Есть конспект?
Пришлите нам!
Рекламные партнеры: Стабилизаторы напряжения купить. ; Предлагаем стабилизаторы ресанта в различном исполнении.

Стабилизация напряжения в источниках питания.

В большинстве случаев радиоэлектронные устройства требуют для своей работы стабильного напряжения, которое не должно зависеть от колебаний сетевого напряжения, а также от изменения тока в нагрузке. Для стабилизации напряжения применяются параметрические и компенсационные стабилизаторы.

 

Параметрический стабилизатор напряжения.

Принцип действия основан на свойствах полупроводниковых стабилитронов. Рассмотрим типовую вольтамперную характеристику стабилитрона.

Вольтамперная характеристика стабилитрона.

При включении стабилитрона в прямом направлении его характеристика напоминает характеристику обычного кремниевого диода. При включении стабилитрона в обратном направлении (на аноде - «минус», на катоде - «плюс») ток через него вначале растёт очень незначительно, но при определённом значении напряжения возникает «пробой» - режим, при котором незначительное приращение напряжения вызывает значительный ток через стабилитрон (вертикальный участок обратной ветви). Напряжение пробоя называется напряжением стабилизации. В начале пробоя через стабилитрон протекает ток Iст.мин.  Чтобы стабилитрон не вышел из строя, ток через него ограничивают с помощью резистора до значения Iст.макс. При изменении тока через стабилитрон от минимального до максимального значения напряжение на нём остаётся практически постоянным.

Схема параметрического стабилизатора напряжения.

 

Схема представляет делитель напряжения, состоящий из балластного (гасящего) резистора Rб и стабилитрона V, параллельно которому подсоединено сопротивление нагрузки Rн. При изменении напряжения питания U изменяется ток через резистор. Стабилитрон принимает эти токовые изменения на себя: изменяется ток, проходящий через него, а напряжение на нём, а значит и на сопротивлении, нагрузки остаётся без изменения. Если будет изменяться сопротивление нагрузки, то ток через стабилитрон также будет изменяться, а напряжение на нагрузке не изменится.

 

Компенсационный стабилизатор напряжения.

Параметрический стабилизатор, который мы рассмотрели ранее, прост по устройству, но позволяет питать устройства с потребляемым током, не превышающим максимального тока стабилизации стабилитрона. Поэтому применяют компенсационные стабилизаторы напряжения. Они бывают двух разновидностей: последовательные или параллельные. Название зависит от способа подключения нагрузки к регулирующему элементу. Чаще применяют компенсационные стабилизаторы последовательного типа. Схема такого стабилизатора приведена ниже.

Схема компенсационного стабилизатора последовательного типа.

 

Здесь регулирующим элементом является транзистор V1, который стоит последовательно с нагрузкой Rн. Выходное напряжение будет равно разности напряжения стабилизации стабилитрона и эмиттерного перехода Uэб. Uэб составляет

 доли вольта (у кремниевых транзисторов примерно 0,6В) и, поэтому в общем случае можно считать, что Uвых приблизительно равно Uст. (На самом деле при рассмотрении работы стабилизатора необходимо учитывать, что напряжение на базе и эмиттере транзистора отличаются на 0,6 вольта для его нормальной работы).

Работа стабилизатора.

Допустим, что в результате повышения входного напряжения выходное напряжение также увеличилось. За счёт этого уменьшится напряжение на эмиттерном переходе, и транзистор начнёт закрываться. При этом напряжение на участке эмиттер-коллектор Uэк возрастёт настолько, что выходное напряжение уменьшится до прежнего значения. Аналогично работает стабилизатор и при уменьшении входного напряжения. Этот стабилизатор можно представить в виде делителя входного напряжения, состоящего из транзистора и нагрузки. Транзистор выполняет роль сопротивления, значение которого при изменении входного напряжения и тока нагрузки изменяется управляющим напряжением Uэб так, что выходное напряжение стабилизатора остаётся постоянным. Изменение напряжения на регулирующем транзисторе компенсирует изменение входного напряжения и тока нагрузки.

При выборе транзистора необходимо учитывать максимально допустимое напряжение между эмиттером и коллектором, максимальный ток транзистора и максимальную мощность, рассеиваемую транзистором.  Резистор R2 необходим для того, чтобы даже при отключённой нагрузке транзистор работал в обычном режиме усиления. Рассмотренный компенсационный стабилизатор, как и параметрический, обладает недостатками: трудно получить точное значение выходного напряжения и регулировать его в процессе эксплуатации. Если есть необходимость в таких регулировках, компенсационный стабилизатор выполняют по следующей схеме:

Схема компенсационного стабилизатора с возможностью регулировки Uвых.

 

В этом стабилизаторе регулирующим элементом является транзистор V1, источником опорного напряжения – стабилитрон V2. На V3 и R1 выполнен усилитель постоянного тока. Часть выходного напряжения с делителя R3,R5,R4 подаётся на базу V3 и называется Uос – напряжением обратной связи.

 

Если Uвых. (соответственно и Uос) увеличивается, то база транзистора V3 становится более отрицательной по отношению к эмиттеру, транзистор будет больше открываться, и ток через него увеличится. Следовательно, отрицательное напряжение на его коллекторе уменьшится и на базе транзистора V3 – тоже. Транзистор V1 станет закрываться, его сопротивление увеличится, и напряжение между коллектором и эмиттером V1 возрастёт, что приведёт к уменьшению Uвых и возврату его к прежнему значению. При уменьшении выходного напряжения происходят аналогичные процессы. Точное значение выходного напряжения устанавливается подбором резистора R5.

 

Стабилизаторы напряжения на интегральных микросхемах.

Стабилизаторы напряжения в интегральном исполнении обладают лучшими электрическими параметрами и характеристиками по сравнению с аналогичными Стабилизаторами на полупроводниковых приборах. К тому же их отличает более высокая надёжность, малые габариты и масса, низкая цена.

Функциональные схемы стабилизаторов напряжения на микросхемах.

 

Последовательный стабилизатор напряжения.

1 – источник стабилизируемого напряжения;

2 – регулирующий элемент;

3 – усилитель ошибки (УПТ);

4 – источник опорного напряжения;

5 – элемент измерения выходного напряжения;

6 – нагрузка стабилизатора.

Регулирующий элемент (2) играет роль переменного резистора, включённого последовательно с нагрузкой стабилизатора (6). При изменении напряжения на сопротивлении нагрузки меняется сопротивление регулирующего элемента таким образом, чтобы скомпенсировать эти изменения. Воздействие на регулирующий элемент осуществляется через цепь обратной связи, содержащей управляющий элемент (3), источник опорного напряжения (4) и элемент для измерения стабилизирующего напряжения (5). Элемент (5) представляет собой потенциометр (делитель), с которого снимается часть выходного напряжения. Отрицательная обратная связь регулирует выходное напряжение, используемое для питания нагрузки таким образом, чтобы выходное напряжение потенциометра равнялось опорному напряжению. Отклонение этого напряжения от опорного вызывает большее или меньшее падение напряжения на регулирующем элементе, следовательно, элементом измерения напряжения можно в некоторых пределах регулировать выходное напряжение. Если стабилизатор выполняется на фиксированное напряжение, то элемент измерения напряжения выполняется внутри ИМС с температурной компенсацией. Если выходное напряжение имеет широкий диапазон, то элемент измерения выполняется вне ИМС.

 

Параллельный стабилизатор напряжения.

1 – источник стабилизируемого напряжения;

2 – регулирующий элемент;

3 – усилитель ошибки;

4 – источник опорного напряжения;

5 – элемент измерения выходного напряжения;

6 – нагрузка стабилизатора.

 

Сравнение стабилизаторов:

Последовательный стабилизатор имеет более высокий КПД при частичной загрузке. Параллельный стабилизатор потребляет постоянную мощность от источника и распределяет её между нагрузкой и регулирующим элементом. Параллельные стабилизаторы целесообразно применять при постоянных нагрузках в режиме близком к полной загрузке. Параллельный стабилизатор безопасен при коротком замыкании, а последовательный при холостом ходе. При постоянной нагрузке оба стабилизатора обеспечивают высокий КПД.

Основные параметры стабилизаторов напряжения.

Нестабильность по напряжению, %

Определяется при ΔUвх = 1В

Ku = ·100, где

Uвых – выходное напряжение;

ΔUвх – изменение входного напряжения;

ΔUвых – изменение выходного напряжения, вызванного изменением входного напряжения.

 

Нестабильность по току, %

Ki = ·100, где

ΔUвых – изменение выходного напряжения, вызванного изменением выходного тока в заданных пределах.

 

 

Коэффициент сглаживания пульсаций:

Кст = 20lg· или

 

Кст = , где Uвх~ и Uвых~ переменные составляющие входного и выходного напряжения.

Стабилизатор на трёхвыводной микросхеме.

Современный вариант компенсационного стабилизатора последовательного типа реализован на трёхвыводной микросхеме. Благодаря тому, что они имеют только  3 вывода, их легко применять на практике, они почти вытеснили другие типы стабилизаторов в диапазоне токов от 100мА до 3А.

Схема стабилизатора напряжения на 3-х выводной микросхеме.

 

Uвх – неотфильтрованное входное напряжение;

Uвых – выходное напряжение.

Без С1 и С2 можно обойтись, но они способствуют улучшению характеристик стабилизатора. С1 используется для обеспечения стабильности системы, а С2 необходим из-за того, что неожиданное увеличение нагрузки не может быть отслежено стабилизатором, в этом случае ток в схеме поддерживает С2. На практике часто используются ИМС серии 7800/7900 фирмы Моторола. 7800 – стабилизаторы положительного напряжения, 7900 – отрицательного.

7805                                   

7812                                  12В

7815                                  15В

7818                                  18В

Подобные обозначения имеются и в серии 7900.

Микросхемы имеют следующий внешний вид:

Для повышения надёжности стабилизатор устанавливают на радиатор.


Dr.BoT© Konspektiruem.ru