4.2 Компенсационные стабилизаторы

На рис.3-9а показан принцип стабилизации, основанный на компенсации изменений напряжения в нагрузке путем изменения величины сопротивления переменного резистора R1, включенного последовательно нагрузке Rн.

Рис.3-10 Компенсационный стабилизатор

Для рассматриваемого контура можно написать уравнение

Uн = Uф – I1*R1, (3)

то есть напряжение Uн на нагрузке меньше выпрямленного напряжения (на выходе фильтра) Uф на величину падения напряжения на переменном резисторе R1. Изменяя величину сопротивления, можно регулировать величину напряжения Uн. Для любого изменения выпрямленного напряжения dUф по аналогии с уравнением (3) можно записать, что

dUн =dUф – dI1*R1. (4)

Следовательно, устанавливая величину R1 всегда так, чтобы выполнялось равенство dUф = dI1*R1, получим dUн=0 то есть напряжение на нагрузке будет постоянным.

Для автоматизации процесса стабилизации напряжения Uн в качестве переменного резистора R1 используется транзистор VТ1 большой мощности (рис.3-10б), а управляет его сопротивлением транзистор VТ2. Ток коллектора VТ2 изменяется при изменении напряжения Uн. Поэтому изменяется ток базы транзистора VТ1 и, следовательно, его сопротивление. Параметрический стабилизатор R4-V3 играет вспомогательную роль, обеспечивая опорное (неизменное) напряжение на эмиттере VТ2, с которым сравниваются изменения напряжения на нагрузке, поступающие на базу VТ2 через делитель R1-RЗ. Схема работает следующим образом. Пусть ввиду каких-либо причин напряжение Uн начинает убывать (потенциал fн относительно точки 3 увеличивается). Тогда потенциал базы VТ2 также возрастает относительно эмиттера (станет менее отрицательным), а ток его базы Iб2 уменьшится. При этом ток коллектора Iк2=b2*Iб2(b2-коэффициент передачи тока транзистора VT2) уменьшит потенциал базы транзистора VТ1 (Uб1 = Uк2~ Uф – Iк2* R5) и, следовательно, уменьшит сопротивление транзистора VТ1.При этом неизбежно уменьшается напряжение U1=I1*Rv1 (см. рис.3-10б), а напряжение в нагрузке Uн = Uф - I1*Rv1 практически останется неизменным.

Внешние характеристики стабилизированных выпрямителей приведены на рис.3-11. Постоянство напряжения Uн поддерживается параметрическим (кривая 2) и компенсационным (кривая 3) стабилизаторами

Рис.3-11. Внешние характеристики выпрямителей:

1 - без стабилизатора; 2 - с параметрическим стабилизатором; 3 - с транзисторным стабилизатором компенсационного типа.

До определенного значения максимального тока нагрузки, зависящего от типа применяемых полупроводниковых приборов. Стабилизатор компенсационного типа очень хорошо сглаживает пульсации, если они не слишком велики на выходе выпрямителя и падение входного напряжения не выводит стабилизатор из нормальной рабочей области.

4.3 Импульсный стабилизатор напряжения

>Недостатки вышерассмотренных стабилизаторов:

1) Низкий КПД, не превышающий 50%.

2) Большие габариты конденсатора и индуктивности в фильтре.

Эти недостатки снимаются при использовании импульсного (ключевого) стабилизатора. В этом стабилизаторе транзистор VT ставится в ключевой режим:

Рис.3-12 Импульсный стабилизатор напряжения

Генератор ШИМ обеспечивает широтно-импульсную модуляцию, при которой ширина генерируемых импульсов Uг пропорциональна управляющему напряжению Uупр.

Процесс работы импульсного стабилизатора

1) Во время импульса Uупр транзистор VT открывается, емкость С подзаряжается через индуктивность

2) VT1 закрывается , индуктивность и емкость отдают энергию потребителю. Диод VD устанавливается для замыкания обратного тока индуктивности через емкость и нагрузку. Генератор ШИМ выдает последовательность импульсов на базу VT, ширина которых зависит от Uвых .Длительность импульса tи=К (Uоп-UвыхR1/(R1+R2))

3) Если,например, выходное напряжение уменьшается то длительность импульсов увеличивается. При этом возрастает энергия,накопленная в индуктивности и выходное напряжение поддерживается постоянным. Тактовая частота приблизительно равна 20 кГц. Конденсатор “подпитывается” достаточно часто, поэтому емкость его значительно меньше, чем при использовании непрерывного стабилизатора.

5 Генераторы

5.1 Генератор синусоидальных колебаний

ГСК – это устройство, выполненное на основе автономных автоколебательных цепей, в которых синусоидальное изменение напряжения и тока возникают без приложения дополнительного периодического сигнала. Это преобразование энергии постоянного тока в энергию синусоидальных электрических колебаний.

Генератор типа L-C:

Рис.3-13 Генератор LC с индуктивной обратной связью

Генерация возникает из за положительной обратной связи между коллектором и базой транзистора через взаимоиндукцию между катушками. Колебания возникают при выполнении двух условий:

1) Условие амплитуд, которое выполняется если катушки Lсв и L расположить достаточно близко.

2) Условие фаз. Катушка Lсв должна быть включена так, чтобы возникающая обратная связь была положительной. Тогда возникают колебания с частотой ?2 LC=1; Следовательно ?=1/(LС)1/2; f=1/2?(LC)1/2 По этой схеме строятся генераторы с частотой f>=150 кГц. Для более низких частот применяются RC генераторы.