Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Коэффициент стабилизации стабилизатора тока

Основные параметры стабилизаторов

Надежная и бесперебойная работа устройств автоматики, теле­механики и связи зависит от качества питающего напряжения. Это напряжение на выходе выпрямительных устройств преобразова­телей или аккумуляторных батарей под воздействием дестабилизи­рующих факторов может изменяться в значительных пределах. К основным дестабилизирующим факторам можно отнести: изме­нения напряжения питающей сети, сопротивления нагрузки и тем­пературы окружающей среды. Для обеспечения постоянства пи­тающего напряжения, поддержания его в заданных пределах при­меняют регулирующие устройства и стабилизаторы напряжения. В них используют противоэлементы, вольтодобавочные аккумуля­торы, угольные регуляторы, тиристоры, дроссели насыщения, вольтодобавочные трансформаторы, феррорезонансные и полу­проводниковые стабилизаторы.

По роду напряжения (тока) все стабилизаторы можно разделить на два типа — постоянного или переменного тока. Стабилизаторы напряжения и тока характеризуются рядом основных параметров.

Номинальное входное напряжение Uвх — это напряжение источ­ника энергии, при котором через стабилизатор питается нагрузка номинальным током. На каждый стабилизатор задаются пределы изменения входного напряжения Uвх max, Uвх min, при которых он обеспечивает требуемые выходные параметры. Отклонения вход­ного напряжения обычно выражают в относительных величинах (проценты) или в виде дроби

; .

Из этих соотношений можно определить максимальное и мини­мальное входные напряжения:

; .

Номинальное выходное напряжение UH -это напряжение на выходе стабилизатора, подводимое к питаемой нагрузке. Для регу­лируемых стабилизаторов напряжения обычно указывают макси­мальное UH max и минимальное UH min выходные напряжения, тогда диапазон регулирования выходного напряжения стабилизатора

.

Относительная нестабильность выходного напряжения δU, харак­теризует допустимые отклонения стабилизированного напряжения от номинального DUн при изменении входного напряжения UВХ (сопротивление нагрузки постоянно) .

Относительная нестабильность по току δI характеризует откло­нения стабилизированного напряжения от номинального при изме­нении тока нагрузки Iн (входное напряжение постоянно), %, .

Коэффициент нестабильности по напряжению

(5.1)

Коэффициент нестабильности по току нагрузки

(5.2)

Параметры δU, δI, KHC U, KHC I отличаются друг от друга только оценкой нестабильности по напряжению или току (абсолютная или относительная), но выражают одно и то же физическое содержание.

Коэффициент стабилизации Кст U, характеризующий стабиль­ность выходного напряжения UН, при изменении входного напряже­ния Uвх показывает, во сколько раз напряжение на выходе стабили­затора при постоянной нагрузке изменяется меньше относительно изменений на входе

(5.3)

Коэффициент стабилизации Кст I для стабилизатора тока по входному напряжению при постоянной нагрузке показывает, во сколько раз относительное изменение тока нагрузки меньше выз­вавшего его относительного изменения напряжения на входе

Выходное сопротивление стабилизатора Rвых определяется как отношение изменения напряжения на выходе стабилизатора к изме­нению тока нагрузки .

Температурный коэффициент напряжения характеризует степень стабильности выходного напряжения .

Коэффициент полезного действия стабилизатора определяется отношением полезной мощности, выделяемой на нагрузке, к мощ­ности, потребляемой им от выпрямительного устройства, .

Напряжение пульсаций UНП-уровень переменной составля­ющей выходного напряжения, оцениваемый в средних квадра­тичных значениях или в процентах относительно напряжения .

Коэффициент искажения формы кривой Кф служит показателем оценки качества стабилизаторов переменного напряжения, характеризующих искажение формы кривой на выходе. Данный коэффи­циент определяется отношением действующего значения тока или напряжения первой гармоники к действующему значению суммы всех составляющих тока или напряжения ; .

Коэффициент мощности сов ср характеризует реактивные потери и определяется отношением активной мощности Р, потребляемой стабилизатором, к полной мощности S, подводимой к нему от сети или другого источника переменного тока: .

Стабилизация напряжения. Назначение. Основные характеристики. Параметры стабилизации постоянного и переменного токов

Надежная и бесперебойная работа устройств автоматики, теле­механики и связи зависит от качества питающего напряжения. Это напряжение на выходе выпрямительных устройств преобразова­телей или аккумуляторных батарей под воздействием дестабилизи­рующих факторов может изменяться в значительных пределах. К основным дестабилизирующим факторам можно отнести: изме­нения напряжения питающей сети, сопротивления нагрузки и тем­пературы окружающей среды. Для обеспечения постоянства пи­тающего напряжения, поддержания его в заданных пределах при­меняют регулирующие устройства и стабилизаторы напряжения. В них используют противоэлементы, вольтодобавочные аккумуля­торы, угольные регуляторы, тиристоры, дроссели насыщения, вольтодобавочные трансформаторы, феррорезонансные и полу­проводниковые стабилизаторы.

По роду напряжения (тока) все стабилизаторы можно разделить на два типа — постоянного или переменного тока. Стабилизаторы напряжения и тока характеризуются рядом основных параметров.

Номинальное входное напряжение Uвх – это напряжение источ­ника энергии, при котором через стабилизатор питается нагрузка номинальным током. На каждый стабилизатор задаются пределы изменения входного напряжения Uвх max, Uвх min, при которых он обеспечивает требуемые выходные параметры. Отклонения вход­ного напряжения обычно выражают в относительных величинах (проценты) или в виде дроби ; .

Из этих соотношений можно определить максимальное и мини­мальное входные напряжения: ; .

Читайте так же:
Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов стабилизатор тока

Номинальное выходное напряжение UH -это напряжение на выходе стабилизатора, подводимое к питаемой нагрузке. Для регу­лируемых стабилизаторов напряжения обычно указывают макси­мальное UH max и минимальное UH min выходные напряжения, тогда диапазон регулирования выходного напряжения стабилизатора

.

Относительная нестабильность выходного напряжения δU, харак­теризует допустимые отклонения стабилизированного напряжения от номинального DUн при изменении входного напряжения UВХ (сопротивление нагрузки постоянно) .

Относительная нестабильность по току δI характеризует откло­нения стабилизированного напряжения от номинального при изме­нении тока нагрузки Iн (входное напряжение постоянно), %: .

Коэффициент нестабильности по напряжению (5.1)

Коэффициент нестабильности по току нагрузки (5.2)

Параметры δU, δI, KHC U, KHC I отличаются друг от друга только оценкой нестабильности по напряжению или току (абсолютная или относительная), но выражают одно и то же физическое содержание.

Коэффициент стабилизации Кст U, характеризующий стабиль­ность выходного напряжения UН, при изменении входного напряже­ния Uвх показывает, во сколько раз напряжение на выходе стабили­затора при постоянной нагрузке изменяется меньше относительно изменений на входе (5.3)

Коэффициент стабилизации Кст I для стабилизатора тока по входному напряжению при постоянной нагрузке показывает, во сколько раз относительное изменение тока нагрузки меньше выз­вавшего его относительного изменения напряжения на входе

Выходное сопротивление стабилизатора Rвых определяется как отношение изменения напряжения на выходе стабилизатора к изме­нению тока нагрузки .

Температурный коэффициент напряжения характеризует степень стабильности выходного напряжения .

Коэффициент полезного действия стабилизатора определяется отношением полезной мощности, выделяемой на нагрузке, к мощ­ности, потребляемой им от выпрямительного устройства, .

Напряжение пульсаций UНП-уровень переменной составля­ющей выходного напряжения, оцениваемый в средних квадра­тичных значениях или в процентах относительно напряжения .

Коэффициент искажения формы кривой Кф служит показателем оценки качества стабилизаторов переменного напряжения, характеризующих искажение формы кривой на выходе. Данный коэффи­циент определяется отношением действующего значения тока или напряжения первой гармоники к действующему значению суммы всех составляющих тока или напряжения ; .

Коэффициент мощности сов ср характеризует реактивные потери и определяется отношением активной мощности Р, потребляемой стабилизатором, к полной мощности S, подводимой к нему от сети или другого источника переменного тока: .
21. Тиристорные регулируемые выпрямители.

Плавное регулирование напряжения можно осуществить как по переменному току, так и в процессе преобразования переменного тока в постоянный. Регулирование по переменному току возможно с помощью транс­форматоров с подвижным магнитным шунтом, а также с помощью автотрансформаторов с короткозамкнутой обмоткой, что связано с дополнительными потерями на регулирующем элементе. Более экономичным является управление тиристорами при выпрямлении переменного тока в постоянный. Тиристорные выпрямители подразделяют на однополупериодные, двухполупериодные и мостовые.

В двухполупериодной схемеуправляющие электроды (катоды) тиристоров VS1 и VS2 присоединены к системе управления СУ выпрямителя. Эта система синхронно с выпрямляемым пере­менным напряжением формирует импульсы, фаза которых может регулироваться относительно напряжений на вторичных обмотках трансформатора u21 и u22 (рисунок 5.2, б). Тиристоры VS1 и VS2 открываются поочередно при поступлении на них положительных полуволн выпрямленного напряжения и импульсов управления, сдвинутых по фазе относительно этого напряжения.

Рисунок 5.2 – Схема двухполупериодного тиристорного выпрямителя (а)

и кривые изменения напряжения и токов (б и в)

Угол сдвига по фазе между выпрямляемым напряжением и импульсами управления называется углом регулирования или углом запаздывания α.

При положительной полуволне напряжения u21 в интервале времени t —t1 тиристор VS1 закрыт, ток через него не протекает и напряжение на нагрузке UН равно нулю. В момент времени t1 = α/ω при подаче управляющего импульса VS1откроется и через него потечет ток iS1 (рисунок 5.2, в). Напряжение на нагрузке возрастает скачкообразно до напряжения и21(t1). За время t1 — t2 напряжение на нагрузке изменится так же, как и напряжение u21. В момент времени t2 = π/ω тиристор VS1 закроется (меняется полярность напряжения u21). В интервале времени t2 — t3 положительная полу­волна напряжения u22 приложена к тиристору VS2, а напряжение на нагрузке Uн = 0, так как тиристор VS2 закрыт.

При подаче импульса от СУ в момент времени t3 тиристор VS2 откроется и через него потечет ток iS2. Напряжение на нагрузке возрастет до напряжения u22 (t3) и за время t3 — t4 будет изменяться так же, как и напряжение u22. В дальнейшем процессы будут повторяться.

Из диаграммы видно, что, изменяя угол запаздывания α, можно регулировать среднее значение выпрямленного напряжения U. При этом чем больше угол α, тем меньше U.

Рисунок 5.3 – Схема тиристорного выпрямителя с реактивной нагрузкой и «нулевым диодом»

Читайте так же:
Стабилизатор напряжения по частоте тока

При работе схемы выпрямления на емкостную нагрузку в мо­мент включения тиристора возникают большие броски тока, кото­рые могут вывести его из строя. Для их снижения на выходе выпрямителя включают дроссель L(рисунок 5.3), который вместе с кон­денсатором С образует фильтр низкой частоты (ФНЧ), уменьшаю­щий пульсации выпрямленного напряжения. При снижении напря­жения u21 в первичной полуобмотке трансформатора Т э. д. с. самоиндукции дросселя препятствует снижению тока в цепи нагруз­ки. Тогда в момент времени t2 = π/ω, когда напряжение и21 =0, ток тиристора iS1 ≠ 0 за счет явления самоиндукции и обратного напряжения, приложенного к открытому тиристору VS1. При этом через нагрузку будет протекать ток, обратный прямому току ти­ристора, VS2. Тогда ток тиристора VS1 будет равен нулю не в момент времени t2 = π/ω, а в момент времени t3 = (π+α)/ω. Аналогично будет работать и тиристор VS2. Ток iS2, протекающий через него, будет равен нулю в момент времени t5 = (2π+α)/ω.

Для изменения среднего значения выпрямленного напряжения от максимального до минимального угол α нужно изменять от 0 до π.

Для получения непрерывного (не снижающегося до нуля) вы­прямленного напряжения необходимо индуктивность дросселя по­добрать такой, чтобы тиристор каждой из полуобмоток был открыт до тех пор, пока не начнет работать вторая полуобмотка. Такое возможно, если ток дросселя к моменту открывания второго тиристора положителен и напряжение, получаемое в момент вклю­чения второй полуобмотки, больше напряжения на конденсаторе С. Угол регулирования при этом должен быть α > 32,5°. Условие непрерывности тока в дросселе и, следовательно, в нагрузке опре­деляется из соотношения ωL/R > tgα. Это условие будет выполнено, если индуктивность дросселя будет выбрана больше критической Lкр = R·tgα/ω или сопротивление нагрузки не превышает значения Rmax = ωL/tgα.. Если индуктивность выбрана больше критической, то снижается и уровень пульсаций. Увеличение угла регулирования а при неизменной индуктивности увеличивает разность фаз между током и напряжением, что ведет к большему потреблению реактив­ной мощности из сети и снижает коэффициент мощности.

Показатели данной схемы могут быть значительно улучшены, если включить дополнительно так называемый «нулевой диод» VD, благодаря которому исключается зависимость момента закрывания тиристоров от индуктивности дросселя и сопротивления нагрузки.

При открывании тиристора VS1 через нагрузку Rн протекает ток, заряжая конденсатор С. В момент времени t2 —π/ω (см. рисунок 5.2, б) тиристор VS1закрыт. До момента времени t3 = (π+α)/ω закрыт и тиристор VS2, так как в интервале времени t2 — tэ к нему приложено обратное напряжение с катушки индуктивности (за счет самоиндукции), которое в интервалах времени t t1 ; t2 — t3 ; t4 — t5 обеспечит протекание тока в нагрузке. При этом ток протекает по цепи L, Rн и VD(см. рисунок 5.3). Тогда независимо от катушки индуктивности тиристоры будут закрываться в моменты времени t2,, t4 и т.д. Таким образом, диод VDисключает влияние катушки индуктивности на моменты закрывания тиристоров. Они будут закрываться, когда напряжение в полуобмотках трансформатора Т снижается до нуля. Угол закрывания тиристоров равен π. Уровень переменной составляющей также снижается, кроме того, значитель­но уменьшаются реактивные потери.

Мостовые схемырегулируемых тиристорных выпрямителей по электрическим характеристикам почти совпадают с двухполупериодными, за исключением величины и формы тока во вторичной обмотке трансформатора. Следовательно, выпрямленное напряже­ние и амплитуда пульсации в мостовых схемах определяются теми же соотношениями, что и в двухполупериодных схемах.

Общей особенностью всех тиристорных выпрямителей является: потребление не только активной, но и реактивной мощности от сети переменного тока; при изменении угла регулирования от 0 до π выходное напряжение уменьшается от максимального до мини­мального (до нуля); пульсации выпрямленного напряжения увели­чиваются с ростом угла регулирования; изменение выходного на­пряжения в них достигается изменением отбора мощности от сети переменного тока и не связано с гашением ее в выпрямителе, что является основным их достоинством.

Простой способ стабилизации больших токов с малыми потерями на измерительном элементе

В простых схемах стабилизаторов или ограничителей постоянного тока, выполненных полностью на транзисторах без применения операционных усилителей, обычно используются токовые шунты такого сопротивления, что бы при требуемом значении тока на них падало напряжение порядка 0,5 — 0,7 Вольт, достаточное для открывания кремниевого транзистора и начала стабилизации или ограничения протекающего тока. При таких условиях и требуемых токах большой величины на измерительном элементе выделяется довольно большое количество тепла, снижающее конечный КПД устройства и увеличивающее общий нагрев:

Читайте так же:
Lx8384 00cdd стабилизатор тока

Всё это относится к источникам тока импульсного типа, так как на регулирующих элементах устройств, работающих в линейном режиме всегда выделяется значительно большее количество тепла, чем на их измерительных шунтах и погоня за меньшим сопротивлением шунта в таких устройствах не даст большого эффекта. А вот в источниках тока, работающих в ключевом, импульсном режиме, выделение тепла на измерительном элементе превосходит количество энергии, теряющееся на управляющем ключе и составляет основную долю тепловыделения всего устройства, и хотелось бы максимально минимизировать часть энергии, приходящуюся на выделение тепла на токовом шунте.

Единственным способом для этого является использование шунта меньшего сопротивления, но с таким шунтом приходится использовать высококачественные операционные усилители, усложняющие схемотехнику и удорожающие всю конструкцию в целом, ухудшающие температурную стабильность и устойчивость всего устройства, из-за чего часто возникает самовозбуждение и большая зависимость протекающего тока от изменения окружающей температуры:

Предлагается использовать низкоомные токовые шунты с транзисторами для стабилизации больших токов фиксированного значения с применением вольт-добавки определённого значения. Для этого на измерительном транзисторе нужно обеспечить начальное напряжение такого уровня, что бы транзистор оставался закрытым, и начинал открываться при достижении протекающего тока установленного значения. При этом величина начального напряжения вольт-добавки должна быть стабильной и не зависеть от изменения окружающей температуры.

Казалось бы нелёгкая задача обеспечить такие условия простым способом, но эта задача решается очень легко всего одним лишним биполярным транзистором, используя своеобразность вольт-амперной характеристики его p-n перехода БАЗА-ЭМИТТЕР. Нужно соблюсти только два обязательных условия. Этот транзистор должен быть точно таким же, как и измерительный и физически располагаться рядом с ним для максимального равенства температуры их корпусов.

Принципиальная схема предлагаемого узла измерителя протекающего тока на транзисторе с вольт-добавкой изображена на рисунке:

Транзистор T1 является измерительным и определяет превышение протекающего через низкоомный шунт R-shunt тока заданной величины. Цепь на резисторе R3 и переходе БАЗА-ЭМИТТЕР транзистора T2 создаёт стабильную вольт-добавку, включённую для транзистора T1 последовательно с сопротивлением измерительного шунта, и следовательно напряжение этой вольт-добавки суммируется с падением напряжения на шунте. Создаётся именно вольт-добавка, а не смещение, так как измерительный транзистор остаётся полностью закрытым, пока сила тока через шунт, а значит и падение напряжения на нём не достигнет определённого значения, достаточного для открывания транзистора T1. Хотя внешне схема и похожа на токовое зеркало, но здесь используется другой принцип, и не нужно путать и считать это токовым зеркалом.

Температурная стабильность достигается благодаря единству параметров и близостью расположения применённых транзисторов, которые будут находиться в одинаковом тепловом режиме и соответственно падение напряжения на их переходах будет меняться по одному закону и изменение окружающей температуры будет мало влиять на установленный порог измерения тока.

На резисторах R1 и R2 собран делитель суммарного напряжения, обеспечивающий надёжное закрывание транзистора T1 при низком значении протекающего тока через измерительный шунт. Изменением сопротивления резистора R2 в небольших пределах можно подбирать момент выхода измерительного транзистора в рабочую точку и соответственно порог начала ограничения тока нагрузки.

Расчёт элементов схемы следует начинать с сопротивления измерительного шунта, играющего ключевую роль. Задавшись необходимым током нагрузки, будь то светодиод или заряжаемый аккумулятор нужно рассчитать сопротивление шунта так, что бы на нём падало оптимальное напряжение порядка 100 мВ. Чем больше это значение, тем больше будет конечная точность измерения и стабилизации, но при этом увеличивается и выделение тепла:

  • где Rshunt — расчётное сопротивление шунта в миллиомах;
  • Ushunt — подставляемое значение падения напряжения на шунте 100 мВ;
  • а Iload — требуемый ток нагрузки в Амперах.

Для примера будем производить расчёт для тока 5 А. Тогда понадобится шунт с сопротивлением:

Rshunt = 100mV / 5A = 20 mΩ

и на нём будет теряться мощность всего лишь:

P = 100mV * 5A / 1000 = 0,5W

Далее нужно рассчитать сопротивление резисторов R1 — R3 исходя из требуемой нагрузочной способности и минимального коэффициента усиления транзистора T1. Допустим в рабочем режиме активной стабилизации, для нормального функционирования всего устройства, от этого транзистора требуется ток 10 мА, а его коэффициент передачи тока базы равен 100, что типично для большинства транзисторов малой и средней мощности.

Для обеспечивания такого тока через базу транзистора должен протекать ток:

IB = IK / hfe = 10 mA / 100 = 0,1 mA

Читайте так же:
Lm317 в качестве стабилизатора тока

Из общеизвестных рекомендаций линейного режима работы транзистора, ток через делитель должен превышать необходимый ток базы в 5 — 8 раз, но так как в данном случае в линейной области транзистор работает не всё своё время, то с успехом вполне можно взять наименьшее из этого значения подставив коэффициент 5:

При использовании кремниевого транзистора на его переходе во время начала протекания тока будет падать напряжение 0,5 В. Следовательно сопротивление базового резистора делителя R1 должно быть:

R1 = UB / IR-B = 0,5 V / 0,5 mA = 1 kΩ

Полная формула для расчёта сопротивления данного резистора будет выглядеть следующим образом:

R1 = 0,1 / ( IK / hfe )

  • R1 — сопротивление нижнего плеча делителя (кОм);
  • IK — необходимый ток коллектора (мА);
  • hfe — коэффициент усиления транзистора.

Сопротивление резистора R2 зависит от нескольких параметров и его предварительный расчёт затруднён. Его нужно будет подобрать опытным путём в зависимости от применённых транзисторов, минимального и максимального напряжения питания и протекающего тока. Теоретически на нём должно падать такое напряжение, что бы транзистор T1 начинал открываться только при приближении протекающего тока к требуемому значению, и оставался закрытым при меньшем его значении. Экспериментально было установлено, что приблизительное сопротивление этого резистора должно быть в 10 раз меньше сопротивления резистора R1 и в данном случае составит 100 Ом:

R2 ≈ R1 / 10

Сопротивление резистора R3 зависит от значения минимального уровня напряжения источника питания, обеспечивающее силу тока через этот резистор в два раза большую силы тока, протекающей через делитель из резисторов R1-R2. Именно так будет обеспечиваться приемлемая стабильность напряжения на транзисторе T2.
В Нашем случае этот ток должен составлять 1 мА. Допустив изменение напряжения источника питания от 12 до 24 В при минимальном значении на этом резисторе будет падать напряжение:

и его сопротивление должно быть:

11,5В / 1 мА = 11,5 кОм.

Для обеспечивания заданных условий лучше взять резистор меньшего сопротивления из стандартного ряда, а именно 10 кОм.
Формула для расчёта сопротивления этого резистора выглядит следующим образом:

  • UPmin — минимальное напряжение питания (В);
  • IK — необходимый ток коллектора транзистора T1 (мА);
  • hfe — коэффициент усиления транзистора T1.

Для демонстрации возможностей идеи в программе “Proteus 8 Professional” была собрана схема стабилизатора тока и произведена симуляция работы. Для возможности корректной симуляции была использована простейшая схема с регулирующим элементом линейного типа. В реальном устройстве с дополнительным усилителем и широтно-импульсной модуляцией параметры будут немного лучше:

Симуляция производилась с изменением питающего напряжения от 12 до 24 В и изменением подключённой нагрузки от 0 (минимальная нагрузка) до 100% (короткое замыкание на выходе). При этом максимальное отклонение тока нагрузки от номинального, наблюдаемое при пониженном напряжении питания, не превышало 26%. Для сравнения в дорогостоящих промышленных образцах высокой точности этот параметр составляет 5 — 7%.

Так же с использованием таблицы «Microsoft Excel» был создан калькулятор, быстро рассчитывающий элементы схемы по исходным параметрам, применяя описанные в статье формулы и принципы. Все эти расчёты являются приблизительными, но их вполне можно использовать для точки отсчёта, и дальнейшим подбором номиналов радиокомпонентов довести работу всего устройства до возможного максимума желаемых параметров и технических характеристик.

По данным симуляции была сделана таблица значений отдаваемого тока при трёх разных сопротивлениях нагрузки и изменении питающего напряжения от 12 до 24В:

По этой таблице были построены графики зависимости Iload от UP при разных значениях Rload :

Доработка схемы

Так же, учитывая отзывы читателей, был разработан второй вариант схемы, где резистор токового шунта Rshunt включён не до, а после делителя R1-R2:

Это позволило немного увеличить чувствительность, и соответственно общий коэффициент стабилизации конечного устройства при том же сопротивлении шунта. Но пришлось пересчитать значения всех протекающих токов и немного подправить формулы для вычисления элементов схемы.

Допустим в рабочем режиме активной стабилизации, для нормального функционирования всего устройства, от транзистора T1 требуется ток 1 мА, а его коэффициент передачи тока базы равен 100, что типично для большинства транзисторов малой и средней мощности.

Для обеспечивания такого тока через базу транзистора должен протекать ток:

IB = IK / hfe = 1 mA / 100 = 0,01 mA

Ток делителя в этот раз был выбран в 10 раз превышающий ток базы, и в данном случае составил:

При использовании кремниевого транзистора на его переходе во время начала протекания тока будет падать напряжение 0,5 В. Следовательно сопротивление базового резистора делителя R1 должно быть:

Читайте так же:
Стабилизатор тока с igbt транзистором

R1 = UB / IR-B = 0,5 V / 0,1 mA = 5 kΩ

Полная формула для расчёта сопротивления данного резистора будет выглядеть следующим образом:

R1 = 0,1 / ( 2 * IK / hfe )

  • R1 — сопротивление нижнего плеча делителя (кОм);
  • IK — необходимый ток коллектора (мА);
  • hfe — коэффициент усиления транзистора.

Так как чувствительность была повышена, то сопротивление второго резистора делителя было подобрано в 5 раз меньше первого резистора:

R2 ≈ R1 / 5

Для максимальной температурной стабильности токи баз обоих транзисторов должны быть одинаковыми или очень близки по значению. Так как ток базы транзистора зависит от тока его коллектора, то ток коллектора транзистора T2 должен быть равен току коллектора транзистора T1, что и учтено в формуле для расчёта токозадающего резистора R3:

R3 = (UPmin – 0,7) / (IK + (10 * IK / hfe))

  • UPmin — минимальное напряжение питания (В);
  • IK — необходимый ток коллектора транзистора T1 (мА);
  • hfe — коэффициент усиления транзистора T1.

Для демонстрации возможностей доработанной схемы в программе “Proteus 8 Professional” была собрана схема стабилизатора тока и произведена симуляция работы. На этот раз в качестве управляющего был выбран P-канальный полевой транзистор, а напряжение цепи питания измерительного узла было стабилизировано стабилитроном:

По новым данным симуляции была сделана таблица значений отдаваемого тока при изменении питающего напряжения от 12 до 24В. В новой схеме, из за большого коэффициента усиления, отдаваемый ток никак не зависит от изменения сопротивления нагрузки:

Был построен график зависимости, где видно что при изменении питающего напряжения, ток стабилизации меняется незначительно:

Любой желающий может скачать проекты Proteus-а и калькуляторы для обеих версий, и провести симуляцию самостоятельно, при своих условиях. Это было теоретическое представление идеи простого метода стабилизации или ограничения больших токов, где не нужна высокая точность. Данный метод не встречался и не применялся нигде ранее и его описание здесь можно считать уникальным. Самим автором метод долгое время успешно применяется в нескольких практических конструкциях и готовых устройствах, и описание некоторых из них планируется в дальнейших публикациях.

Проект будет дорабатываться и совершенствоваться, и каждый может внести в это дело свой вклад. Пишите свои предложения и замечания, подписывайтесь на статью и следите за новыми публикациями. Так же спасибо всем за уже оставленные отзывы и рекомендации.

Способы повышения качества стабилизации в параметрических стабилизаторах напряжения в цепи постоянного тока

Коэффициент стабилизации может быть увеличен:

— каскадным (последовательным включением параметрических стабилизаторов;

— использованием мостовой схемы;

— включением вместо резистора R токостабилизирующего двухполюсника.

Для повышения стабильности выходного напряжения применяют каскадные схемы стабилизаторов.

При каскадном соединении , но при этом происходит снижение КПД. Так, если каждый из стабилизаторов имеет КПД 0.33, то результирующий равен . Поэтому такое включение используется в эталонных источниках.

Повышение коэффициента стабилизации в мостовых схемах достигается за счёт компенсации.

Очевидно, что напряжения на стабилитронах должны быть различными (иначе напряжение на нагрузке будет равно нулю). Теоретически может быть равен бесконечности, если обеспечить равенство .

В этой схеме возможно получение очень низких выходных напряжений и малых температурных коэффициентов за счет использования стабилитронов с мало отличающимися температурными коэффициентами. Но и здесь повышение коэффициента стабилизации по напряжению связано со снижением КПД. Выходное сопротивление равно сумме дифференциальных сопротивлений стабилитронов.

Повысить стабильность без ухудшения КПД позволяет использование простейшего стабилизатора тока (токостабилизирующего двухполюсника).

Стабилизатор тока (эмиттерный повторитель):

Независимо от , при и ток Iд =const. Получили двухполюсник, в котором Ек изменяется, а ток Iд не меняется.

Пример использования стабилизатора тока в параметрическом стабилизаторе.

Здесь основной стабилитрон VD2. При стабильном токе через выходное напряжение стабильно в широких пределах изменения .Температурные уходы здесь такие же как и в простейшей схеме.

Для повышения мощности в нагрузке можно использовать эмиттерный повторитель на выходе:

Здесь параметрический стабилизатор (резистор RB и стабилитрон VD) нагружается входным сопротивлением усилительного каскада, включенного по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель) .

.

При этом любое изменение U2 (например, вызванное изменением RH) вызывает соответствующее изменение UБЭ и последующее “приоткрывание” или “призакрывание” транзистора VT. Таким образом, УПТ выполняет усиление сигнала по мощности. При этом коэффициент стабилизации стремится

к предельной величине:

, где — статическое сопротивление

стабилитрона в рабочей точке.

Дата добавления: 2017-10-04 ; просмотров: 841 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector