Стабилизатор непрерывного действия

 

В этом стабилизаторе в блок сравнения БС входят пара­метрический стабилизатор, состоящий из стабилитрона Д и резис­тора R6,и резистивный делитель R1R2R3.Усилителем постоянного тока является усилитель на маломощном транзисторе Т2и резисто­ре RK.В качестве регулирующего элемента используется мощный транзистор Т1.В рассматриваемом компенсационном стабилизаторе происходит непрерывное сравнение напряжения на нагрузочном резисторе Uн (или части его) с опорным напряжением Uoп, создаваемым с помощью параметрического стабилизатора.

При увеличении входного напряжения стабилизатора или уменьшении нагрузочного тока Iн напряжение Uн повышается, отклоняясь от номинального значения. Часть напряжения Uн, равная βUн (β — коэффициент деления резистивного делителя R1R2R3), являющаяся сигналом обратной связи, сравнивается с опорным напряжением Uоп, снимаемым с параметрического стабилизатора. Так как опорное напряжение остается постоянным, то напряжение между базой и эмиттером транзистора Т2 из-за увеличения напряжения βUн уменьшается. Следовательно, коллекторный ток транзистора Т2 снижается. Это приводит к уменьшению напря­жения между базой и коллектором транзистора Т1, что равносильно увеличению его сопротивления. Вследствие этого, падение напряже­ния на транзисторе Т1возрастает, благодаря чему напряжение Uн приобретает значение, близкое к номинальному с определенной степенью точности. С помощью переменного резистора R2 осуществляется регулирование напряжения Uн.

К достоинствам компенсационных стабилизаторов постоянных напряжения и тока относятся: высокий коэффициент стабилизации (К>1000); низкое внутреннее сопротивление; отсутствие собственных помех.

Недостатками являются: невысокие значения коэффициента полезного действия, не превышающие 0,5—0,6; большая сложность, следовательно, меньшая надежность по сравнению с параметрическими стабилизаторами; значительные масса, габариты и стоимость стабилизаторов.

 

Импульсный стабилизатор

По способу управления регулирующего элемента делится на:

а) Релейные (двухпозиционные):

РЭ – регулирующий элемент

Ф – фильтр                                                          

БС – блок сравнения

ИБ – импульсный блок

 

б) Широтно-импульсной модуляции

ГИ – генератор импульсов

ГЛИН – генератор линейно изменяемого напряжения

 

 

Управляемые выпрямители

Часто требуется не только преобразовывать переменное напряжение в постоянное, но и плавно изменять значение выпрямленного напряжения.

Выпрямители, которые совмещают выпрямление переменного напряжения (тока) с управлением выпрямленным напряжением (током), называют управляемыми выпрямителями.

Основным элементом современных управляемых выпрямителей является тиристор.

Управление напряжением на выходе управляемого выпрямителя сводится к управлению во времени моментом отпирания (включения) тиристора. Это осуществляется за счет сдвига фаз между анодным напряжением и напряжением, подаваемым на управляющий электрод тиристора. Такой сдвиг фаз называют углом управления, а способ управления называют фазовым.

Управление величиной а осуществляют с помощью фазовращающей R2С-цепи, которая позволяет изменять угол α от 0 до 90°. При этом выпрямленное напряжение регулируют от наибольшего значения до его половины.

Резистором R1 изменяют напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора.

Диод Д обеспечивает подачу на управляющий электрод положительных однополярных импульсов.

К недостаткам можно отнести нестабильность угла α (т.к. свойства тиристора и кривая открывания подвержены влиянию внешних факторов (температуры)). (Уменьшают длительность импульсов, подаваемых на управляющий электрон).

 

ЭЛЕКТРОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ

 

Параметрические стабилизаторы обеспечивают невысокую степень стабилизации по сравнению с электронными стабилизаторами. Схема такого стабилизатора представлена на рис.3. На этой схеме стабилитрон является источником опорного напряжения и обеспечивает постоянный потенциал базы транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя.

 

Здесь выходное напряжение равно опорному, если не учитывать очень малое падение напряжения на эмиттерном переходе. Особенность данной схемы заключается в том, что ток нагрузки может в несколько раз превышать номинальный ток стабилитрона.

Более лучшую стабилизацию, по сравнению с вышеуказанной схемой, обеспечивают схемы, в состав которых входят усилители разносного сигнала между выходным напряжением и опорным. Из схемы на рис. 4 видно, что транзистор VT1 является регулирующим, а VT2 усилительным элементом. Часть выходного напряжения с делителя R1, R2, R3, поступает на базу усилительного транзистора VT2, у которого потенциал фиксирован стабилитроном VD1. На VT2 происходит усиление разности этих напряжений, затем усиленная разность напряжений поступает на базу регулирующего транзистора VT1, где и происходит управление выходным напряжением. Это происходит следующим образом. С увеличением входного напряжения выходное также увеличивается, усилительный транзистор VT2 приоткрывается, ток на его коллекторе увеличивается, а потенциал падает и на коллекторе и на базе регулирующего транзистора VT1. А это значит что регулирующий транзистор подзапирается и гасит избыток выходного напряжения. В данной схеме есть возможность регулировки выходного напряжения, которая осуществляется при помощи переменного резистора R2.

Существует огромное множества схем транзисторных стабилизаторов. Но принцип работы остается прежним: стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет гашения избытка входного напряжения на регулирующем транзисторе. Стабилизаторами напряжения хорошо сглаживаются пульсации выпрямленного напряжения, и поэтому при наличии его в схеме, сглаживающий фильтр может отсутствовать. При этом, чтобы улучшить сглаживания, выход стабилизатора соединяют с базой усилительного транзистора через конденсатор.

 

Электронные усилители

Усилители - это устройства, предназначенные для усиления напряжения, тока и мощности электрического сигнала.

Классификация усилителей:

1) в зависимости от усиливаемого параметра усилители напряжения, тока, мощности

2) по роду усиливаемых сигналов:

- усилители гармонических (непрерывных) сигналов;

- усилители импульсных сигналов (цифровые усилители).

3) по полосе усиливаемых частот:

- усилители постоянного тока;

- усилители переменного тока

- низкой частоты, высокой, сверхвысокой и т.д.

4) по характеру частотной характеристики:

- резонансные (усиливают сигналы в узкой полосе частот);

- полосовые (усиливают определенную полосу частот);

- широкополосные (усиливают весь диапазон частот).

5) по типу усилительных элементов:

- на электровакуумных лампах;

- на полупроводниковых приборах (усилители на полевых и биполярных транзисторах);

- на интегральных микросхемах.

 

Простейший усилитель представляет собой схему на основе транзистора. Использование усилителей вызвано тем, что обычно электрические сигналы (напряжения и токи), поступающие в электронные устройства малы по амплитуде и возникает необходимость увеличивать их до требуемой величины, достаточной для дальнейшего использования (преобразования, передачи, подачи на нагрузку).

На рисунке 1 представлены устройства, необходимые для работы усилителя.

 

 

 

 

Рисунок 1 - Окружение усилителя

 

Мощность, выделяющаяся на нагрузке усилителя, является преобразованной мощностью его источника питания, а входной сигнал только управляет ею. Усилители питаются от источников постоянного тока.

Обычно усилитель состоит из нескольких каскадов усиления (рис. 2). Первые каскады усиления, предназначенные, главным образом для усиления напряжения сигнала, называют предварительными. Их схемное построение определяется типом источника входного сигнала.

Каскад, служащий для усиления мощности сигнала, называют оконечным или выходным. Их схемотехника определяется видом нагрузки. Так же, в состав усилителя могут входить промежуточные каскады, предназначенные для получения необходимого коэффициента усиления и (или) формирования необходимых характеристик усиливаемого сигнала.

 

Структура усилителя

 

Рисунок 2 - Структура усилителя

 

При выборе усилителя исходят из параметров усилителя:

· Выходная мощность, измеряется в Ватах. Выходная мощность варьируется в широких пределах в зависимости от назначения усилителя, например в усилителях звука - от милливатт в наушниках до десятков и сотен ватт в аудиосистемах.

· Диапазон частот, измеряется в Герцах. Например, тот же усилитель звука обычно должен обеспечивать усиление в диапазоне частот 20–20 000 Гц, усилитель телевизионного сигнала (изображение + звук) – 20 Гц – 10 МГц и выше.

· Нелинейные искажения, измеряются в процентах %. Характеризуют искажение формы усиливаемого сигнала. Обычно тем меньше данный параметр, тем лучше.

· КПД (коэффициент полезного действия), измеряются в процентах %. Показывает, какая часть энергии источника питания расходуется на выделение мощности в нагрузке. Дело в том, что часть мощности источника тратится бесполезно, в большей степени это тепловые потери – протекание тока всегда вызывает нагрев материала. Особенно критичен данный параметр для устройств с автономным питанием (от аккумуляторов и батарей).