Название: Вторичные источники питания - методические указания (В. Н. Рогов)

Жанр: Радиотехнический

Просмотров: 1200


Лабораторная работа №4 «стабилизаторы напряжения»

 

Цель работы:

−          На примере схемы компенсационного стабилизатора исследо-

вать принципы работы стабилизаторов напряжения.

Сведения из теории:

Стабилизатором напряжения (СТН) называют устройство, поддержи- вающее с определенной точностью неизменным напряжение на нагрузке. Дру- гими словами, стабилизатор напряжения – это устройство, на выходе которого

напряжение остается неизменным при воздействии дестабилизирующих факто-

ров.

Стабилизаторы бывают параметрические (ПСН) и компенсационные (КСН). Параметрический стабилизатор наиболее простой. Его работа основа- на  на  свойствах  полупроводникового  диода,  а

 

 
точнее на одной из его разновидностей – стаби-

литрона.  Типичная  наипростейшая  схема  пара-

метрического  стабилизатора  приведена  на  рис.

5.1.

 

 

Рис. 5.1.  Параметрический стабилизатор напряжения

В стабилитронах используется явление электрического лавинного пробоя. При этом в широком диапазоне изменения тока через диод напряжение изменяется на нем очень незначи- тельно. Входное напряжение через ограничи- тельный резистор Rбал  подводится к параллельно

включенным стабилитрону и сопротивлению нагрузки. Поскольку напряжение

на стабилитроне меняется незначительно, то и на нагрузке оно будет иметь тот же характер. При увеличении входного напряжения практически все изменение

Uвх передается на Rн, что приводит к увеличению тока в нем. Увеличение этого тока происходит за счет увеличения тока стабилизации при почти неизменном токе нагрузки. Другими словами, все изменение входного напряжения погло- щается в ограничительном (балластном) резисторе.

Часто стабилитрон работает в таком режиме, когда напряжение источни- ка гуляет (т. е. нестабильно), а сопротивление нагрузки постоянно. Для нор- мального режима стабилизации сопротивление резистора Rогр должно иметь определенное значение. Если напряжение Uвх гуляет от Umin до Umax, то для рас- чета Rогр можно воспользоваться формулой:

Rогр = (Uвх.ср - Uст)/(Iср + Iн),

где Uвх.ср = 0,5(Uвх.min + Uвх.max) – среднее значение напряжения источника, Iср. = 0,5(Imin + Imax) – средний ток стабилитрона,

Iн = Uн/Rн - ток нагрузки.

При изменении входного напряжения в ту или иную сторону будет изме- няться ток стабилитрона, на напряжение на нем, следовательно, и на нагрузке будет оставаться постоянным.

Исходя из того, что все изменения напряжения источника гасятся в Rогр,

то наибольшее изменение напряжения (Uвх. max - Uвх.min = ∆Uвх) должно со-

ответствовать наиболее возможному изменению тока, при котором еще сохра- няется стабилизация (Imax – Imin = ∆Iст). Отсюда следует, что стабилизация будет осуществляется только при соблюдении условия: ∆Uвх = ∆IстRогр

Бывает режим стабилизации, когда входное напряжение постоянно, а со-

противление нагрузки изменяется, т. е. гуляет от Rн.min до Rн.max. Для такого режима Rогр определяется по формуле

Rогр = (Uвх - Uст)/(Iср + Iн.ср),

где Iн.ср = 0,5(Iн.min + Iн.max),

причем Iн.min = Uст/Rн.max, а Iн.max = Uст/Rн.min.

Иногда необходимо получить такое напряжение, на которое стабилитрон

не рассчитан. В этом случае применяют последовательное соединение стабили- тронов. Тогда напряжение стабилизации будет соответствовать сумме напря- жений стабилизаций последовательно включенных стабилитронов.

Помимо рассмотренной схемы применяют каскадное включение стабилитронов, т. е. берут несколько

вышерассмотренных схем и вклю- чают одну за другой. При этом на- пряжение стабилизации предыдуще- го стабилитрона должно быть боль-

ше, чем следующего. Такие схемы применяют для увеличения коэффи- циента стабилизации. Существует и

Рис. 5.2.  Параметрический стабилизатор

напряжения с усилителем мощности

мостовая схема, называемая мостовой параметрический стабилизатор. Теорети-

чески у такой схемы коэффициент стабилизации стремится к бесконечности.

Следует помнить, что большой мощности с вышерассмотренной схемы не снять. В связи с этим применяют схему, показанную на рис. 5.2.

Схема достаточно проста. Просто нагрузку подключили через транзистор,

включенный по схеме с общим коллектором, выполняющим роль усилителя мощности.

Такая схема при малых и средних токах нагрузки работает как стабилиза- тор, а при больших токах нагрузки – как транзисторный фильтр (если парал- лельно стабилитрону поставить конденсатор). Если параллельно стабилитрону

установить  переменный  (подстроечный)  резистор,  то  выходное  напряжение становиться регулируемым.

Для уменьшения высокочастотной (ВЧ) составляющей выходного напря-

жения параллельно   нагрузке          устанавливают          конденсатор   емкостью

0,01...1 мкФ. Это касается любых источников питания.

Тип  транзистора  в  схеме  на  рис.  5.2  выбирается  из  учета  мощности нагрузки. Например, для питания усилителя (особенно большой мощности), ко- гда ток нагрузки велик, используют составной транзистор. Подключение со- ставного транзистора происходит следую-

 

 

 

 
щим образом: берут два (или больше) тран-

зистора и коллектор или эмиттер одного подключают к базе другого, а оставшийся вывод  первого  транзистора  соединяют  с

Рис. 5.3. Составные транзисторы

оставшимся выводом следующего.

У         составного     транзистора   коэффициент передачи  равен  произведению коэффици-

ентов передачи каждого транзистора.

Итак, для больших токов используют составные транзисторы, для пита- ния небольшого числа микросхем подойдет транзистор средней и малой мощ- ности.