89393

Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

К основным параметрам стабилизаторов напряжения относятся: выходное сопротивление коэффициент стабилизации коэффициент полезного действия стабилизатора. Выходное сопротивление стабилизатора напряжения равно отношению изменения выходного напряжения к соответствующему изменению тока нагрузки. Коэффициент стабилизации равен отношению относительного изменения входного напряжения к относительному изменению выходного напряжения: Коэффициент полезного действия это отношение номинальной мощности в нагрузке к номинальной входной мощности.

Русский

2015-05-12

82.36 KB

4 чел.

Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

Для питания низковольтных устройств широко используются полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения. Стабилизаторы делятся на два основных класса: параллельного и последовательного типов. Наибольшее распространение получили стабилизаторы последовательного типа.

К основным параметрам стабилизаторов напряжения относятся: выходное сопротивление, коэффициент стабилизации, коэффициент полезного действия стабилизатора.

Выходное сопротивление стабилизатора напряжения равно отношению изменения выходного напряжения к соответствующему изменению тока нагрузки.

Коэффициент стабилизации равен отношению относительного изменения входного напряжения к относительному изменению выходного напряжения:

Коэффициент полезного действия – это отношение номинальной мощности в нагрузке к номинальной входной мощности.

На рисунке 4.18 приведена схема параметрического стабилизатора постоянного напряжения. Рассмотрим случай идеального стабилитрона. Рабочая ветвь вольтамперной характеристики идеального стабилитрона может быть представлена в виде двух отрезков прямых. Дифференциальное сопротивление такого стабилитрона равно бесконечности при напряжениях меньших напряжения стабилизации и равно нулю при напряжении равном напряжению стабилизации. На рисунке 4.19а показана зависимость выходного напряжения параметрического стабилизатора напряжения с идеальным стабилитроном от напряжения, подаваемого на вход стабилизатора. На рисунке 4.19б показана зависимость выходного напряжения этого же стабилизатора от силы тока нагрузки. Пунктиром показана зависимость выходного напряжения этого стабилизатора от тока нагрузки при отключенном стабилитроне.

На рисунке 4.20 приведена схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения. Рассмотрим принцип работы этого стабилизатора напряжения как системы автоматического регулирования. Учтем, что при входных напряжениях, которые больше напряжения стабилизации стабилитронаVD1, напряжение на стабилитроне не зависит от входного напряжения. Нестабильность выходного напряжения может быть обусловлена как изменением сопротивления нагрузки, так и изменением входного напряжения.

Предположим, что сопротивление нагрузки не изменяется, а входное напряжение увеличивается (уменьшается). Если бы никаких изменений с транзистором VT1 не происходило, то напряжение на нагрузке Rн увеличилось (уменьшилось) бы. Напряжение на стабилитроне равно сумме напряжения на переходе база-эмиттер транзистора и напряжения на нагрузке.  При увеличении   напряжения на нагрузке напряжение база-эмиттер транзистора уменьшается.  В результате ток коллектора транзистора уменьшается и напряжение на нагрузке уменьшается, стремясь к своему первоначальному значению (никогда его не достигая).

Теперь рассмотрим случай, когда входное напряжение неизменно, а изменяется сопротивление нагрузки. Пусть сопротивление нагрузки уменьшается. Если бы при этом не происходило никаких изменений с транзистором, то напряжение на нагрузке уменьшилось бы. Уменьшение напряжения на нагрузке при неизменном напряжении на стабилитроне приведет к увеличению напряжения база-эмиттер транзистора VT1, в результате чего увеличится ток коллектора и напряжение на нагрузке тоже будет увеличиваться. Своего первоначального значения напряжение на нагрузке, конечно, не достигнет.

На рисунке 4.21 приведена схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения, в котором имеется возможность плавно регулировать величину выходного напряжения. Однако в таком стабилизаторе напряжения выходное напряжения будет изменяться при изменении сопротивления нагрузки. Это обусловлено тем, что при изменении сопротивления нагрузки изменяется сила тока, протекающего через верхнюю часть переменного резистора R2. Существенно уменьшить влияние сопротивления нагрузки на выходное напряжение позволяет стабилизатор, собранный по схеме рисунка 4.22.

 Стабилизатор, собранный по схеме рисунка 4.23, имеет электронный предохранитель, ток срабатывания которого регулируется резистором R2. После устранения короткого замыкания в нагрузке, или перегрузки по току предохранитель возвращают в рабочее состояние с помощью кнопки Sb1. Светодиод HL1 является индикатором срабатывания предохранителя.  Если ток нагрузки превысит номинальный ток срабатывания предохранителя, то начнет увеличиваться напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT2. Транзистор VT1 начнет открываться, закрывая транзистор VT2. Транзисторы VT1, VT2 будут переходить из одного состояния в другое лавинообразно, подгоняя друг друга. При срабатывании электронного предохранителя ток короткого замыкания в нагрузке  очень мал, так как он протекает через резисторы R5, R8, а транзистор VT2 закрыт. Наличие конденсатора С1 позволяет нажимать кнопку Sb1 даже при коротком замыкании в нагрузке. Резистор R1 обеспечивает разрядку конденсатора C1. При отсутствии электронного предохранителя и коротком замыкании в нагрузке очень велика вероятность выхода из строя транзисторов VT3, VT4.

Имеется достаточно широкий ассортимент микросхемных стабилизаторов напряжения. На рисунке 4.24а приведена схема стабилизатора напряжения на микросхеме КР142ЕН12А. Микросхемы КР142ЕН12А и КР142ЕН12Б представляют собой регулируемые стабилизаторы напряжения компенсационного типа с защитой от короткого замыкания. Масса микросхемы не более 2,5г. Вид микросхемы показан на рисунке 4.24б. Внешний делитель напряжения на резисторах R1, R2 позволяет регулировать выходное напряжение от 1,3 до 37В. Максимально допустимое входное напряжение 45В, выходное напряжение 37В, ток нагрузки 1А. Максимальная мощность, рассеиваемая микросхемой без теплоотвода, при температуре окружающей среды от -10°С до +40°С равна 1Вт. Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 10 Вт. Микросхема имеет защиту от перегрузки по выходному току.

На рисунке 4.25 показана схема стабилизатора тока на биполярном транзисторе, а на рисунке 4.26 – на полевом транзисторе. РезисторR3 и стабилитрон VD1 образуют параметрический стабилизатор постоянного напряжения.

Рассмотрим принцип работы стабилизатора тока. К нестабильности тока через нагрузку может приводить как изменение сопротивления нагрузки, так и изменение входного напряжения. Предположим, что сопротивление нагрузки остается неизменным, а увеличивается входное напряжение. Если бы никаких изменений не происходило с транзистором, то ток через Rн увеличился бы. В результате этого увеличится ток, протекающий через резисторы R1, R2, а, следовательно, и напряжение на этих резисторах. Напряжение на стабилитроне равно сумме напряжений на резисторах R1, R2 и на переходе база-эмиттер транзистора (переход база-эмиттер транзистора включен в прямом направлении). Напряжение на стабилитроне при изменении входного напряжения остается практически неизменным, значит, напряжение на переходе база-эмиттер транзистора уменьшится и увеличится сопротивление между выводами эмиттер-коллектор транзистора. Ток, протекающий через коллектор-эмиттер транзистора и резистор нагрузки, будет уменьшаться, стремясь к своему первоначальному значению. Таким образом, будет обеспечиваться стабилизация тока.

Пусть теперь остается неизменным входное напряжение, а увеличивается  сопротивление нагрузки. Если бы никаких изменений в этом случае не происходило с транзистором, то ток нагрузки уменьшился бы. При уменьшении тока нагрузки уменьшится ток, протекающий через резисторы R1, R2 и напряжение на этих резисторах уменьшится. В результате увеличится напряжение между базой и эмиттером транзистора и ток коллектора транзистора увеличится. Ток нагрузки будет стремиться к своему первоначальному значению, никогда его не достигая. Для увеличения стабильности тока в качестве транзистора VT1 используют составной транзистор.

Очень простыми получаются стабилизаторы постоянного тока с использованием полевых транзисторов (рис. 4.26). Ток нагрузки протекает через резистор R1. Ток, протекающий в цепи: плюс источника, сток-затвор полевого транзистора, резистор Rн, минус источника питания, очень мал, так как переход сток – затвор транзистора смещен в обратном направлении. Напряжение на резисторе R1 имеет полярность плюс слева, минус справа. Потенциал затвора равен потенциалу правого вывода резистора R1, следовательно, потенциал затвора относительно истока будет отрицательным. При уменьшении сопротивления нагрузки ток через резистор R1 стремится увеличиться, в результате чего потенциал затвора относительно истока становится более отрицательным и транзистор закрывается в большей степени. При большем закрытии транзистора VT1 ток через нагрузку уменьшается, стремясь к своему первоначальному значению.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45495. Общие принципы построения моделирующих алгоритмов 47.5 KB
  Общие принципы построения моделирующих алгоритмов Проблема при составлении алгоритмов на последовательной машине состоит в том что при моделировании необходимо отслеживать множество параллельных процессов во времени. Основные методы Принцип Принцип особых состояний Принцип последовательной проводки заявок Принцип параллельной работы объектов Принцип Определение состояния системы в фиксированные моменты времени: t t t2 Особенности: самый универсальный и простой метод описывает широкий класс объектов Недостатки: самый...
45496. Иерархия протоколов 304 KB
  Информационная совместимость это правила передачи информации от одного узла к другому. Для того чтобы передать информацию от одного узла другому используют как минимум три уровня: физический; канальный; сетевой; На физическом уровне описаны характеристики передающей среды Основной задачей канального уровня является преобразование физической среды в канал передачи данных а так же выявление ошибок и деление информации на кадры. Кадр единица измерения для передачи информации для сетей. Первые четыре уровня обеспечивают...
45497. Теоретические основы передачи данных 378.5 KB
  Ограничения на пропускную способность передачи данных.5c ∑ n sin2pnft∑ bncos2pnft f частота nbn амплитуды nой гармоники t время передачи сигнала gt определенное ограничение на пропускную способность. При этом скорость передачи информации зависит от способа кодирования и скорости изменения кодирования.
45498. Магистрали 261 KB
  Основное достижение это применение одного канала для передачи сигналов между различными источниками и приемниками. Основано на разделении передачи сигналов от разных источников по различным несущим частотам. Это связано с тем что пропускная способность составляет 25000 Гц и за счет этого в оптических каналах скорость передачи на порядок выше. Это связано с тем что после получения канала с аналоговой петли скорость передачи данных может быть увеличена в несколько раз поэтому для цифровых каналов связи применяется метод мультиплексирования...
45499. Коммутация 466 KB
  Для систем передачи используются три способа коммутации: коммутация сообщений; коммутация каналов; коммутация пакетов. При использовании коммутации каналов снижаются накладные расходы на передачу информации. При коммутации пакетов все сообщения разделяются на определенные пакеты. В отличие от коммутации каналов абонент не может монополизировать линию.
45500. Использование амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) для построения систем передачи с временным разделением канала 311.5 KB
  При амплитудноимпульсной модуляции амплитуда периодической последовательности импульсов изменяется в соответствии с изменеием модулирующего сигнала. АИМ1 амплитуда импульсов пропорциональна амплитуде моделирующего сигнала. При преобразовании: частота дискретизации; скважность определяет количество времени свободное для передачи сигнала. Для простоты моделирующее колебание представляется: Для амплитудномоделирующей последовательности выражение: показывает глубину модуляции после преобразования получим ряд: Из данного...
45501. Использование широкоимпульсной модуляции (ШИМ) для построения систем передачи с временным разделением канала 299 KB
  Использование фазовоимпульсной модуляции ФИМ для построения систем передачи с временным разделением каналов. ФИМ является более помехоустойчивым видом модуляции чем ШИМ и АИМ. При ФИМ используется следующий моделирующий сигнал: В этом случае основным определяющим элементом является величина фазового сдвига которая определяется по следующей формуле: ∆τmx максимальный временной сдвиг между импульсами: ∆τmx=MФИМUmx MФИМ коэффициент глубины модуляции. Модуляция фазы импульсов определяется в соответствии со следующим...
45502. CASE-средства. Общая характеристика и классификация 51 KB
  Общая характеристика и классификация Современные CSEсредства охватывают обширную область поддержки многочисленных технологий проектирования ИС: от простых средств анализа и документирования до полномасштабных средств автоматизации покрывающих весь жизненный цикл ПО. Наиболее трудоемкими этапами разработки ИС являются этапы анализа и проектирования в процессе которых CSEсредства обеспечивают качество принимаемых технических решений и подготовку проектной документации. Графические средства моделирования предметной области позволяют...
45503. Типизация проектных решений АСОИУ. Использование коробочных продуктов и адаптируемых интегрированных систем. Подходы к созданию автоматизированной системы 58 KB
  Подходы к созданию автоматизированной системы В настоящее время существуют различные подходs к построению АСОИП отличающиеся признаками положенными в основу классификации. Полученная таким образом схема классификации подходов к построению АСОИП приведена на рис. В соответствии с этой схемой при выборе подхода к построению АСОИП решается вопрос о возможности использования существующих на рынке тиражируемых систем или необходимости создавать уникальную систему полностью ориентированную только на задачи конкретного предприятия. Подходы к...