Меню

Компенсационный регулируемый стабилизатор напряжения



Содержание курса лекций по дисциплине: “Основы преобразовательной техники”, страница 11

Диапазон применения:

  1. Где не требуется регулирование выходного напряжения.
  2. Где не требуется высокий коэффициент стабилизации.
  3. Общий ток нагрузки до единиц ампер.

Стабилизаторы компенсационного типа

Осуществляют компенсацию дестабилизирующего фактора за счёт обратной связи, воздействующей на регулирующий элемент в направлении уменьшения возмущающего воздействия (рис. 51).

Рис. 51 — Структурная схема стабилизатора компенсационного типа

Принцип действия: изменение напряжения на нагрузке передаётся на специально вводимый в схему регулирующий элемент (РЭ), препятствующий изменению напряжения на нагрузке. Воздействие на РЭ осуществляется управляющей схемой, в которую входят измерительный элемент (ИЭ) и источник эталонного напряжения (ЭЭ). С помощью ИЭ производится сравнение напряжения на нагрузке с эталонным напряжением.

Стабилизаторы компенсационного типа

Стабилизаторы компенсационного типа непрерывного действия

Стабилизаторы компенсационного типа непрерывного действия бывают:

  1. С последовательным соединением регулирующего элемента.
  2. С параллельным соединением регулирующего элемента.

1. Стабилизатор последовательным соединением регулирующего элемента

Рис. 52 — Структурная схема стабилизатора непрерывного действия

с последовательным включением регулирующего элемента

Стабилизация напряжения нагрузки осуществляется путём изменения напряжения на регулирующем элементе. Ток регулирующего элемента равен току нагрузки. Усилитель (У) усиливает разность (U ээ – U н) и подаёт её на регулирующий элемент.

Принципиальная схема стабилизатора напряжения компенсационного типа с последовательным соединением регулирующего элемента приведена на рис. 53.

Рис. 53 — Схема стабилизатора напряжения компенсационного типа

с последовательным соединением регулирующего элемента

Транзистор VT1 служит регулирующим элементом. Источником опорного напряжения служит стабилизатор параметрического типа с R б и стабилитроном VD1. Силовая цепь стабилизатора, включая источник питания, VT1 и R н представляет собой усилительный каскад на транзисторе VT1 с общим коллектором, в котором U вх – напряжение питания, U оу – входное напряжение, U н – выходное напряжение.

Стабилизирующее действие схемы обусловлено наличием в ней глубокой отрицательной обратной связи по приращениям выходного напряжения U н.

В данной схеме U н = U вх – U kVT1.

Изменение U вх на DU вх приводит к изменению DU н = DU вх — DU kVT 1, где

где — определяет уровень стабилизации выходного напряжения (рис. 53).

Следовательно, DU н = DU вх — DU н × s × K VT 1 × K oy. Отсюда получаем:

K ст = l(1 + s × K VT 1 × K oy) – коэффициент стабилизации.

Задачу регулирования уровня стабилизации выходного напряжения решают путём введения во входную цепь усилителя потенциометра R.

Читайте также:  Измерение пульсации напряжения мультиметром

1. К ст > 1000 (высокий коэффициент стабилизации).

3. Малое внутреннее сопротивление.

1. Низкий КПД (не более 0,5 ¸ 0,6).

2. Сложность схемы (следовательно, уменьшение надёжности).

3. Высокая стоимость (по сравнению с параметрическими стабилизаторами).

3. Стабилизатор с параллельным соединением регулирующего элемента

Рис. 54 — Структурная схема стабилизатора непрерывного действия

с параллельным включением регулирующего элемента

Стабилизация напряжения на нагрузке достигается, как и в параметрическом стабилизаторе, изменением напряжения на балластном резисторе R б путём изменения тока регулирующего элемента. Изменение тока нагрузки от нуля до I н max, будет сопровождаться соответствующим изменением тока регулирующего элемента от I н max до нуля. Мощность, теряемая в данной схеме складывается из потерь на резисторе R б и регулирующем элементе, в то время как в схеме на рис. 53 мощность теряется только на регулирующем элементе. Таким образом, энергетические показатели (КПД) параллельных стабилизаторов более низкие, чем у последовательных. Поэтому последовательные стабилизаторы нашли набольшее применение на практике.

Источник

Компенсационные стабилизаторы напряжения

Компенсационный стабилизатор напряжения (КСН) работает по иному принципу, нежели ПСН. Из названия видно, что КСН чего-то там компенсирует. В общем-то принцип действия КСН основан на изменении сопротивления регулирующего элемента в зависимости от управляющего сигнала. А вот и определение из книжки — КСН относятся к стабилизаторам непрерывного действия и представляют собой устройства автоматического регулирования, которые с заданной точностью поддерживают напряжение на нагрузке независимо от изменения входного напряжения и тока нагрузки. КСН бывают последовательного и параллельного типа. Для рывка рассмотрим структурную схему типичного КСН последовательного типа.

Рис. 3 — КСН последовательного типа

РЭ — это регулирующий элемент, в качестве которого чаще всего используется транзистор ( биполярный или полевой), СУ — схема управления — собственно управляет работой РЭ. Иногда вместо СУ изображают усилитель постоянного тока (УПТ). Его задача — усилить сигнал рассогласования и подать его на РЭ. Д — делитель напряжения, ИОН — источник опорного напряжения. В качестве ИОН применяют схему параметрического стабилизатора. Источник опорного напряжения и делитель объединяют в так называемый измерительный элемент (ИЭ). Из-за включения РЭ последовательно с нагрузкой схема так и называется — последовательная.

Итак, источник опорного напряжения (ИОН) задает опорное напряжение, поступающее на вход СУ. С делителя часть выходного напряжения (соизмеримого с напряжением ИОН) также подается на вход схемы управления (СУ). В результате сравнения выходного напряжения (или его части) с опорным СУ управляет РЭ, сопротивление которого меняется в ту или иную сторону. Короче, если, к примеру, напряжение на входе скакнуло, эта фигня, естественно, передается на выход. Сигнал с делителя напряжения подается на схему управления и та, в свою очередь, сравнивая напряжение с ИОН, дает команду РЭ увеличить (уменьшить) сопротивление. В результате на нагрузке напряжение остается постоянным. Кроме того, измерительный элемент выделяет пульсации выпрямленного напряжения, поступающие на РЭ, который достаточно хорошо сглаживает их. При рассмотрении принципиальной схемы все станет ясней.

Читайте также:  Регулятор напряжения для генератора 1119 3701010

Параллельную схему КСН рассмотрим только в структуре. Ее изображение приведено на рисунке 4.

Рис.4 — КСН параллельного типа

Принцип действия такого стабилизатора основан на изменении проводимости РЭ (опять же, в соответствии с управляющим сигналом), вызывающее изменение падения напряжения на балластом резике. Эта схема хорошо работает при небольшом импульсном изменении тока нагрузки. Её основное достоинство — при импульсном изменении тока нагрузки не происходит изменения тока, потребляемого от сети.

Ну а теперь перейдем к самому главному: к схемам. Очень простая и понятная, так сказать, типичная схема приведена на рисунке 5.

Рис.5 — Принципиальная схема КСН.

Итак, разберем все деталюшки. Функции РЭ выполняет транзистор VT1. ИОН образован резиком R1 и стабилитроном VD1 (как видим, это параметрический стабилизатор). Делитель, соответственно, состоит из резиков R2-R4. На транзисторе VT2 собран усилитель постоянного тока (УПТ). ИОН задает для УПТ образцовое напряжение, которое вводится в цепь эмиттера транзистора VT2. На базу транзистора поступает напряжение с делителя. Если изменяется выходное напряжение, а соответственно, и напряжение на базе транзистора VT2, который сравнивая это напряжение с напряжением на эмиттере, задает РЭ такой режим работы, что сопротивление его перехода изменяется, и напряжение на нагрузке остается постоянным. С помощью резика R3 можно регулировать выходное напряжение.

В качестве регулирующего элемента при малом токе нагрузки (не больше 0,1-0,2 А) используются одиночные транзисторы. При больших токах нагрузки ставят составные и так называемые тройные составные транзисторы.

Такая схема обладает защитой от короткого замыкания (КЗ). При КЗ обесточивается стабилитрон VD1 и транзисторы VT1, VT2 закрываются. Правда злоупотреблять этим не следует (т. е. ради интереса замыкать плюс с минусом). Защита от КЗ кратковременная. Но работает!

Читайте также:  Закон ома для замкнутой цепи формула напряжение

На практике один из вариантов такой схемы можно встретить с резиком между коллектором и эмиттером РЭ. Он необходим для нормальной работы стабилизатора при отрицательных температурах. Иногда пишут, что резик, шунтирующий переход коллектор-эмиттер РЭ, служит для запуска стабилизатора. Ну в принципе, наверное, понятно, что для смены полярности необходимо поменять тип транзисторов, направление включения стабилитрона и, соответственно, полярность включения кондеров (на схеме не показаны).

Итак, практическая схема вышеописанного стабилизатора приведена ниже:

Эта схема содрана с блока питания магнитофона приставки «Карат МП-201С» и, как видно, отличие состоит лишь в кондерах и резике R1. Резиком R4 подстраивают выходное напряжение. Подбирая стабилитрон VD1 можно изменять выходное напряжение ( при изменении входного, соответственно). При этом надо менять сопротивление резика R1. Две черточки на его корпусе обозначают мощность, т. е. 2 Вт. При больших токах нагрузки резик R1 греется. Естественно, транзистор VT1 необходимо установить на радиатор, площадью хотя бы 50 см 2 , т. к. и он может «пыхнуть».

Одной из разновидностей схем такого рода является так называемая схема с «холодным» коллектором. Её отличием является то, что регулирующий транзистор включается в цепь общего провода, а не «горячего». А это значит, что изолировать транзистор от радиатора или радиатор от корпуса устройства не надо, чего не скажешь о схемах на рисунках 5 и 6. В этих схемах транзисторы вылетают, как с добрым утром, если забыли изолировать коллектор (для тех, кто в танке, коллектор мощных транзисторов электрически соединен с корпусом транзистора или его частью для лучшего теплового контакта). На рисунке 7 эта схема и показана. Схема слизана с журнала Радио аж за 1984 год (Радио №12/1984).

Рис. 7 — КСН с «холодным» коллектором

Как видно, практически никаких отличий от предыдущей схемы. В качестве регулирующего использован составной транзистор КТ827А. Его можно легко заменить двумя — КТ815 и КТ819. Недостаток схемы — меньший ток нагрузки, нежели у схемы на рисунке 6. Да к тому же для такого стабилизатора необходим отдельный выпрямитель . Другими словами, если нужно несколько стабилизаторов, то для каждого придется забабахать свой выпрямитель. Зато все регулирующие транзисторы можно поставить на один теплоотвод, не изолируя их.

Источник