2, измерительный элемент – делитель напряжения на резисторах RД1, RПТ и RД2. Источником опорного напряжения является однокаскадный параметрический стабилизатор напряжения на кремниевом стабилитроне Д, минимальное значение рабочего тока через стабилитрон определяется сопротивлением резистора RСТ. Сравнение выходного и опорного напряжения производится на входе транзистора T2 УПТ, он же усиливает сигнал ошибки и управляет РЭ.В схеме увеличение тока IК2 вызывает рост коллекторного тока транзистора Т1 и увеличение падения напряжения на балластном резисторе Rбл. В результате этого происходит компенсация возрастания напряжения UН.
При уменьшении питающего напряжения UП (или увеличении тока нагрузки IН) выходное напряжение стабилизаторов уменьшается и описанные процессы протекают в том же порядке, но в противоположном направлении.Для стабилизатора напряжения параллельного типа (рис. 3-1,б) имеем следующие выражения для коэффициента стабилизации выходного напряжения КСТ(U) и выходного сопротивления Rвых:
где rвых2 – выходное сопротивление усилительного каскада на транзисторе Т2; КU – коэффициент усиления по напряжению цепи ООС.
35. Компенсационные стабилизаторы напряжения и тока с импульсным регулированием, принцип действия, временные диаграммы работы, основные и расчетные соотношения.
Отличительной чертой всех импульсных стабилизаторов напряжения по сравнению с линейными стабилизаторами является работа в регулирующего транзистора в режиме переключения.
Работа транзистора в режиме переключения характеризуется быстрым переходом рабочей точки из области отсечки в область насыщения. При этом мощность рассеивания на регулирующем
транзисторе, во много раз меньше, чем при его работе в линейном режиме Принцип действия импульсного стабилизатора напряжения заключается в преобразовании регулирующим элементом (РЭ) напряжения постоянного тока первичного источника Uп в последовательность периодических однополярных импульсов прямоугольной формы (рис. 4-1,а, б).
На выходе ИСН имеется демодулирующее устройство, которое вновь преобразует полученные импульсы в напряжение постоянного тока. В качестве такого устройства обычно используется однозвенный (реже – многозвенный) индуктивно-емкостной сглаживающий фильтр Ф (рис. 4-2).
Регулирование напряжения Uн.ср может осуществляться:
1) Изменением времени открытого (или закрытого) состояния РЭ при постоянной частоте коммутации fк иначе, широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).
2) Изменением частоты коммутации РЭ при постоянной длительности импульсов, или частотно-импульсной модуляции (ЧИМ). Стабилизаторы напряжения, использующие этот способ, называются релейными или с двухпозиционным регулированием.
3) Комбинированный способ регулирования с помощью ШИМ и ЧИМ.
Различают 3 основные схемы включения РЭ (транзистора Т) элементов выходного сглаживающего фильтра и сопротивления нагрузки.
1. В схеме на рис. 4-5,а, чаще всего используемой на практике, ключевой регулирующий транзистор Т и дроссель Др включены последовательно с нагрузкой Rн.
2. В схеме на рис. 4-5,б, ключевой регулирующий транзистор Т включен параллельно сопротивлению нагрузки Rн.
3. Схема на рис. 4-5,в, в которой транзистор Т включен последовательно, а дроссель Др параллельно нагрузке, обладает свойством изменения полярности выходного напряжения относительно входного.
Во всех трех схемах силовой части импульсного стабилизатора принципиально возможны два режима работы: режим непрерывного (рис. 4-6,а) и прерывного (рис. 4-6,б) токов в дросселе фильтра. Режим прерывистого тока характеризуется повышенным уровнем пульсации выходного напряжения и на практике используется редко.
На рис. 4-7 приведены четыре разновидности включения силовых элементов для схемы ИСН (рис. 4-5,а)
Анализ основных схем силовой части ИСН показывает следующее
1. При работе в режиме непрерывного тока выходное сопротивление ИСН, изображенных на рис. 4-5,б, в, оказывается в
раз больше, чем в ИСН, схема которого приведена на рис. 4-5, а. В этом выражении относительное время включенного состояния транзистора.
С уменьшением нагрузки во всех схемах наступает режим прерывистых токов, при которых внутреннее сопротивление резко возрастает.
2. В ИСН выполненном по схеме на рис. 4-5,а, с уменьшением нагрузки выходное напряжение к напряжению питания Uп. В других ИСН с уменьшением нагрузки выходное напряжение может возрастать до бесконечности.
1) Изменением времени открытого (или закрытого) состояния РЭ при постоянной частоте коммутации fк иначе, широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).
На рис. 4-7 приведены четыре разновидности включения силовых элементов для схемы ИСН (рис. 4-5,а)
относительное время включенного состояния транзистора.