Sfera-perm.ru

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

Параметрический стабилизатор ток стабилитрона

Параметрические стабилизаторы

Параметрическим стабилизатором называется устройство, в котором выходное напряжение или ток поддерживается на уровне заданного значения за счет параметров радиоэлектронных элементов. В них используются нелинейные свойства характеристик (вольтамперных, ампервольтовых, ом-градусных, вебер-амперных, вольт-секундных и др.). В качестве примера таких приборов можно назвать такие электронные элементы, как стабилитроны, терморезисторы, дроссели насыщения и т.д.

Параметрические стабилизаторы могут стабилизировать постоянное или переменное напряжение, однако и в том и в другом случае они обладают достаточно плохими параметрами. В старой аппаратуре они применялись из-за простой, и, следовательно, дешевой схемы. В настоящее время практически вытеснены интегральными компенсационными стабилизаторами или источниками бесперебойного питания. Тем не менее, для того, чтобы понять, как работают компенсационные и импульсные стабилизаторы напряжения необходимо знать принципы работы параметрического стабилизатора.

В качестве примера параметрических стабилизаторов рассмотрим стабилизаторы напряжения. В них обычно используются полупроводниковые стабилитроны, которые работают в области электрического пробоя на обратном участке вольтамперной характеристики. Поэтому стабилитрон включается в обратном направлении. Выход из строя данного диода не происходит из-за того, что ток, протекающий через диод, ограничивается внешним резистором. Классическая схема параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне приведена на рисунке 1.


Рисунок 1. Cхема стабилизатора напряжения на стабилитроне

Особенности расчета параметрического стабилизатора мы обсудим в следующей статье, а сейчас подробнее рассмотрим параметры стабилитрона. Пример его вольтамперной характеристики приведен на рисунке 2


Рисунок 2. Вольтамперная характеристика стабилитрона

В параметрах стабилитрона приводится минимальный ток стабилизации, при котором начинается пробой и максимальный ток стабилизации, при котором еще не происходит разрушение pn-перехода за счет его теплового нагрева. Основными параметрами стабилитрона являются:

  • напряжение стабилизации Uст и пределы его изменения ΔUст;
  • номинальный ток Iном и пределы его изменения Iст min . Iст max;
  • максимальная допустимая мощность рассеивания Pдоп = Uст×Iст max;
  • дифференциальное сопротивление на рабочем участке rd;
  • температурный коэффициент напряжения (ТКН) αT.

Наиболее важным параметром стабилитрона является его напряжение стабилизации. Стабилитроны производят на напряжение от 3 до 400 В. Оно зависит от толщины p-n перехода. При этом в зависимости от толщины перехода пробой бывает лавинным или туннельным. Если требуется стабилизировать напряжение меньше трех вольт, то применяются стабисторы. У них для стабилизации используется прямая ветвь амплитудно-частотной характеристики. Поэтому схема параметрического стабилизатора напряжения меняется. Она приведена на рисунке 3.


Рисунок 3. Схема параметрического стабилизатора на стабисторе

Дифференциальное сопротивление стабилитрона обычно определяется омическим сопротивлением полупроводника. По вольтамперной характеристике его можно определить следующим образом:

(1)

Именно дифференциальное сопротивление стабилитрона определяет зависимость выходного напряжения параметрического стабилизатора от тока потребления нагрузки.

Не менее важным параметром является температурный коэффициент напряжения. Полупроводниковые диоды очень чувствительны к температуре и их вольтамперная характеристика смещается при нагреве. Пример изменения вольтамперной характеристики стабилитрона приведен на рисунке 4.


Рисунок 4. Изменение вольтамперной характеристики под воздействием температуры

Для полупроводникового диода, который используется в качестве стабилизатора, ТКН αT = 0,1% на градус Цельсия. Для прецизионных стабилизаторов напряжения это слишком большая величина. В то же самое время, отрицательный или положительный будет ТКН зависит от типа пробоя. При напряжении стабилизации меньше 6,2 В он отрицательный, а при напряжении стабилизации больше этого значения — положительный. Поэтому прецизионные стабилитроны выполняются на это напряжение. При несколько большем напряжении можно воспользоваться прямой ветвью вольтамперной характеристики, где падение напряжения уменьшается с ростом температуры. Если стабилитроны включить встречно, как это показано на рисунке 5, то зависимость напряжения стабилизации от температуры можно значительно снизить (например, отечественный стабилитрон КС170).


Рисунок 5. Внутренняя схема прецизионного стабилитрона

Условно-графическое изображение прецизионного стабилитрона приведено на рисунке 6.


Рисунок 6. Условно-графическое изображение прецизионного стабилитрона

В схеме включения данного стабилитрона можно не опасаться неправильного включения, т.к. симметричные стабилитроны обладают одинаковым напряжением стабилизации.

Дата последнего обновления файла 07.06.2015

Понравился материал? Поделись с друзьями!

  1. Сажнёв А.М., Рогулина Л.Г., Абрамов С.С. “Электропитание устройств и систем связи”: Учебное пособие/ ГОУ ВПО СибГУТИ. Новосибирск, 2008г. – 112 с.
  2. Алиев И.И. Электротехнический справочник. – 4-е изд. испр. – М.: ИП Радио Софт, 2006. – 384с.
  3. Гейтенко Е.Н. Источники вторичного электропитания. Схемотехника и расчёт. Учебное пособие. – М., 2008. – 448 с.
  4. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов / В.М.Бушуев, В.А. Деминский, Л.Ф. Захаров и др. – М.,2009. – 384 с.
  5. Стабилитрон (wikipedia)
  6. Параметрические стабилизаторы напряжения. Расчёт простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне (http://www.radiohlam.ru/)
  7. КС147А стекло, Кремниевый стабилитрон малой мощности (chipdip.ru/)
Читайте так же:
Максимальный ток нагрузки стабилизатора

Вместе со статьей «Параметрические стабилизаторы» читают:

Параметрический стабилизатор напряжения.

Качество работы электронной схемы в значительной степени определяется стабильностью источников питания. Напряжение питания должно оставаться постоянным при колебаниях напряжения и частоты сети, изменениях нагрузки, а также при колебаниях температуры, влажности и давления окружающей среды и т. д. Для обеспечения постоянства напряжения на сопротивлении нагрузки применяют стабилизаторы напряжения. Для этого между выпрямителем и сопротивлением нагрузки включают стабилизатор напряжения. При стабилизации переменного напряжения стабилизатор включают между источником переменного тока и выпрямителем. Существующие стабилизаторы могут быть разделены на два класса: параметрические и компенсационные. В параметрических стабилизаторах напряжения стабилизация основана на нелинейной зависимости между током и напряжением, благодаря чему напряжение остается постоянным при изменении тока в некотором диапазоне его значений. Наибольшее распространение получили стабилизаторы постоянного напряжения. Основные их преимущества – простота конструкций, небольшое количество элементов и высокая надежность, а недостатки – низкие коэффициент стабилизации (менее 25) и КПД, малые токи стабилизации, а также узкий и нерегулируемый диапазон стабилизируемого напряжения.

Простейшая схема параметрического стабилизатора напряжения, выполненного на стабилитроне, приведена на рис 1. Схема содержит балластное (ограничительное) сопротивление Rб (это сопротивление является функционально необходимым элементом), сопротивление нагрузки Rн и полупроводниковый стабилитрон VD. Нагрузка подключена параллельно стабилитрону. Поэтому в режиме стабилизации, когда напряжение на стабилитроне почти постоянным, такое же и напряжение будет и на нагрузке. Все изменения напряжения источника при его нестабильности почти полностью поглощаются балластным сопротивлением. Принцип действия параметрического стабилизатора постоянного напряжения поясняется путем совместного анализа ВАХ стабилитрона и балластного сопротивления, представленных на рисунке 2. Для упрощение предположим, что нагрузка отключена (Rн = ∞). Тогда выражение, аналитически описывающее положение балластного сопротивления Rб (линия 1), запишется следующим образом: Uвх1 = Uвых1 + Iст1Rб. Если входное напряжение увеличится на величину DUвх и станет равным Uвх2, то характеристика балластного сопротивления займет положение линии 2, что соответствует выходному напряжению Uвых2 и току стабилизацииIст2. Как видно из рисунка 2, выходное напряжение останется почти неизменным, а приращение входного DUвх выделиться на балластном сопротивлении Rб. Аналогичная картина будет иметь место при уменьшении входного напряжения (при условии, что это уменьшение не вышло из пределов стабилизации): в этом случае снизится падение напряжения на балластном сопротивлении.

13Полупроводниковый диод – полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя выводами, в котором используется то или иное свойство выпрямляющего перехода.

В качестве выпрямляющего электрического перехода используется электронно-дырочный переход (pn-переход), разделяющий p— и n-области кристалла полупроводника (также в качестве выпрямляющего электрического перехода может использоваться выпрямляющий переход металл-полу­проводник). К p— и n-областям кристалла привариваются или припаиваются металлические выводы (называются анодом и катодом соответственно), и вся система заключается в металлический, металлокерамический, стеклянный или пластмассовый корпус.

В условном графическом обозначении полупроводникового диода треугольник является анодом, черточка – катодом. Прямой ток проходит тогда, когда анод имеет положительный потенциал относительно катода. Следовательно, треугольник нужно рассматривать как острие стрелки, показывающей условное направление прямого тока. Именно в этом направлении при прямом токе движутся дырки, электроны же движутся в противоположном направлении.

1) Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов.

Классификация диодов производится по следующим признакам:

· По конструкции: плоскостные диоды; точечные диоды; микросплавные диоды.

· По мощности: маломощные; средней мощности; мощные.

· По частоте: низкочастотные; высокочастотные; СВЧ.

· По функциональному назначению: выпрямительные диоды; импульсные диоды; стабилитроны; варикапы; светодиоды; тоннельные диоды и так далее.

Условное обозначение диодов подразделяется на два вида: — маркировка диодов;

— условное графическое обозначение (УГО). По старому ГОСТу все диоды обозначались буквой Д и цифрой, которая указывала на электрические параметры, находящиеся в справочнике.

К основным параметрам ППД относятся:

Максимально допустимый прямой ток; Прямое падение напряжения на диоде при максимальном прямом токе; Максимально допустимое обратное напряжение; Обратный ток при максимально допустимом обратном напряжении; Прямое и обратное статическое сопротивление диода при заданных прямом и обратном напряжениях; Прямое и обратное динамическое сопротивление диода.

Читайте так же:
Сила тока в стабилизаторах

Как работает стабилитрон и для чего он нужен?

Что такое стабилитрон, какой у него принцип действия и назначение. Основные характеристики стабилитронов и их маркировка. Условное обозначение на схеме.

Основой надежной и продолжительной работы электронной аппаратуры является стабильное напряжение питания. Для этого применяют стабилизированные источники питания. Можно сказать, что основным элементом, который определяет уровень выходного напряжения блока питания, это полупроводниковый прибор – стабилитрон. Он может быть как основой линейного стабилизатора, так и пороговым элементом в цепи обратной связи импульсного источника питания. В этой статье мы расскажем читателям сайта Сам Электрик про устройство и принцип работы стабилитрона.

Что это такое

В литературе дается следующее определение:

Стабилитрон или диод Зенера это прибор, предназначенный для стабилизации напряжения в электрических цепях. Работает при обратном смещении в режиме пробоя. До наступления пробоя имеет высокое сопротивление перехода. Протекающие при этом токи незначительны. Широко используются в электронике и в электротехнике.

Если говорить простыми словами, то стабилитрон предназначен для стабилизации напряжения в электронных схемах. В цепь он включается в обратном направлении. При достижении напряжения, превышающего напряжение стабилизации, происходит обратимый электрический пробой pn-перехода. Как только оно понизится до номинала, пробой прекращается, и стабилитрон закрывается.

На нижеприведенном рисунке представлена графическая схема для чайников, позволяющая понять принцип действия диода Зенера.

Основными преимуществами является невысокая стоимость и небольшие габариты. Промышленность выпускает устройства с напряжением стабилизации о 1,8 — 400 В в металлических, керамических или корпусах из стекла. Это зависит от мощности, на которую рассчитан стабилитрон и других характеристик.

Для стабилизации высоковольтного напряжения от 0,4 до нескольких десятков кВ, применяются стабилитроны тлеющего разряда. Они имеют стеклянный корпус и до появления полупроводниковых приборов применялись в параметрических стабилизаторах.

Аналогичными свойствами обладают приборы, меняющие свое сопротивление в зависимости от приложенного напряжения – это варисторы. Между стабилитроном и варистором разница заключается в том, что последний обладает двунаправленными симметричными характеристиками. А это значит, что в отличие от диодов, он не имеет полярности. Кратко варистор предназначен для обеспечения защиты от перенапряжения электронных схем.

Для предохранения аппаратуры от скачков напряжения применяют супрессоры. Между стабилитроном и супрессором отличия заключаются в том, что первый постепенно изменяет свое внутреннее сопротивление в зависимости от приложенного напряжения. Второй при достижении определенного порога напряжения открывается сразу. Т.е. его внутреннее сопротивление стремится к нулю. Основное назначение супрессоров — защита аппаратуры от скачков питания.

На рисунке ниже представлено условно графическое обозначение (УГО по ГОСТ) полупроводника и его вольт-амперная характеристика.

На рисунке цифрами указан участок 1-2. Он является рабочим и предназначен для стабилизации напряжения в цепях. Если прибор включить в прямом направлении, то он будет работать как обычный диод.

Рекомендуем посмотреть следующий видеоролик, чтобы подробнее изучить принцип действия стабилитрона, обозначение элементов и область их применения.

Основные характеристики

При проектировании блоков питания, следует уметь правильно произвести расчет и подобрать по значениям необходимый элемент. Неправильно подобранный стабилитрон сразу выйдет из строя или не будет поддерживать напряжение на необходимом уровне.

Основными характеристиками являются:

  • напряжение Ucт. стабилизации;
  • номинальный ток стабилизации Iст., протекающий через стабилитрон;
  • допустимая мощность рассеивания;
  • температурный коэффициент стабилизации;
  • динамическое сопротивление.

Эти характеристики определены заводом-изготовителем и указываются в справочной литературе.

Условно графическое обозначение на схемах

Все приборы имеют графическое обозначение. Это необходимо, чтобы не загромождать электрическую схему. Стабилитрон имеет свое условно-графическое обозначение, которое утверждено межгосударственным стандартом единого стандарта конструкторской документации (ЕСКД).

На рисунке снизу представлено как обозначается на схеме по ГОСТ 2.730-73, стабилитрон обозначается практически как диод, так как, в сущности, является одной из его разновидностей.

Для правильного включения следует различать, где плюс, где минус. Если смотреть на приведенный выше рисунок, то на нем плюс (анод) расположен слева, а минус (катод) справа. Согласно ЕСКД размеры УГО диодов должны составлять 5/5 мм. Это иллюстрирует рисунок снизу.

Схема подключения

Рассмотрим работу стабилитрона на примере схемы параметрического стабилизатора. Это типовая схема. Приведем формулы для расчета стабилизатора.

Читайте так же:
Стабилизатор напряжения с ограничением по току схема

Допустим, что имеется 15 Вольт, а на выходе необходимо получить 9 В. По таблице напряжений в справочнике подбираем стабилитрон Д810. Произведем расчет токоограничивающего резистора R1, согласно рисунку ниже. На нем показан токоограничивающий резистор и схема включения. Режим регулирования напряжения отмечен на вольт-амперной характеристике 1,2.

Для того чтобы полупроводник не вышел из строя, необходимо учитывать ток стабилизации и ток нагрузки. Из справочника определяем ток стабилизации.

Он равен 5 мА. На рисунке снизу представлена часть справочника.

Предполагаем, что ток нагрузки равен 100 мА:

Если нужен мощный стабилизатор, то стоит собирать схему из стабилитрона и транзистора.

Если необходимо изготовить стабилизатор на небольшое напряжение 0,2-1 В, для этого применяется стабистор. Он является разновидностью стабилитрона, но работает в прямой ветви ВАХ и включается в прямом направлении, в чем его уникальная особенность и заключается.

Аналогичным образом можно изготовить блок питания, где стабилизатор изготовлен из диодов. Как и стабистор их включают в прямом направлении. Нужное напряжение набирают прямыми падениями напряжений на диоде, для кремниевых диодов оно находится в пределах 0.5-0.7В. При отсутствии диодов, можно собрать стабилитрон из транзистора.

На нижеприведенном рисунке представлена схема на транзисторе.

Промышленность выпускает и управляемые стабилитроны. Или, точнее сказать, это микросхема — TL431. Это универсальная микросхема, позволяет регулировать напряжение в пределах от 2,5 до 36 вольт.

Регулировка осуществляется путем подбора делителя сопротивлений. На нижеприведенной схеме представлен стабилизатор на 5 вольт. Делитель собран на резисторах номиналом 2,2 К.

Специалист должен знать, как проверить мультиметром работоспособность стабилитрона. Сразу отметим, что проверить можно только однонаправленный элемент, сдвоенные (двунаправленные) такой проверке не подлежат. Если диод Зенера исправен, то при «прозвонке» тестером в одну сторону он будет показывать обрыв, а во вторую минимальное сопротивление. Неисправный звонится в обе стороны.

Маркировка

В зависимости от мощности диода, они выпускаются в различных корпусах. На металлических корпусах большой мощности указывается буквенное обозначение типа прибора.

На нижеприведенных фото представлены приборы советского производства, и как они выглядели.

Сейчас маломощные диоды выпускаются в стеклянных корпусах. Маркировка импортных приборов имеет цветовое обозначение. На корпус наносится маркировка полосами или цветными кольцами.

На нижеприведенном рисунке представлена маркировка SMD-диодов.

Отечественные диоды в стеклянных корпусах маркируют полосами или кольцами. Определить тип и параметры можно по любому справочнику радиоэлектронных компонентов. Например, зеленая полоса обозначает стабилитрон КС139А, а голубая полоса (или кольцо) указывает на КС133А.

На мощных устройствах в металлических корпусах указывается буквенное обозначение, например, Д816, как показано на фото вверху. Это необходимо для того, чтобы знать, как подобрать аналог.

Вот мы и рассмотрели, какие бывают стабилитроны, как они работают и для чего нужны. Если остались вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Изучение основных свойств стабилитрона, оценка работы параметрического стабилизатора напряжения

Страницы работы

Содержание работы

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра “Электрическая тяга”

Лабораторная работа № 44а

“Исследование полупроводникового стабилитрона”

студент группы ЭТ-401

Цель работы – изучение основных свойств стабилитрона, оценка работы параметрического стабилизатора напряжения.

Стабилитрон — это разновидность полупроводникового диода, рабо­чей областью которого, в отличие от обычного выпрямительного диода, является обратная ветвь вольтамперной характеристики (ВАХ). Эта ветвь имеет область контролируемого лавинного пробоя, который является обра­тимым (в отличие от теплового пробоя, при котором pn-переход разру­шается). Под действием обратного напряжения при высокой напряженно­сти внутреннего электрического поля pn перехода, смещенного в обрат­ном направлении, происходит ударная ионизация нейтральных атомов кристаллической решетки неосновными носителями зарядов, развивается процесс лавинообразного увеличения числа носителей зарядов, в результа­те чего резко возрастает обратный ток. При лавинном характере пробоя pn-перехода незначительное изменение напряжения вызывает резкое из­менение тока, причем в диапазоне от до напряжение на нем прак­тически не меняется (рис. 1). При токах больших происходит тепловой пробой, что приводит к выходу стабилитрона из строя.

Напряжение, при котором происходит пробой, может быть различным, так как зависит от химического состава и технологии из­готовления полупроводника. Это дает возможность выпускать стаби­литроны на различное напряжение.

Стабилитроны применяются в различных устройствах: стабилиза­торах, ограничителях перенапряже­ний, в качестве опорных элементов в системах автоматического управ­ления.

Читайте так же:
Полевой транзистор как стабилизатор тока

К основным нормируемым параметрам стабилитрона относятся:

мощность рассеяния — мощность потерь энергии в структуре стабилитрона, превышение которой приводит к тепловому пробою стаби­литрона;

напряжение стабилизации — падение напряжения на стабилитро­не при номинальном токе стабилизации;

минимальный ток стабилизации — величина обратного тока стабилитрона, при котором наступает устойчивый лавинный пробой;

максимальный ток стабилизации — величина обратного тока стабилитрона, превышение которого приводит к тепловому пробою стаби­литрона;

динамическое сопротивление сопротивление стабилитрона в от­крытом состоянии. Величина динамического сопротивления определяется углом наклона рабочей части ВАХ к оси напряжений (см. рис. 1):

при ;

температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН) — из­менение напряжения стабилизации в зависимости от изменения темпера­туры структуры стабилитрона:

.

Для стабилизации напряжения ста­билитрон включают параллельно нагрузке (рис. 2). Такую схему называют параметри­ческим стабилизатором напряжения. Во входную цепь стабилизатора включают балластный резистор , который ограни­чивает ток, протекающий через стабили­трон.

Маркировка стабилитронов произво­дится в зависимости от мощности и напряжения стабилизации и состоит из четырех элементов:

1-й — материал, из которого изготовлен стабилитрон: буква Г или цифра 1 (германий); буква К или цифра 2 (кремний);

2-й — функциональное назначение полупроводникового прибора: для стабилитрона — буква С;

3-й — номер разработки в зависимости от мощности рассеяния и на­пряжения стабилизации;

4-й — буква, обозначающая разновидность прибора.

Пример условного обозначения стабилитрона: КС235А (2С235А) – кремниевый стабилитрон с мощностью рассеяния до 0,3 Вт и напряжением стабилизации 35 В.

Для стабилизации напряжения в цепи переменного тока применяются встречно включенные стабилитроны или двухсторонние стабилитроны, ВАХ которых представляет собой сочетание двух обратных ветвей.

  1. С помощью виртуального осциллографа снять ВАХ стабилитрона.
  2. Исследовать работу параметрического стабилизатора напряжения с полупроводниковым стабилитроном.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

  1. С помощью виртуального осциллографа снять ВАХ стабилитрона

Для этого нужно собрать схему в соответствии с рис. 3. В качестве источника используется генератор стандартных сигналов. Переключатель формы сигнала необходимо установить в положение “синусоидальное”, регулятор амплитуды – в положение “0”, регулятор частоты – в минимально возможное положение. Сигнал о токе стабилитрона снимается с сопротивления 100 Ом, а сигнал о напряжении на стабилитроне – непосредственно со стабилитрона.

После сборки схемы необходимо запустить программу виртуального осциллографа и снять ВАХ (рис. 5).

По полученной ВАХ определяется напряжение стабилизации:

= 0,45 В;

= 4,45 В;

(А).

Также по ВАХ определяется динамическое (дифференциальное) сопротивление стабилитрона, чтобы впоследствии скорректировать расчет параметрического стабилизатора. Динамическое сопротивление стабилитрона определяется по наклону прямолинейного участка обратной ветви ВАХ у оси (см. рис. 6).

(Ом).

  1. Исследовать работу параметрического стабилизатора напряжения с полупроводниковым стабилитроном

Чтобы исследовать работу параметрического стабилизатора напряжения с полупроводниковым стабилитроном необходимо рассчитать параметры схемы стабилизатора.

Порядок расчета параметрического стабилизатора напряжения

  1. Выбрать тип стабилитрона по . Тип стабилитрона задан в таблице 1.

Сглаживающие фильтры и стабилизаторы напряжения

Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Сглаживание пульсаций оценивают коэффициентом сглаживания q.

Основными элементами сглаживающих фильтров являются конденсаторы, катушки индуктивности и транзисторы, сопротивление которых различно для постоянного и переменного токов.

В зависимости от типа фильтрующего элемента различают емкостные, индуктивные и электронные фильтры. По количеству фильтрующих звеньев фильтры делятся на однозвенные и многозвенные.

Емкостной фильтр представляет собой конденсатор большой емкости, который включается параллельно нагрузочному резистору Rн. Конденсатор обладает большим сопротивление постоянному току и малым сопротивлением переменному току. Рассмотрим работу фильтра на примере схемы однополупериодного выпрямителя (рис. 1, а).

Рисунок 1 — Однофазный однополупериодный выпрямитель с емкостным фильтром: а) схема б) временные диаграммы работы

При протекании положительной полуволны во временном промежутке t0 – t1 (рис. 2.63, б) протекает ток нагрузки (ток диода) и ток заряда конденсатора. Конденсатор заряжается и в момент времени t1 напряжение на конденсаторе превышает спадающее напряжение вторичной обмотки – диод закрывается и во временной промежуток t1 – t2 ток в нагрузке обеспечивается разрядом конденсатора. Т.о. ток в нагрузке протекает постоянно, что значительно уменьшает пульсации выпрямленного напряжения.

Чем больше емкость конденсатора Сф, тем меньше пульсаций. Это определяется време-нем разряда конденсатора — постоянной времени разряда τ = СфRн. При τ > 10 коэффициент сглаживания определяется по формуле q = 2π fс m Сф Rн, где fс – частота сети, m – число полупериодов выпрямленного напряжения.

Читайте так же:
Импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока

Емкостный фильтр целесообразно применять с высокоомным нагрузочным резистором RH при небольших мощностях нагрузки.

Индуктивный фильтр (дроссель) включается последовательно с Rн (рис. 3, а). Индуктивность обладает малым сопротивлением постоянному току и большим переменному. Сглаживание пульсаций основывается на явлении самоиндукции, которая изначально препятствует нарастанию тока, а затем поддерживает его при уменьшении (рис. 2, б).

Рисунок 2 — Однофазный однополупериодный выпрямитель с индуктивным фильтром: а) схема, б) временные диаграммы работы

Индуктивные фильтры применяют в выпрямителях средней и большой мощностей, т. е. в выпрямителях, работающих с большими токами нагрузки.

Коэффициент сглаживания определяется по формуле: q = 2π fс m Lф /Rн

Работа емкостного и индуктивного фильтра основана на том, что во время протекания тока, потребляемого из сети, конденсатор и катушка индуктивности запасают энергию, а когда тока от сети нет, либо он уменьшается, элементы отдают накопленную энергию, поддерживая ток (напряжение) в нагрузке.

Многозвенные фильтры используют сглаживающие свойства и конденсаторов и катушек индуктивности. В маломощных выпрямителях, у которых сопротивление нагрузочного резистора составляет несколько кОм, вместо дросселя Lф включают резистор Rф, что существенно уменьшает массу и габариты фильтра.

На рисунке 3 представлены типы многозвенных LC- и RC- фильтров.

Рисунок 3 – Многозвенные фильтры: а) Г — образный LC, б) П- образный LC, в) RC — фильтр

Стабилизаторы предназначены для стабилизации постоянного напряжения (тока) на нагрузке при колебаниях сетевого напряжения и изменении потребляемого нагрузкой тока.

Стабилизаторы подразделяются на стабилизаторы напряжения и тока, а также на параметрические и компенсационные. Стабильность выходного напряжения оценивают коэффициентом стабилизации Кст.

Параметрический стабилизатор основан на использовании элемента с нелинейной характеристикой — полупроводникового стабилитрона. Напряжение на стабилитроне почти постоянно при значительном изменении обратного тока через прибор.

Схема параметрического стабилизатора приведена на рисунке 4. Входное напряжение UBX распределяется между ограничивающим резистором Rогр и параллельно включенными стабилитроном VD и резистором нагрузки Rн.

Рисунок 4 – Параметрический стабилизатор

При увеличении входного напряжения ток через стабилитрон увеличится, значит, увеличится ток через ограничивающий резистор, и на нём будет происходить большее падение напряжения, а напряжение нагрузки останется неизменным.

Параметрический стабилизатор имеет Кст порядка 20 — 50. Недостатками такого типа стабилизаторов являются малые токи стабилизации и низкий КПД.

Параметрические стабилизаторы применяют в качестве вспомогательных опорных источников напряжения, а также когда ток нагрузки невелик — не более сотен миллиампер.

Компенсационный стабилизатор использует в качестве ограничивающего резистора переменное сопротивление транзистора. С ростом входного напряжения возрастает и сопротивление транзистора, соответственно с уменьшением напряжения уменьшается сопротивление. При этом напряжение на нагрузке остается неизменным.

Схема стабилизатора на транзисторах представлена на рисунке 5. Принцип регулирования выходного напряжения URн основан на изменении проводимости регулирующего транзистора VT1.

Рисунок 5 – Схема компенсационного стабилизатора напряжения

На транзисторе VT2 собрана схема сравнения напряжений и усилитель постоянного тока. В цепь его базы включена измерительная цепь R3, R4, R5, в цепь эмиттера — источник опорного напряжения R1VD.

Например, при увеличении входного напряжения, выходное также возрастёт, что приведёт к росту напряжения на базе транзистора VT2, в тоже время потенциал эмиттера VT2 останется прежним. Это приведёт к увеличению тока базы, а значит и тока коллектора транзистора VT2 – потенциал базы транзистора VT1 уменьшится, транзистор подзакроется и на нём будет происходить большее падение напряжения, а выходное напряжение останется неизменным.

На сегодняшний день стабилизаторы выпускают в виде интегральных схем. Типовая схема включения интегрального стабилизатора изображена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Типовая схема включения интегрального стабилизатора напряжения

Обозначение выводов микросхемы стабилизатора: «IN» – вход, «OUT» – выход, «GND» -общий (корпус). Если стабилизатор регулируемый, то имеется вывод «ADJ» — регулировка.

Выбор стабилизатора производится исходя из значения выходного напряжения, максимального тока нагрузки и диапазона изменения входного напряжения.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector