Транзисторные стабилизаторы напряжения схемы: Пять схем простых стабилизаторов напряжения. Схема стабилизатора напряжения. Простой расчет

alexxlabСхем

Транзисторные стабилизаторы напряжения | Электропитание устройств связи

Подробности
Категория: Электроснабжение
  • электроснабжение
  • связь
  • электрооборудование

Содержание материала

  • Электропитание устройств связи
  • Принцип работы генератора
  • Основные части машины ПТ
  • Реакция якоря
  • Классификация генераторов ПТ
  • Двигатели постоянного тока
  • Однофазный трансформатор
  • Трехфазный трансформатор
  • Автотрансформаторы
  • Дроссели насыщения
  • Трехфазный асинхронный
  • Однофазный асинхронный
  • Синхронные генераторы
  • Гальванические элементы
  • Аккумуляторы
  • Электролит свинцовых АБ
  • Стационарные свинцовые АБ
  • Переносные свинцовые АБ
  • Монтаж свинцовых АБ
  • Режимы работы АБ
  • Правила эксплуатации свинцовых
  • Неисправности свинцовых АБ
  • Щелочные аккумуляторы
  • Аккумуляторные помещения
  • Схемы выпрямления переменного
  • Однофазные схемы выпрямления
  • Угольные регуляторы напряжения
  • Стабилизаторы напряжения
  • Транзисторные стабилизаторы
  • Компенсационные стабилизаторы
  • Преобразователи постоянного I
  • Инверторы
  • Организация электропитания
  • Буферное электропитание
  • Коммутация в электропитающих
  • Электропитание узлов связи
  • Выпрямительные устройства ВУ
  • Коммутация противоэлементов
  • Выпрямительные ВУК, ВУЛ и ВУТ
  • Полупроводниковые преобразов.
  • Комплекты типа КВСП
  • Питание телефонных станций
  • Малые телефонные станции
  • Источники переменного тока
  • Питание телеграфных станций
  • Электропитание дальней связи
  • Дистанционное дальней связи
  • Защита и расчет цепей ДП
  • Выпрямительные помещения

Страница 29 из 49

Функциональная схема транзисторного стабилизатора (рис. 93) состоит из управляющего элемента УЭ, усилителя постоянного тока УПТ и исполнительного элемента ИЭ. Управляющий элемент УЭ включается параллельно нагрузке и имеет схему сравнения. Здесь сравниваются напряжениеа — коэффициент деления выходного напряжения) с опорным (эталонным) напряжением Uэт. Напряжение на выходе управляющего элемента равно разности этих напряжений, т. е.

Усилитель постоянного тока УПТ предназначен для повышения чувствительности стабилизатора. Он усиливает разностное напряжение, которое воздействует на Исполнительный элемент схемы ИЭ. В результате изменяется сопротивление исполнительного элемента, включенное последовательно с сопротивлением нагрузки Rн. Сопротивление исполнительного элемента автоматически увеличивается с возрастанием входного напряжения или сопротивления и уменьшается при снижении входного напряжения или уменьшении сопротивления нагрузки Rн. Благодаря этому поддерживается Практически постоянным выходное напряжение стабилизатора как при колебании входного напряжения, так и при изменении тока нагрузки.
В простейшем транзисторном стабилизаторе напряжения (рис. 94, а) в качестве управляющего элемента используется мост, состоящий из резисторов R1, R2, R3 и кремниевого стабилитрона Д. К диагонали моста аб приложено выходное напряжение стабилизатора UВЫХ, а к диагонали вг присоединен участок эмиттер — база транзистора Т2. Транзистор Т2 выполняет роль усилителя постоянного тока, а транзистор Т1 — исполнительного элемента стабилизатора. Сопротивление участка эмиттер — коллектор исполнительного транзистора Т1 включено последовательно в цепь нагрузки RH.  

Рис. 93. Функциональная схема транзисторного стабилизатора напряжения
Резистор R4 включен в цепь коллектора транзистора Т2. Поэтому с изменением тока коллектора транзистора Т2 будут изменяться падение напряжения на резисторе R4 и потенциал базы транзистора Т1 относительно его коллектора и эмиттера.
Напряжение между точками в и г моста управляющего элемента

Рассмотрим процесс стабилизации при уменьшении входного напряжения UВХ. Выходное напряжение UВЫХ стабилизатора при этом сначала снизится. В результате уменьшатся падение напряжения и напряжение U2 на участке эмиттер — база транзистора Т2.
Уменьшение напряжения Uвг снизит ток в цепи коллектора транзистора Т2, в результате чего уменьшаются падение напряжения на резисторе R4 и потенциал базы исполнительного транзистора Т1 относительно коллектора. Разность потенциалов между эмиттером и базой транзистора Т1 увеличивается. В результате уменьшится сопротивление участка эмиттер—коллектор этого транзистора, а напряжение на нагрузке Rн восстановится примерно до номинального значения.

С увеличением входного напряжения UΒΧ напряжение Uвых, ток коллектора транзистора Т2 и падение напряжения на резисторе R4 увеличатся, а напряжение между эмиттером и базой транзистора Т1 уменьшится. В результате сопротивление участка эмиттер—коллектор транзистора Т1 увеличится, а напряжение на нагрузке уменьшится, приближаясь к своему номинальному значению. 

Рис. 94. Схема транзисторных стабилизаторов напряжения
Аналогичным образом стабилизируется выходное напряжение с изменением сопротивления нагрузки Uн.
Транзисторные стабилизаторы напряжения, выполненные по рассматриваемой схеме, имеют невысокую точность стабилизации напряжения и малую выходную мощность.
Усовершенствованная схема транзисторного стабилизатора напряжения (рис. 94, б) от рассмотренной выше схемы отличается следующим. Для повышения стабильности эталонного напряжения UЭТ последовательно с кремниевым стабилитроном Д1 включен германиевый диод ГД. При этом положительный температурный коэффициент напряжения кремниевого стабилитрона компенсируется отрицательным температурным коэффициентом германиевого диода.

Усилитель постоянного тока имеет два каскада (транзисторы Т4 и Т3). Благодаря этому увеличивается коэффициент усиления усилителя, повышается чувствительность стабилизатора напряжения. Усилитель постоянного тока получает повышенное стабилизированное напряжение от дополнительного источника напряжения Uдоб. Стабилизированное напряжение возникает на кремниевом стабилитроне Д2, в цепь которого включено ограничительное сопротивление RO. Такое питание улучшает работу усилителя постоянного тока и качество стабилизации напряжения.
Для повышения мощности исполнительный элемент схемы составлен из двух параллельно включенных транзисторов Т1 и Т2. Резисторы R5 и R6 включены в цепи эмиттеров для равномерного распределения токов между этими транзисторами. Базы транзисторов Т1 и Т2 соединяются с эмиттером транзистора Т3.

  • Назад
  • Вперёд
  • Назад
  • Вперёд

Близкие публикации:

  • Электропитающие устройства и линии автоматики, телемеханики и связи
  • Тяговые подстанции городского транспорта
  • Работы с применением грузоподъемных машин и механизмов
  • Монтаж и наладка выключателей
  • Монтаж конденсаторов

© 2009-2023 — lokomo. ru, железные дороги.

2.04. Использование эмиттерны повторителей в качестве стабилизаторов напряжения

ГЛАВА 2. ТРАНЗИСТОРЫ

НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ СХЕМЫ


Подразделы: 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09

Простейшим стабилизатором напряжения служит обычный зенеровский диод-стабилитрон (рис. 2.11). Через него должен протекать некоторый ток, поэтому нужно обеспечить выполнение следующего условия:

(Uвх — Uвых)/R > Iвых(макс).

Рис. 2.11. Простой стабилизатор напряжения на основе зенеровского диода.

Так как напряжение Uвх не стабилизировано, то в формулу нужно поставить наименьшее возможное значение Uвх. Это пример того, как следует проектировать схему для жестких условий работы. На практике учитывают также допуски на параметры компонентов, предельные значения напряжения в сети и т. п., стремясь предусмотреть наихудшее возможное сочетание всех значений.

На стабилитроне рассеивается мощность:

Pстаб = [(Uвх — Uвых)/R — Iвых] Uвых.

Для того чтобы предусмотреть работу в жестких условиях, при расчете Pстаб также следует использовать значения Uвх(макс), R(мин.) и Iвых(мин.).


Упражнение 2.3. Разработайте стабилизированный источник напряжения +10 В для токов нагрузки величиной от 0 до 100 мА; входное напряжение изменяется в пределах от 20 до 25 В. В любых условиях (в том числе и в самых жестких) через стабилитрон должен протекать ток 10 мА. На какую предельную мощность должен быть рассчитан стабилитрон?

Стабилизированный источник с зенеровским диодом, как правило, используют в некритичных схемах или в схемах, где потребляемый ток невелик. Ограничения такой схемы проявляются в следующем:

1. Напряжение Uвых нельзя отрегулировать или установить на заданное значение.

2. Стабилитроны имеют конечное динамическое сопротивление, а в связи с этим они не всегда достаточно сильно сглаживают пульсации входного напряжения и влияние изменения нагрузки.

3. При широком диапазоне изменения токов нагрузки приходится выбирать стабилитрон с большой мощностью рассеяния, так как при малом токе нагрузки он должен рассеять на себе значительную мощность, равную максимальной мощности в нагрузке.

Рис. 2.12. Стабилитрон в сочетании с повторителем обеспечивает увеличение выходного тока.

На рис. 2.12 представлена улучшенная схема, в которой зенеровский диод отделен от нагрузки эмиттерным повторителем. В такой схеме дела обстоят лучше. Ток стабилитрона теперь относительно независим от тока нагрузки, так как по цепи базы транзистора протекает небольшой ток и мощность, рассеиваемая на стабилитроне, значительно меньше (уменьшение в h21э раз). Резистор Rк можно добавить в схему для того, чтобы он предохранил транзистор от выхода из строя при кратковременном коротком замыкании выхода за счет ограничения тока, и, хотя эмиттерный повторитель нормально работает и без этого резистора, его присутствие в схеме вполне обоснованно. Резистор Rк следует выбирать так, чтобы при максимальном токе нагрузки падение напряжения на нем было меньше, чем на резисторе R.

Упражнение 2.4. Разработайте источник напряжения +10 В, который имел бы такие же параметры, как источник в упражнении 2.3. Используйте в схеме стабилитрон и эмиттерный повторитель. Рассчитайте, какую мощность рассеивают транзистор и стабилитрон в наихудшем случае. Каково процентное изменение тока стабилитрона при переходе от ненагруженного состояния к нагруженному? Сравните эти результаты с результатами предыдущего упражнения.

В ряде вариантов рассмотренной схемы предусматривают меры для снижения пульсаций тока в стабилитроне (протекающего через резистор R). В частности, может быть использован источник тока для питания стабилитрона. Этот случай мы рассмотрим в разд. 2.06. Другой метод основан на использовании в цепи питания стабилитрона фильтра низких частот (рис. 2.13). Резистор R выбирают так, чтобы обеспечить необходимый ток в стабилитроне. Конденсатор С должен иметь емкость, достаточно большую для того, чтобы выполнялось условие RC » 1/ƒ. (В одном из вариантов этой схемы верхний резистор заменен диодом).

Рис. 2.13. Снижение пульсаций в стабилитроне.

В дальнейшем вы познакомитесь с более совершенными стабилизаторами, в которых выходное напряжение можно легко и плавно настраивать благодаря обратной связи. Вместе с тем они представляют собой гораздо лучшие источники напряжения, выходные импедансы которых измеряются в миллиомах, температурные коэффициенты — в миллионных долях на °С и т.д.

Подразделы: 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09

Модель Эберса-Молла для основных транзисторных схем


Регулятор напряжения и шунтирующий регулятор напряжения серии

Содержание

1

Описание:

Регулятор напряжения и шунтирующий регулятор напряжения —  В этой статье мы подробно обсудим последовательные и шунтовые регуляторы напряжения.

Регулирование напряжения

Примерный источник питания всегда имеет постоянное напряжение на выходных клеммах, независимо от значений принимаемого тока (или в пределах его номинального тока, независимо от величины нагрузки, к которой он подключен). Однако выходные напряжения в практическом источнике питания изменяются в зависимости от величины тока его нагрузки (обычно с увеличением тока нагрузки напряжения источника питания уменьшаются или падают). Спецификации источника питания также содержат номинальные токи полной нагрузки (I FL ), который является максимальным током, получаемым через источник питания. Когда достигается полный ток нагрузки, в этот момент напряжения на клеммах источника питания называются напряжениями полной нагрузки (V

FL ). Напряжения холостого хода (V NL ) представляют собой напряжения на клеммах разомкнутой цепи, т. е. когда от источника питания не поступает ток (нулевой ток), напряжения на клеммах источника питания в это время называются напряжениями без нагрузки. На рисунке 1 показаны режимы питания без нагрузки и при полной нагрузке.

Измерение эффективности источника питания, с помощью которого можно определить, насколько лучше источник питания, позволяет источнику питания поддерживать постоянное напряжение между состояниями холостого хода и полной нагрузки. Его процентное напряжение называется регулированием. (Процентное значение регулирования напряжения правильного источника питания равно нулю) т.е. максимально возможную степень. Ее также называют системой управления с обратной связью, поскольку она обеспечивает обратную связь посредством проверки выходных напряжений. Он компенсирует любую тенденцию выходного напряжения и автоматически увеличивает или уменьшает напряжение питания в соответствии с требованиями. Таким образом, задача регулятора состоит в устранении любых изменений выходного напряжения (которые могут возникнуть в результате изменения нагрузки, изменения входного напряжения или изменения температуры). Существует два типа регуляторов напряжения.

  1. Регулятор напряжения серии
  2. Шунтирующий регулятор напряжения

Последовательный регулятор напряжения

Регулятор, управляющий элемент (обычно транзистор), который монтируется в ряд входного и выходного напряжения, называется последовательным регулятором напряжения.

На рис. 2 показана функциональная блок-схема регулятора последовательного типа. Функциональная схема работает как полезная модель, чтобы можно было легко понять принципы модели последовательного регулятора. Выход определяет изменения в простой цепи, выходное напряжение, детектор ошибок сравнивает простое напряжение с эталонным напряжением и, таким образом, подает сигналы на управляющий элемент для поддержания постоянного выходного напряжения. Наряду с фильтрующим конденсатором нерегулируемый вход постоянного тока, подаваемый через выпрямитель (показан как V в на схеме), передается на управляющий элемент, установленный в регуляторе, на выходе которого вырабатываются регулируемые выходные напряжения ( В 0 ). Элемент управления представляет собой устройство, с помощью которого получают постоянное выходное напряжение, регулируя его рабочее состояние в соответствии с потребностями. Поскольку управляющий элемент устанавливается последовательно между (V в ) и (V 0 ), поэтому такой тип регулятора также называют регулятором напряжения последовательного типа. Схема дискретизации создает обратную связь, пропорциональную выходному напряжению (V 0 ). Эти обратные связи принимаются схемой компаратора в виде сигнала, который путем взаимного сравнения опорного сигнала и сигнала обратной связи выдает свой выход на управляющий элемент в виде управляющего сигнала. Этот управляющий сигнал регулирует рабочее состояние управляющего элемента.

Например, если V 0 уменьшается из-за увеличения нагрузки, компаратор выдает такой выход (или выдает такой управляющий сигнал), за счет которого увеличивается управляющий элемент (V 0 ). Другими словами, Vo автоматически увеличивается до тех пор, пока схема компаратора, обнаруживая новые изменения между сигналом обратной связи и опорным напряжением, не начнет подавать новый управляющий сигнал на управляющий элемент. Точно так же схема компаратора пропускает такой управляющий сигнал на управляющий элемент в результате увеличения V 0 (за счет снижения нагрузки), в результате чего V 0 уменьшается. Для дальнейшего пояснения блок-схема последовательного регулятора напряжения показана на рисунке 3 9.0003

 

Рисунок 2

 

Рисунок 3

Последовательный транзисторный регулятор напряжения

На рисунке 4 показан простой последовательный регулятор напряжения, состоящий из транзистора. Здесь в качестве управляющего элемента выступает резистор NPN, который часто называют проходным транзистором, так как благодаря проводимости он пропускает через регулятор весь ток нагрузки. Обычно это силовой транзистор, установленный на радиаторе. Стабилитрон обеспечивает опорное напряжение. Поскольку все выходное напряжение (V0) используется для обратной связи в таких типах схем, следовательно, он не содержит какой-либо схемы дискретизации.

Рисунок4

Как видно из схемы, стабилитрон обратного смещения, и обратный ток на него подается через сопротивление R. Хотя, (Vin) нерегулируемый, его значения в разумных пределах удерживаются максимальными, а значение R поддерживается на достаточно низком уровне, чтобы Зенер мог оставаться в области обратного пробоя. Таким образом, Vz остается постоянным, несмотря на изменение входного напряжения, (V z ) остается неизменным. Если к выходному контуру применить закон Кирхгофа, мы получим следующее уравнение

V BE = V z – V 0

Согласно уравнению, если (V z ) постоянна, то изменение (V BF ) происходит за счет любого изменения (V 0 ). Например, если V 0 уменьшается, (V BE ) обязательно должно увеличиваться (поскольку V z постоянны). Точно так же, если V 0 увеличивается, (V BE ) должно уменьшаться.

При уменьшении V 0 (V BE ) имеет тенденцию к увеличению, за счет чего увеличивается и проводимость NPN-транзистора. Таким образом, увеличивается ток нагрузки, за счет чего происходит увеличение V0 (из-за того, что V 0 = IL RL). Наоборот, при увеличении V 0 (V BE ) уменьшается, за счет чего снижается и проводимость транзистора (т.е. через него проходит малый ток), следовательно, ток нагрузки уменьшается, и, как следствие, (V 0 ) также уменьшается.

Шунтовой регулятор напряжения

Регулятор, управляющий элемент которого расположен параллельно нагрузке, называется шунтирующим регулятором (рис. 5). Для дальнейшего пояснения была показана функциональная блок-схема регулятора шунтового типа на рисунке 6. Компоненты на блок-схеме выполняют те же функции, что и компоненты последовательного регулятора. Однако следует помнить, что управляющий элемент в шунтирующем регуляторе напряжения расположен параллельно нагрузке, поэтому он называется шунтирующим регулятором. Управляющий элемент в случае изменения тока нагрузки (IL) поддерживает постоянное напряжение нагрузки на нагрузке, пропуская из себя низкий или высокий шунтирующий ток (I SB).

рис.5

Если элемент управления считать переменным сопротивлением согласно схеме, процесс элемента управления становится легко понять. Например, при уменьшении напряжения нагрузки сопротивление управляющего элемента автоматически увеличивается, поэтому в сторону управляющего элемента течет небольшой ток, и напряжения на нагрузке возрастают. И наоборот, если напряжение нагрузки увеличивается, сопротивление элемента управления становится низким, поэтому напряжение нагрузки уменьшается из-за прохождения большего тока через элемент управления.

Другими словами, сопротивление источника (R s ) на входной или нерегулируемой стороне диаграммы; принимает форму делителя напряжения, за счет параллельного монтажа элемента управления и (R L ) (т.е. работает как делитель напряжения). Таким образом, когда сопротивление управляющего элемента увеличивается, сопротивление параллельной комбинации увеличивается, а напряжение нагрузки также увеличивается вследствие действия делителя напряжения.

Дискретный шунтирующий регулятор напряжения

На рис. 6 показан отдельный или дискретный (состоящий из изолированных или отдельных частей) шунтирующий регулятор напряжения, в котором транзистор Q 1 выполняет функцию шунтирующего управляющего элемента. Поскольку напряжения Зенера (V z ) постоянны, поэтому любые изменения выходного напряжения вызывают пропорциональное изменение напряжения, параллельное (RL). Таким образом, если (V 0 ) уменьшается, напряжение, параллельное (R L ), также уменьшается. Поскольку напряжения, параллельные (R L ), также являются базовыми напряжениями Q 2 , следовательно, базовые напряжения Q 2 также снижаются. Таким образом, уменьшается проводимость Q 2 , за счет чего уменьшается и базовый ток Q 1 . Таким образом, проводимость Q 1 также уменьшается из-за низкого тока базы и, таким образом, шунтирует малый ток через нагрузку (через нее проходит малый ток), в результате напряжение на нагрузке увеличивается. Наоборот, проводимость Q 1 и Q 2 увеличивается из-за увеличения V0, таким образом, очень низкий ток проходит в сторону нагрузки (другими словами, более высокий ток проходит через Q 1 в результате увеличения его проводимости), вследствие чего (V 0 ) автоматически уменьшаются.

Figure6

Для проектов, связанных с электроникой и программированием, посетите мой канал на YouTube.

Ссылка на мой канал YouTube

Предыдущая статья: Стабилитроны и Следующая статья: Конструкция и работа фотодиода

Pass Transistor увеличивает выходной ток регулятора