Рис. 2. Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке RL. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов. Для снижения нестабильности выходного напряжения, вызванной изменениями входного напряжения, вместо резистора RV применяется источник тока. Однако эта мера не уменьшает нестабильность выходного напряжения, вызванную изменением сопротивления нагрузки. Как правило, регулирующим элементом ИМС стабилизаторов напряжения является биполярный либо полевой транзистор. Если этот транзистор все время работает в активном режиме, то схему называют линейным (непрерывным) стабилизатором напряжения (JICH), а если регулирующий транзистор работает в ключевом режиме — импульсным (ИСН). Рис. 3. Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе Uout = Uz — Ube. По сути, это рассмотренный выше параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключённый ко входуэмиттерного повторителя. В нём нет цепей обратной связи, обеспечивающих компенсацию изменений выходного напряжения. Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона на величину Ube, которая практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n переход, и для приборов на основе кремнияприблизительно составляет 0,6В. Зависимость Ube от величины тока и температуры ухудшает стабильность выходного напряжения, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне. Эмиттерный повторитель (усилитель тока) позволяет увеличить максимальный выходной ток стабилизатора, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне, в β раз (где β — коэффициент усиления по току данного экземпляра транзистора). Если этого недостаточно, применяется составной транзистор. При отсутствии сопротивления нагрузки (или при токах нагрузки микроамперного диапазона), выходное напряжение такого стабилизатора (напряжение холостого хода) возрастает на 0,6В за счёт того, что Ube в области микротоков становится близким к нулю. Для преодоления этой особенности, к выходу стабилизатора подключают балластный нагрузочный резистор, обеспечивающий ток нагрузки в несколько мА. Рис. 4. Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя Часть выходного напряжения Uout, снимаемая с потенциометра R2, сравнивается с опорным напряжением Uz на стабилитроне D1. Разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя[1]. Для устойчивой работы схемы петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180°+n*360°. Так как часть выходного напряжения Uout подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180°, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180°, условие устойчивости по фазе соблюдается. Опорное напряжение Uz практически не зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон, и равно напряжению стабилизации стабилитрона. Для повышения его стабильности при изменениях Uin, вместо резистора RV применяется источник тока. В данном стабилизаторе, операционный усилитель фактически включён по схеме неинвертирующего усилителя (с эмиттерным повторителем, для увеличения выходного тока). Соотношение резисторов в цепи обратной связи задают его коэффициент усиления, который определяет, во сколько раз выходное напряжение будет выше входного (то есть опорного, поданного на неинвертирующий вход ОУ). Поскольку коэффициент усиления неинвертирующего усилителя всегда больше единицы, величина опорного напряжения Uz (напряжение стабилизации стабилитрона) должна быть выбрана меньше, чем Uout. Нестабильность выходного напряжения такого стабилизатора практически полностью определяется нестабильностью опорного напряжения, за счёт большого коэффициента петлевого усиления современных ОУ (Gopenloop = 105 ÷ 106). Для исключения влияния нестабильности входного напряжения на режим работы самого ОУ, он может запитываться стабилизированным напряжением (от дополнительных параметрических стабилизаторов на стабилитроне). studfiles.net Самый кардинальный способ улучшить характеристики источника питания, это использовать стабилизатор напряжения. Стабилизатор напряжения представляет peaлизованное на практике приближение к идеальной схеме источника напряжения Тевенина, то есть стабилизатор характеризуется фиксированным значением выходного напряжения, а также значением выходного сопротивления, которое в идеале должно как можно ближе приближаться к нулевому значению. Идеальный источник Тевенина имеет способность отдавать в нагрузку ток бесконечно большой величины, тогда как источник питания, нагрузкой которого является стабилизатор, имеет в реальности ограничения по величине своего тока. Следовательно, всегда необходимо помнить, что реальный стабилизатор может только имитировать характеристики идеального источника Тевенина в ограниченном рабочем диапазоне, поэтому всегда необходимо быть уверенным, что работа стабилизатора не выходит за эти пределы границ этого диапазона. Принцип работы всех стабилизаторов напряжения базируется на свойствах схемы делителя напряжения. Если какое-нибудь из плеч делителя, неважно, будет ли это верхнее, либо нижнее плечо, сделано регулируемым тем или иным образом, то выходное напряжение может изменяться путем воздействия на регулируемое плечо (рис. 6.26). Рис. 6.26 Взаимосвязь между делителем напряжения и стабилизаторами напряжения Если верхний элемент делителя напряжения изготовлен таким образом, что можно изменять его характеристики, то такой стабилизатор получил название последовательного стабилизатора (схемы последовательной стабилизации), так как регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой. Если же регулируются параметры нижнего плеча делителя напряжения, то такой стабилизатор известен под названием параллельного стабилизатора (схемой параллельной стабилизации), так как регулирующий элемент оказывается включенным параллельно нагрузке. Схемы параллельной стабилизации менее эффективны по сравнению со схемами последовательной стабилизации и их параметры должны быть более точно согласованы с нагрузкой, однако они обладают тем преимуществом, что они могут выполнять роль как источника тока, так и роль его потребителя. Классическая принципиальная схема последовательного стабилизатора напряжения приведена на рис. 6.27. Рис. 6.27 Схема последовательного стабилизатора напряжения В приведенной схеме использованы полупроводниковые элементы, однако, возможен и ламповый вариант реализации этой схемы, обладающей аналогичными свойствами. Усилитель рассогласования (погрешностей) усиливает разностный сигнал между опорным напряжением и частью выходного напряжения и управляет работой последовательно включенного проходного транзистора таким образом, что выходное напряжение не изменяет своего значения. Работы схемы зависит от действия цепи отрицательной обратной связи. В заключительных разделах уже рассматривалась ситуация, что в условиях, когда действует обратная связь, входное и выходное сопротивления изменяются в соответствии с величиной коэффициента связи (1 + βA0). Работа стабилизатора напряжения строится на уменьшении выходного напряжения системы на величину, равную коэффициенту обратной связи. Первоначально следует предположить, что схема стабилизатора включена и на его выходе есть напряжение, для простоты анализа его можно принять равным 10 В. В результате воздействия делителя напряжения, на инвертирующем входе операционного усилителя должно быть напряжение, равное 5 В. Источник опорного напряжения поддерживает на неинвертирующем входе неизменное (за счет свойств стабилитрона) напряжение 5 В. Последовательно включенный проходной транзистор представляет собой эмитерный повторитель, отпираемый током от усилителя рассогласования. Напряжение на его эмиттере транзистора составляет 10 В, следовательно, на базе отпертого кремниевого транзистора напряжение составит 10,7 В. Далее следует предположить, что по какой-нибудь причине выходное напряжение снизилось. Напряжение в средней точке делителя напряжения также уменьшается, однако, величина опорного напряжения остается без изменения и по-прежнему равняется 5 В. Напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя рассогласования будет больше по сравнению с величиной напряжения на инвертирующем входе, поэтому его выходное напряжение должно увеличиться. Однако, если напряжение на базе транзистора увеличивается, падение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора уменьшится (в силу уменьшения сопротивления этого участка с ростом отпирающего базового напряжения), а следовательно, его эмитерное напряжение также должно возрасти. В результате, такая схема стабилизации препятствует уменьшению выходного напряжения. Так как совершенно аналогичные аргументы могут быть использованы для описания работы схемы при увеличении выходного напряжения, то можно заключить, что работы схемы будет устойчивой, а величина выходного напряжения определяется параметрами схемы делителя напряжения и источника опорного напряжения (стабилитрона). Если перерисовать схему стабилизатора в несколько ином виде, то легко можно видеть, что она представляет собой обычный усилитель, коэффициент усиления которого задается делителем напряжения, и что данный усилитель усиливает опорное напряжение (рис. 6.28). Рис. 6.28 Видоизмененная схема последовательного стабилизатора, призванная продемонстрировать его сходство с неинвертирующим усилителем После рассмотрения преобразованной схемы величину выходного напряжения можно представить в виде: Так как усилитель рассогласования в этой схеме просто усиливает опорное напряжение, то любая составляющая сигнала шума в опорном напряжении также будет усиливаться, поэтому необходимым становится условие питания от настолько малошумящего источника, насколько это возможным. Хотя приводимый аргумент и может быть уподоблен лисе, преследующей свой собственный хвост, но если допустить, что напряжение питания на источник опорного напряжения подается с выхода этого же источника питания (который не имеет шумов), то и опорное напряжение не будет иметь шумов. Однако в этом случае следует, что выходное напряжение данного источника питания также не должно иметь шумов. На первый взгляд могло бы показаться, что если опорное напряжение является частью выходного напряжения, то режим работы такой системы окажется, вероятнее всего, неустойчивым, однако на практике это все не так. Прежде всего, следует отметить, что во всех схемах стабилизаторов их входное напряжение превышает выходное. Минимально допустимая разность между этими напряжениями, после ухода за которую стабилизатор перестает устойчиво работать, известна под названием «напряжением выпадания» (так как стабилизатор как бы выпадает из режима стабилизации). Для приведенной конкретной схемы эта величина составляет всего несколько вольт (минимальное остаточное падение напряжения между коллектором и эмиттером управляющего транзистора), однако, напряжения выпадания для ламповой реализации стабилизатора может составлять порядка 40 В, либо принимать в некоторых случаях и еще большее значение. next-sound.ru В предлагаемой статье описываются принципы работы параллельного стабилизатора, и рассматривается возможность его применения для стабилизации питания мощных высококачественных усилителей НЧ. Приведена также схема полного источника питания с параллельным стабилизатором. Среди радиолюбителей, а также в промышленных аудиоустройствах высокого качества широко используются параллельные стабилизаторы. В этих устройствах стабилизирующий элемент подключается параллельно нагрузке, что хорошо отражается на таком параметре стабилизатора, как его быстродействие. Фактически быстродействие стабилизатора определяется быстродействием стабилизирующего элемента. Также к достоинствам параллельных стабилизаторов стоит отнести тот факт, что независимо от тока, потребляемого от стабилизатора, ток, потребляемый им самим от источника питания, остается неизменным. Этот факт положительно отражается на уровне излучаемых БП в целом помех (за счет того, что девиации тока потребления не протекают через трансформатор и выпрямительный мост), хотя и служит причиной их низкого КПД. Рассмотрим вышеизложенное на примере простейшего параллельного стабилизатора – параметрическом стабилизаторе на стабилитроне (рис.1.) Рис.1. Параметрический стабилизатор Резистор R0 задает суммарный ток, который будет течь через стабилитрон и подключенную, параллельно ему нагрузку. Легко видеть, что при изменении тока нагрузки, ток через резистор R0 останется постоянным, изменится лишь ток, текущий через стабилитрон D1. Так будет происходить, пока будет выполняться условие (1): IН<IR0-Iст.мин. (1) где IН – ток нагрузки, IR0 – ток через R0, Iст.мин. – минимальный ток стабилизации стабилитрона D1 Быстродействие данного стабилизатора будет определяться в основном скоростью изменением величины барьерной емкости стабилитрона [1], а также временем заряда-разряда конденсатора С1. Однако у подобных стабилизаторов есть и недостатки – в частности для получения более-менее приличного коэффициента стабилизации (>100), через стабилитрон должен течь ток, соизмеримый с током нагрузки. Это обстоятельство, с учетом того, что подавляющее количество стабилитронов рассчитано на ток до 100 мА, затрудняет использование параметрических стабилизаторов в мощных устройствах. Чтобы обойти это препятствие, параллельно стабилизатору ставят мощный активный элемент, например MOSFET транзистор, как показано на рисунке 2. Рис.2. Мощный параллельный стабилизатор. В этой схеме стабилитрон лишь задает стабильное напряжение на затворе транзистора Q1, через цепь сток-исток которого и течет основной ток. Стабилитрон VD3 предохраняет Q1 от пробоя ввиду высоковольтности данной реализации. Подробнее о работе этой схемы можно прочитать в [2]. Схема, приведенная на рисунке один способна работать с большими токами (ограничивается предельными характеристиками примененного мосфета), но выделяет большую мощность и имеет низкий КПД(менее 30% – если падение на резисторе R1 сравнительно велико, ток через мосфет сравним с током через нагрузку, величины входного и выходного напряжений не превышают 100 В), что в мощных приложениях является серьезным недостатком. Но ток текущий через мосфет, можно заметно снизить без ущерба для коэффициента стабилизации, если устранить источник нестабильности в данной схеме. Остановимся на нем подробнее. При изменении напряжения на входе стабилизатора изменяется ток, текущий через резистор R1, это изменение можно снизить увеличением номинала этого резистора, но это, в свою очередь потребует увеличение падения напряжения на этом резисторе, а следовательно снизит КПД. Оптимальным решением, на мой взгляд является замена этого резистора на источник тока, на котором падение напряжение можно будет установить равное сумме девиации входного напряжения+2-3 вольта для нормально работы активного элемента источника тока. С учетом этих дополнений была разработана схема источника питания с параллельным стабилизатором, представленная на рисунке 3. Рис.3. Принципиальная схема БП с параллельным стабилизатором Функцию токозадающего резистора здесь выполняет источник тока на транзисторе Q1. Для снижения нестабильности выдаваемого им тока, он запитан от другого источника тока меньшей мощности, который в свою очередь запитан через RCR фильтр для снижения пульсаций. Резистором R7 можно грубо регулировать рабочий ток стабилизатора, резистором R4 плавно. Резистором R8 можно подстроить выходное напряжение стабилизатора в небольших пределах. R6 представляет собой нагрузку БП, потребляющую около 600 мА.(без нагрузки БП не подключать!). Транзисторы Q1 и M1 можно установить на общем радиаторе площадью не менее 500 кв.см. Основные технические характеристики стабилизатора (с входным и выходным RC-фильтрами): Легко видеть, что представленная схема обладает достаточно высокими параметрами в части КПД и Кст, сравнимыми с характеристиками компенсационных последовательных стабилизаторов, при этом практически полностью сохраняя достоинства параллельных стабилизаторов. При этом схема достаточно проста, не требует дефицитных деталей, и может быть сконструирована даже начинающими радиолюбителями. При входном напряжении до 50В в схеме можно применить – Q1-BD244C, Q2-BC546А, M1-IRF630. В качестве стабилитрона D7 можно применить любой на напряжение 8,2 В, диоды D1-D4 например SF54, диоды D5,D6,D8,D9 – например 1N4148. Автор: Баушев Олег ака Olegyurich Литература: Обсуждение схемы на форуме shemopedia.ru Category: 4. Стабилизаторы напряжения. Tags: электроснабжение Схемы стабилизации напряжения служат для создания на нагрузке постоянного напряжения, не зависящего от колебаний напряжения сети или изменения сопротивления нагрузки. Мерой степени стабилизации служит коэффициент стабилизации: ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ. В общем виде представляет собой регулируемое сопротивление R включенное последовательно с нагрузкой. При уменьшении нагрузки уменьшается и сопротивление R для поддержания постоянного напряжения на нагрузке. Если же выходное напряжение стабилизатора возрастает, увеличивается и R. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ. Параллельные стабилизаторы менее эффективны, чем последовательные, потому что рассеиваемая в них мощность в значительной степени расходуется напрасно. Однако у параллельных стабилизаторов есть и преимущества. Если в нагрузке произойдет короткое замыкание, стабилизатор оказывается защищенным от тока короткого замыкания, так как подключен параллельно нагрузке. рис.1 Простейшим параллельным стабилизатором является стабилитрон, подключенный параллельно нагрузке как показано на Рис. 1. Резистор включенный последовательно, ограничивает ток через стабилитрон, предохраняя его от повреждений. рис.2 На Рис. 2 приведена схема параллельного стабилизатора, в котором для обнаружения и усиления сигнала рассогласования использован операционный усилитель.Резисторы R3, R4, R5 образуют делитель. При возрастании напряжения на не инвертирующем входе операционного усилителя он начинает открывать транзистор T1, который, открываясь, шунтирует нагрузку и понижает выходное напряжение, пропуская больше тока на землю. На инвертирующем входе операционного усилителя поддерживается опорное напряжение с помощью стабилитрона D1.Если сопротивление нагрузки понижается, с понижением напряжения на ней понижается напряжение на делителе и транзистор начинает закрываться, тем самым уменьшая общую нагрузку так, чтобы выходное напряжение оставалось постоянным.Резистор R1 служит для ограничения тока через транзистор T1 при отключении нагрузки. elctricvs.ruСам себе электрик. Параллельный стабилизатор напряжения схема
Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне
Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе
Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя
Классическая схема последовательного стабилизатора
Простой мощный параллельный стабилизатор на транзисторах « схемопедия
Последовательные и параллельные стабилизаторы. | Сам себе электрик
Последовательные и параллельные стабилизаторы.
Post written by admin at
26.12.2014 23:47
Идеальным является нулевой коэффициент стабилизации, но в реальности он не достижим. Это означало бы, что выходное напряжение постоянно при любой нагрузке.Поделиться ссылкой:
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: