Устройства стабилизации среднего значения напряжения

Существующие стабилизаторы можно разделить на два класса: параметрические и компенсационные.

Параметрический стабилизатор обеспечивает поддержание выходного напряжения за счет собственной нелинейности используемого полупроводникового элемента — стабилитрона. Работа простейшего параметрического стабилизатора напряжения и его расчет были рассмотрены при изучении стабилитронов и источников напряжения.

Основные достоинства параметрических стабилизаторов — простота конструкции, небольшое количество элементов и высокая надежность. К недостаткам следует отнести невысокий коэффициент стабилизации и КПД, узкий нерегулируемый диапазон стабилизируемого напряжения.

Компенсационные стабилизаторы непрерывного действия относятся к устройствам автоматического регулирования с ООС. Они подразделяются на устройства последовательного и параллельного действия. На рис. 126 показана упрощенная структурная схема последовательного стабилизатора. Как следует из схемы, стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет изменения проводимости регулирующего элемента, в качестве которого обычно выступает биполярный транзистор. Управляет проводимостью регулирующего элемента регулирующая схема, которая сравнивает часть выходного напряжения (задается резистивным делителем и ) с опорным напряжением , которое формируется источником опорного напряжения (ИОН). Если выходное напряжение становится меньше заданного, то и регулирующая схема увеличит проводимость регулирующего элемента — выходное напряжение возрастет. При чрезмерном увеличении регулирующая схема уменьшит проводимость регулирующего элемента.

Рис. 126

На рис. 127 показана схема последовательного стабилизатора с дискретным транзистором в качестве регулирующего элемента, которым управляет ОУ. Стабилитрон и балластный резистор задают опорное напряжение , прикладываемое к неинвертирующему входу ОУ.

Резисторы и — элементы ООС, напряжение на выходе которой, прикладываемое к инвертирующему входу ОУ, определяется выражением

.

(23)

В данном стабилизаторе выходное напряжение равно разнице между входным напряжением и падением напряжения на транзисторе, т. е. стабилизация осуществляется за счет изменения падения напряжения на транзисторе. Данное падение определяется проводимостью транзистора и регулируется ОУ. Если по какой-либо причине выходное напряжение возрастет, то увеличится сигнал в цепи ООС, что вызовет уменьшение напряжения на выходе ОУ и частичное закрывание транзистора. Это приведет к уменьшению выходного напряжения.

Рис. 127

лр6р3

Так как ОУ при работе в схемах с ОС стремится уравнять напряжения на своих входах, то выходное напряжение данного компенсационного усилителя будет таким, чтобы выполнялось равенство . Опорное напряжение задается стабилитроном , а связь напряжения ООС с выходным напряжением определяется выражением (23). Очевидно, что изменять выходное напряжение при фиксированном опорном напряжении можно изменением отношения сопротивлений резисторов и . Минимальное выходное напряжение стабилизатора получается при (или ) и равно опорному.

На рис. 128 показана упрощенная структурная схема параллельного стабилизатора напряжения. Из схемы видно, что регулирующий элемент подключается параллельно нагрузке; избыточное напряжение падает на резисторе . В случае, когда выходное напряжение меньше требуемого, т. е. , регулирующая схема уменьшает проводимость регулирующего элемента. В результате ток, текущий через резистор уменьшается, уменьшается падение напряжения на этом резисторе и увеличивается напряжение на нагрузке.

При увеличении выходного напряжения выше заданного регулирующая схема увеличивает проводимость регулирующего элемента.

Рис. 128

При низких токах нагрузки стабилизаторы параллельного типа потребляют чрезмерную мощность за счет рассеивания энергии на регулирующем элементе и резисторе . По этой причине они используются реже, чем стабилизаторы последовательного типа.

В настоящее время широкое распространение получили стабилизаторы, выполненные в виде интегральных микросхем. Объясняется это легкостью встраивания таких стабилизаторов в схемы ИВЭ, высокими параметрами этих приборов, широкой гаммой напряжений и токов, на которые рассчитаны микросхемные стабилизаторы, а также их высокой надежностью при низкой стоимостью. Стабилизаторы в виде интегральных схем выпускаются как отечественной промышленностью (серии 142, 1157, 1168 и т.д.), так и рядом зарубежных фирм. Основными параметрами рассматриваемых стабилизаторов являются:

· максимальное входное напряжение ;

· выходное стабилизируемое напряжение ;

· максимальный выходной ток ;

· минимальное входное напряжение ;

· максимальная рассеиваемая на кристалле мощность .

Стабилизаторы выпускаются как на фиксированное значение выходного стабилизируемого напряжения , так и регулируемые, для которых может задаваться в широком диапазоне при помощи дополнительных элементов.

Типовая схема включения стабилизатора, имеющего фиксированное значение выходного стабилизируемого напряжения , показана на рис.129,а.

а)	б)
Рис. 129

Для устранения самовозбуждения микросхемного стабилизатора его входные и выходные цепи обычно шунтируют конденсаторами емкостью в 10...100нФ.

Практически любой стабилизатор с фиксированным выходным напряжением можно использовать для построения стабилизатора на большее выходное напряжение (рис.129,б). Стабилизатор будет стремиться поддерживать напряжение на резисторе , следовательно, выходное напряжение будет превышать на величину падения напряжения на резисторе . Задаваясь отношением этих резисторов можно получить выходное напряжение в широком диапазоне:

, ,

где — ток, потребляемый стабилизатором; ток должен выбираться больше тока .

Если требуется создать устройство, обеспечивающее выходной ток, больший выходного тока имеющегося интегрального стабилизатора, то необходимо задействовать усилитель тока — биполярный транзистор. На рис.130,а показана схема мощного стабилизатор напряжения, в котором роль усилителя тока выполняет транзистор . Если падение напряжения на резисторе , определяемое текущим через стабилизатор током недостаточно для открывания транзистора , то этот транзистор в формировании выходного тока устройства не участвует. При увеличении тока, текущего через , транзистор начнет открываться, тем самым «разгружая» стабилизатор .

На транзисторе и резисторе реализовано устройство ограничения тока, текущего через мощный транзистор — по мере роста тока, текущего через , транзистор будет открываться, препятствуя дальнейшему открытию транзистора .

а)	б)
Рис. 130

С использованием интегральных стабилизаторов можно создавать схемы стабилизаторов (источников) тока. В схеме, показанной на рис.130,б, стабилизатор будет стремиться поддерживать напряжение на резисторе , следовательно, выходной ток можно задавать, изменяя сопротивление этого резистора:

.

Рассмотренные выше интегральные стабилизаторы относятся к последовательным устройствам. Кроме них, выпускаются интегральные стабилизаторы параллельного типа, например, КР142ЕН19А. В схемах данная микросхема используется подобно стабилитрону с и током стабилизации (рис.131,а). Расчет резистора в этом случае ведется аналогично расчету балластного резистора в параметрическом стабилизаторе.

а)	б)
Рис. 131

Наличие у стабилизатора входа управления (ВУ) позволяет создавать параллельные стабилизаторы на напряжение, отличное от . С этой целью в схему вводится резистивный делитель (рис.131,б). В этом случае .

Дата добавления: 2015-07-14