8.2.2. Мостовой двухполупериодный выпрямитель.

Схема двухполупериодного выпрямителя мостового типа показана на рис. 8.3а. Принцип его работы поясняют графики зависимостей входного и выходного напряжений и токов, протекающих через диоды. При положительных половинах периода входного переменного напряжения ток протекает через диод,и диод, а диоды,– заперты. При отрицательных половинах периода входного переменного напряжения ток протекает через диод,и диод, а диоды,– заперты. В результате протекания токов обеих полупериодов на нагрузкеформируется пульсирующее напряжение одной полярности с меньшим коэффициентом пульсаций, чем в однополупериодном выпрямителе.

а) б)

Рис. 8.3 Двухполупериодный выпрямитель:

а) мостовая схема;

б) график, иллюстрирующий процесс получения пульсирующего напряжения

8.3. Сглаживающие фильтры.

В источниках вторичного питания устройствах на выходе выпрямителя используют ФНЧ, который из спектра пульсирующего напряжения выделяет постоянную составляющую выходного напряжения выпрямителя. Поскольку ФНЧ уменьшают пульсации, их называют сглаживающими фильтрами. Если нет ограничений на массу и габариты, то в ИВЭ применяют - фильтры. В ИВЭ малой мощности используют - фильтры. Для получения необходимого коэффициента сглаживания применяют многозвенные фильтры - типа или - типа.

В настоящее время часто используют электронные сглаживающие фильтры. Катушку индуктивности или резистор в них заменяют транзистором, при этом снижаются масса и габариты ИВЭ. Сглаживание в нем основано на различии сопротивлений транзистора постоянной и переменной составляющим коллекторного тока. При выборе рабочей точки транзистора (–const) на пологом участке выходной вольт-амперной характеристики статическое сопротивление на два порядка меньше динамического сопротивления. В электронном сглаживающем фильтре, схема которого показана на рис. 8.4, фиксированное напряжениесохраняется за счет того, что постоянная времени-цепизначительно больше периода пульсации основной гармоники выпрямленного напряжения. Нагрузка потребителя включена в цепь эмиттера. По этой причине данный электронный фильтр представляет собой эмиттерный повторитель, который, как известно, обладает низким выходным сопротивлением и малочувствителен к изменениям тока, так как охвачен сильной отрицательной обратной связью.

Рис. 8.4 Электронный сглаживающий фильтр

8.4. Стабилизаторы напряжения

Медленные изменения среднего значения выпрямленного напряжения уменьшают с помощью стабилизаторов напряжения.

Основными параметрами стабилизаторов напряжения, которые характеризуют качество стабилизации, являются:

- номинальные значения напряжения на входе и выходе;

- допустимые пределы изменения напряжения на входе и тока на выходе;

- коэффициент стабилизации, который определяется как отношение относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжению на выходе;

- выходное динамическое сопротивление, которое определяется как отношение приращений выходных напряжения и тока при постоянном входном напряжении;

- коэффициент полезного действия.

Параметрический стабилизатор напряжения. В параметрических стабилизаторах напряжения используются электронные приборы с нелинейными вольт-амперными характеристиками (например, стабилитроны, стабисторы). В маломощных стабилизаторах напряжения часто применяют кремниевые стабилитроны (см. схему рис. 8.5а). В качестве рабочей области используется обратно смещенная ветвь ВАХ стабилитрона в зоне электрического пробоя. Из графического пояснения принципа работы стабилизатора, показанного на рис. 8.5б видно, что в этой области ВАХ имеется круто спадающий участок, в пределах которого при относительно небольших изменениях напряжения на стабилитроне наблюдается большое изменение тока. Величина выходных напряжений определяется в точках пересечения вольт-амперной характеристикой стабилитрона с нагрузочными прямыми

. (8.1)

а) б)

Рис. 8.5. Параметрический стабилизатор напряжения

а) схема;

б) графическое пояснение принципа работы

Компенсационный стабилизатор напряжения является хорошим примером использования ООС в системах автоматического регулирования для придания им устойчивого состояния. Структурная схема компенсационного стабилизатора (рис. 8.6), как любая система автоматического регулирования, содержит регулирующий элемент (РЭ), источник эталонного напряжения (ЭТ), дискриминатор напряжения (Д) и усилитель постоянного тока (УПТ). В качестве регулирующего элемента используют одиночные или составные транзисторы. В качестве источника эталонного напряжения, как правило, используют параметрический стабилизатор напряжения. Функции дискриминатора обычно выполняют входы усилителя постоянного тока. Дискриминатор сравнивает напряжение ОС с эталонным напряжением и вырабатывает сигнал ошибки. Усиленный в УПТ сигнал ошибки управляет сопротивлением (коэффициентом передачи) регулирующего элемента. За счет того, что в системе действует ООС, управляющий сигнал приводит к восстановлению исходного среднего значения постоянного напряжения на выходе стабилизатора. Усилитель постоянного тока реализуют на основе однокаскадной или дифференциальной схемы на дискретных транзисторах или операционном усилителе.

Рис. 8.6. Структурная схема компенсационного стабилизатора

Для иллюстрации процесса стабилизации напряжения рассмотрим компенсационный стабилизатор непрерывного действия, выполненный на дискретных элементах. Как видно из рис. 8.7, схема представляет собой повторитель напряжения. В ней транзистор является регулирующим элементом. Нагрузка в виде последовательного соединения резисторов

Рис. 8.7. Схема компенсационного стабилизатора напряжения непрерывного действия

включена в цепь эмиттера транзистора . Часть напряжения, которая создается на резисторе, является напряжением обратной связи, которое подается на базу транзистора:

. (8.2)

Усилитель постоянного тока выполнен на транзисторе . Резисторявляется коллекторной нагрузкой транзистора. Параметрический стабилизатор напряжения на стабилитронес резисторомсоздает эталонное напряжение, которое подается на эмиттер транзистора. Разность напряжений на базе и эмиттере транзистораявляется сигналом ошибки, который управляет его коллекторным током. Коллекторный ток, протекающий через резистор, управляет напряжением базы транзистора, а, следовательно, и сопротивлением регулирующего элемента, чем больше ток, тем меньше коллекторный ток и ток нагрузки. Изменение входного напряжения приводит к соответствующему изменению сопротивления регулирующего элемента и падению напряжения на нем. Например, при увеличении входного напряжения будет увеличиваться и выходное напряжение . Увеличениевызовет увеличение. При постоянном напряжении на эмиттерес увеличением напряжения на базеувеличится сигнал ошибки. Это приведет к росту тока коллектора транзистораи к росту падения напряжения на резисторе. С возрастанием напряжения на резисторетранзисторначнет закрываться, тем самым, увеличивая сопротивление регулирующего элемента и, следовательно, увеличивает падение напряжения на нем. Это приведет к восстановлению исходного выходного напряжения. Приближенное значение коэффициента стабилизации равно

, (8.3)

где – коэффициент усиления по напряжению усилителя постоянного тока.