Эссе на тему: "РАСЧЕТ КОМПЕНСАЦИОННОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ"

РАСЧЕТ КОМПЕНСАЦИОННОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

При проектировании источников питания электронной аппаратуры предъявляются высокие требования к стабильности питающего напряжения. Как медленные, так и быстрые колебания (нестабильность и пульсации) питающего напряжения существенно изменяют режимы и параметры работы электронных схем. Причинами нестабильности могут быть колебания напряжения и частоты питающей сети, изменение нагрузки, пульсации выпрямленного напряжения, колебания влажности окружающей среды. Например, для питания измерительных приборов, работающих с точностью до 0,1 %, требуется стабильность питающего напряжения не менее 0,01 %.

Преобразователи, датчики, датчики. Регулятор напряжения. Описание, схема. В большинстве случаев стабилизаторы напряжения применяются для питания различных измерительных преобразователей, устройств радиоэлектронной аппаратуры РЭА. Стабилизатор напряжения – это устройство, предназначенное для автоматического поддержания постоянного значения напряжения на вводах приемников электрической энергии независимо от колебаний сетевого напряжения и величины нагрузки.

По принципу действия стабилизаторы напряжения делятся на параметрические и компенсационные. К параметрическим стабилизаторам относятся стабилизаторы, в которых управляющий элемент воздействует на регулируемую величину с целью приближения ее величины к величине заданной, без учета разницы между регулируемой и заданной величинами. Наиболее простым и в то же время наиболее распространенным параметрическим стабилизатором является стабилизатор, использующий особенность вольтамперной характеристики полупроводникового стабилитрона.

Он представляет собой делитель напряжения, включающий балластный резистор Rb и стабилитрон VD1. При расчете параметров элементов параметрического стабилизатора заранее известны пределы изменения питающего напряжения; напряжение стабилизации стабилитрона, равное выходному напряжению стабилизатора; минимальный и максимальный токи стабилизации; динамическое сопротивление стабилитрона.

Низкая грузоподъемность и относительно небольшой коэффициент стабилизации накладывают определенные ограничения на применение параметрических стабилизаторов. Другими негативными факторами являются температурная нестабильность, относительно большой разброс напряжения стабилизации для однотипных устройств и невозможность изменения выходного напряжения. Если нагрузочную способность параметрического стабилизатора можно увеличить за счет использования каскада усиления тока рис.

Компенсационные стабилизаторы обладают гораздо лучшими характеристиками. Компенсационным стабилизатором напряжения называется стабилизатор, в котором величина влияния на регулируемое напряжение зависит от разности значений выходного и образцового опорного напряжений. Одной из разновидностей компенсационного стабилизатора напряжения является стабилизатор непрерывного действия с последовательным подключением регулирующего элемента, в котором используется принцип замкнутой системы автоматического управления.

В схеме стабилизатора, представленной на рисунке 1, можно выделить основные функциональные узлы: регулирующий элемент VT1, источник опорного напряжения R2VD1 и усилитель постоянного тока VT2, принцип взаимодействия которых описан ниже.

Напряжение на эмиттере транзистора VT2 поддерживается постоянным по величине за счет напряжения стабилизации стабилитрона VD1, рабочий ток которого задается резистором R2. При снижении напряжения на выходе стабилизатора ниже заданного уровня снижается и напряжение на базе транзистора VT2, снимаемое с делителя напряжения R3R4.

А так как напряжение на эмиттере транзистора VT2 остается прежним, то уменьшается и напряжение база-эмиттер, что вызывает закрытие этого транзистора.

Напряжение на коллекторе транзистора VT2 увеличивается и, попадая на базу транзистора VT1, открывает последний.

Напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT1 уменьшается, что вызывает увеличение выходного напряжения стабилизатора до заданного значения. Если во время работы напряжение на выходе стабилизатора увеличивается, то транзистор VT2 открывается, напряжение на его коллекторе уменьшается, что вызывает закрытие транзистора VT1, а следовательно, и напряжение на выходе стабилизатора уменьшается.

Изменяя соотношение номиналов резисторов R3 и R4, можно регулировать выходное напряжение стабилизатора в определенных пределах.

Широкое распространение имеют стабилизаторы напряже­ния с включением регулирующего элемента последовательно нагрузке (рис.1).

Рис. 1. Компенсационный стабилизатор

Стабилизатор состоит из регулирующего элемента (транзисторы VT1, VT2), усилителя постоянного тока (VT0, R5), источника опорного напряжения (VD, R4), делителя напряжения (R1, R2, R3), резистора R6, используемого для выбора режима по постоянному току транзистора VT1 и конденсатора C1. Для регулировки выходного напряжения в состав делителя включен резистор R2.

Число транзисторов, входящих в РЭ, зависит от тока нагрузки IH [3].

При IH < (0,2 – 0,3) А можно использовать только один транзистор.

При IH < (5 – 6) А можно использовать два транзистора.

Стабилизатор работает следующим образом. При увеличении входного напряжения UBX увеличивается выходное напряжение UBЫX, что вызывает увеличение напряжения на базе транзистора VT0 и, соответственно его коллекторного тока, в результате чего напряжение на его коллекторе уменьшается, что вызывает уменьшение тока через транзисторы РЭ и, следовательно, приводит к пропорциональному уменьшению UBЫX. Аналогичные процессы происходят при уменьшении тока нагрузки. При увеличении тока нагрузки UBЫX уменьшается, транзистор VT0 начинает закрываться, напряжение на его коллекторе и на базе РЭ увеличивается, в результате чего UBЫX увеличивается до номинального значения.

Компенсационные стабилизаторы напряжения позволяют получить постоянное напряжение с минимальным значением пульсаций и шумов, поэтому такие стабилизаторы применяются в узлах радиоаппаратуры, наиболее чувствительных к помехам. Если раньше в электронном устройстве использовался один источник стабильного напряжения, а потребители разделялись пассивными RC-фильтрами, то теперь вместо фильтрующих RC-цепочек более рентабельно устанавливать интегральные стабилизаторы напряжения. С одной стороны, в настоящее время на рынке предлагается огромное количество готовых микросхем стабилизаторов напряжения.

Современные компенсационные стабилизаторы серийного типа обязательно имеют быстродействующую защиту РТ от теплового пробоя при его перегрузке. Поэтому блок-схема стабилизатора дополнена элементами защиты. При перегрузке схема защиты перехватывает весь стабильный ток, в результате чего РТ запирается. В обслуживаемых сильноточных стабилизированных ВИП защита без самовозврата в рабочий режим желательна защита с защелкой, при которой ВИП после устранения причины перегрузки приводится в рабочее состояние, например, нажатием и отпусканием кнопочный переключатель на передней панели ВИП.

Список использованной литературы

1. Ким, Д. П. Теория автоматического управления. Т.1. Линейные системы / Д. П. Ким. – М. : ФИЗМАТЛИТ, 2003. – 288 с.

2. Кулагин, Р. Н. Технические средства автоматизации : учеб. пособие / Р. Н. Кулагин, Н.В. Казаков, Е. В. Стегачев ; ВолгГТУ. – Волгоград, 2009. – 103 с.

3. Булычев, А. Л. Аналоговые интегральные схемы : справочник / А. Л. Булычев, В. И. Галкин, В. А. Прохоренко. – 2-е издание, переработанное и дополненное. – Минск : Издательство «Беларусь», 1993.

4. Горюнов, Н. Н. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы : справочник / А. В. Баюков, А. Б. Гитцевич, А. А. Зайцев [и др.] ; под общ. ред. Н. Н. Горюнова. – М. : Энергоатомиздат, 1983. – 744 с.

5. Горюнов, Н. Н. Полупроводниковые приборы: транзисторы : справочник / А. В. Баюков, А. Б. Гитцевич, А. А. Зайцев и др.; под общ. ред. Н. Н. Горюнова. – М. : Энергоатомиздат, 1983. – 904 с.