«Содержание»

3. Компенсационный стабилизатор параллельного типа

В компенсационном стабилизаторе параллельного типа регулирующий элемент включен параллельно нагрузке и необходим балластный резистор. Принципиальная схема КСН параллельного типа приведена на рис. 15.

Рис. 15. КСН параллельного типа

КСН параллельного типа всегда выполняется на транзисторах разной проводимости. Схема датчика напряжения, подключение источника опорного напряжения и входа усилителя аналогично схеме КСН последовательного типа на транзисторах одинаковой проводимости, соответственно, справедливы отношения (16) и (17).

Связь усилителя с регулирующим элементом непосредственная

. (41)

Выходное напряжение КСН определяется выражением

. (42)

КСН поддерживает напряжение .

Реакция КСН на отклонение выходного напряжения

Если выходное напряжение увеличилось, то:

Согласно выражению (16) напряжение база-эмиттер транзистора VT2 увеличится и его базовый ток увеличится;

Коллекторный ток транзистора VT2 и базовый ток транзистора VT1 (согласно выражению (41)) увеличится;

Эмиттерный ток транзистора VT1 увеличится и, согласно выражению (42), выходное напряжение уменьшится, то есть схема стабилизирует выходное напряжение.

Параметры стабилизации

Коэффициент стабилизации определяется выражением (33), в котором

. (43)

Выходное сопротивление определяется выражением (34). «Содержание»

Внешняя характеристика КСН параллельного типа

Балластный резистор R4 ограничивает ток короткого замыкания КСН величиной

. (44)

Стабилизация напряжения возможна только до предельного тока, равного

. (45)

Внешняя характеристика КСН параллельного типа приведена на рис. 16.

Рис. 16. Внешняя характеристика КСН параллельного типа

3. Компенсационный стабилизатор напряжения последовательного типа на операционном усилителе

Параметры стабилизации КСН существенно зависят от результирующего коэффициента усиления схемы управления. Улучшить параметры КСН можно, если в качестве усилителя использовать операционный усилитель, обладающий теоретически бесконечным коэффициентом усиления по напряжению. Принципиальная схема КСН с операционным усилителем приведена на рис. 17.

Рис. 17. Последовательный КСН на операционном усилителе

«Содержание»

Измерительная цепь, включающая резиcторы R1...R4 и стабилитрон VD1, аналогична схеме рис. 11. Входное напряжение операционного усилителя DA1 описывается уравнением

. (46)

Учитывая, что входное напряжение операционного усилителя равно нулю, стабилизатор поддерживает выходное напряжение . ТранзисторыVT1 и VT2 представляют собой составной транзистор, включенный эмиттерным повторителем. Выходное напряжение U2 равно

. (47)

В нормальном режиме работы транзистор VT3 закрыт, а базовый ток транзистора VT2 достаточно мал, что обеспечивает малое падение напряжения на резисторе R5. Напряжения U_БЭ1, U_БЭ2 и U_R6 также составляют доли вольта, то есть выходное напряжение U₂ определяется в основном напряжением операционного усилителя U_ОУ.

Реакция схемы КСН на изменение выходного напряжения

Если выходное напряжение КСН U₂ увеличится, то:

Согласно уравнению (46) напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя увеличится;

Выходное напряжение операционного усилителя U_ОУ уменьшится;

Выходное напряжение КСН согласно уравнению (47) уменьшится, и отклонение выходного напряжения компенсируется схемой КСН.

Схема защиты КСН то перегрузки по току

Приведенная на рис. 16 схема КСН на операционном усилителе имеет схему защиты от перегрузки по току, выполненную на транзисторе VT3 и резисторе R6. Схема защиты обеспечивает задержанную, действующую только при превышении выходным током предельного значения, отрицательную обратную связь по выходному току. Датчиком тока является шунт, выполненный в виде резистора R6. Роль задатчика предельного тока и усилителя выполняет транзистор VT3. Его входная характеристика приведена на рис. 17.

Рис. 17. Входная характеристика транзистора VT3

Входная характеристика транзистора VT3 имеет четко выраженный перегиб. До напряжения U_ПОР транзистор VT3 закрыт, при напряжении выше U_ПОР он открывается. Если ток превышает предельное значение, то падение на резисторе R6 становится больше U_ПОР, транзистор VT3 открывается, шунтирует переходы база-эмиттер транзисторов VT1, VT2, уменьшая их базовый ток так, чтобы выходной ток оставался равным предельному значению. Выходная характеристика КСН имеет вид, приведенный на рис. 18. Аналогичной схемой защиты могут быть дополнены схемы рис. 11 и рис. 12.

Рис. 18. Внешняя характеристика КСН со схемой защиты от тока перегрузки

3. Импульсный стабилизатор напряжения последовательного типа на операционном усилителе «Содержание»

Импульсные стабилизатора напряжения обладают высоким к.п.д. и малыми габаритами, поэтому они нашли широкое применение в современных источниках вторичного питания. Принципиальная схема импульсного стабилизатора напряжения последовательного типа на операционном усилителе приведена на рис. 19.

Рис. 19. Принципиальная схема импульсного стабилизатора напряжения последовательного типа на операционном усилителе

Схема измерительной цепи аналогична рис. 17, но на операционном усилителе собран не усилитель, а компаратор с петлеобразной релейной характеристикой. Положительная обратная связь, создающая петлеобразную характеристику, осуществляется резистором R6, ширина петли определяется отношением сопротивлений резисторов R5 и R6. Сопротивление резистора R6 много больше сопротивления резистора R5, а ширина петли составляет несколько милливольт. Условно, статическая характеристика компаратора относительно напряжения делителя показана на рис. 20.

Рис. 20. Статическая характеристика компаратора

Если напряжение превышает верхний порогU_П2, то напряжение компаратора минимальное, стабилитрон VD2 закрыт, транзисторы VT2 и VT1 закрыты, выходное напряжение с течением времени уменьшается. Если напряжение меньше нижнего порогаU_П1, то напряжение компаратора максимальное, стабилитрон VD2 пробит, транзисторы VT2 и VT1 открыты, выходное напряжение с течением времени увеличивается. Возникают автоколебания напряжения U₂ относительно значения . Так как петля компаратора очень узкая, то отклонения напряженияU₂ считаются допустимыми. На рис. 21 приведены временные диаграммы изменения напряжений КСН для двух значений входного напряжения.

Рис. 21. Временные диаграммы напряжений импульсного КСН

Уменьшение напряжения U₁ привело к увеличению длительности импульса в напряжении U_К (увеличению времени открытого состояния транзистора VT1) и уменьшению длительности паузы. Изменился и период следования импульсов. Диапазон изменения напряжения U₂ превышает зону, ограниченную пороговыми значениями, из-за колебательных процессов в LC-фильтре.

Наличие автоколебаний выходного напряжения является недостатком импульсных стабилизаторов напряжения, но это практически не сказывается на работе потребителей, питаемых от стабилизатора, а преимущества импульсного регулирования существенны. Следует отметить, что, так как транзисторы VT1 и VT2 разной проводимости, то возникает необходимость в запускающей цепи VD4, R9, которая работает, так же как и в схеме последовательного КСН на транзисторах разной проводимости.

3. Стабилизатор напряжения последовательного типа на микросхеме КР142ЕН1 «Содержание»

Стабилизаторы напряжения являются очень распространенными устройствами, поэтому разработаны микросхемы, позволяющие создать как непрерывные, так и импульсные стабилизаторы напряжения. К непрерывным стабилизаторам регулируемого постоянного напряжения относятся отечественные микросхемы КР142ЕН1 и КР142ЕН2, отличающиеся диапазоном выходного регулируемого напряжения. Принципиальная схема стабилизатора напряжения последовательного типа, выполненного на микросхеме КР142ЕН1, приведена на рис. 22.

Рис. 22. Принципиальная схема КСН на микросхеме КР142ЕН1

Основное напряжение питание подается между 16 и 8 выводами микросхемы. Дополнительное питание усилителя и источника опорного напряжения подается между 4 и 8 выводами микросхемы, при этом дополнительное питание может объединяться с основным, как это сделано в схеме рис. 12, или являться дополнительным стабилизированным источником напряжения, как это сделано в схеме рис. 11.

Источник опорного напряжения выполнен на стабилитроне VD1 с балластным сопротивлением в виде полевого транзистора VT1. Транзистор VT1 при нулевом напряжении затвор-исток ведет себя как источник тока с большим дифференциальным сопротивлением, что практически устраняет влияние изменения напряжения U₁ на ток стабилитрона. Выходная характеристика транзистора VT1 при нулевом напряжении затвор-исток показана на рис. 23.

Рис. 23. Выходная характеристика полевого транзистора при UЗИ = 0

Транзистор VT2 с делителем на резисторах R1, R2 формируют более низкое опорное напряжение, подаваемое на один их входов дифференциального усилителя. Низкое опорное напряжение позволяет получать выходное напряжение в диапазоне от 3В до 12В .

Несимметричный дифференциальный усилитель выполнен на транзисторах VT4 и VT5. Коллекторной нагрузкой транзистора VT5 служит полевой транзистор VT3 с нулевым напряжением затвор-исток, обеспечивающий такой же эффект как и транзистор VT1. На второй дифференциальный вход усилителя подается напряжение обратной связи с делителя на резисторах R6, R6.

Регулирующий элемент реализован на транзисторах VT6, VT7 и имеет два выхода: маломощный на вывод 14 и мощный на вывод 13. Реакция КСН на изменение напряжения U₂ аналогична реакции схемы рис. 11.

Защиту от перегрузки выполняет транзистор VT9 с шунтом в виде резистора R7. При превышении напряжением шунта порогового напряжения входной характеристики транзистора VT9, он открывается и шунтирует вход регулирующего элемента, что обеспечивает внешнюю характеристику вида рис. 18.

Открывая транзистор VT8 путем подачи напряжения на вsdод 9, можно сделать выходное напряжение равным нулю, то есть выключить стабилизатор.

Подавая внешнее опорное напряжение на вывод 6, можно внешним сигналом управлять величиной выходного напряжения.

Выходной ток микросхемы не более 120 мА, для увеличения выходного тока в регулирующий элемент достаточно добавить внешний транзистор.

Существует целый ряд стабилизаторов напряжения на фиксированные напряжения стабилизации, выполненных в виде микросхем с тремя выводами.