няет то отсоединяет нагрузку, и тем самьш регулирует среднюп^ тиш,-ность, забираемую ею от источника. Для сглаживания пульсаций выходного напряжения, вызываемых коммутацией ключа, в силовую цепь импульсного стабилизатора (рис. 8.6, а) включают специальный фильтр, состояш,ий из дросселя L, конденсатора С и разрядногодиодаД. Цепь обратной связи стабилизатора управляет интервалами времени, в течение которых ключ замкнут и разомкнут.

Величина напряжения на нагрузке определяется как напряжением источника Е, так и соотношением интервалов, в течение которых ключ К замкнут и разомкнут. Воздействуя на длительность замыкающих ключ импульсов, можно регулировать напряжение на нагрузке, и, следовательно, поддерживать его постоянным при изменениях первичного напряжения Е.

Преобразование сигнала ошибки, являющегося в импульсном стабилизаторе, как и в линейном, медленно меняющимся постоянным напряжением, в импульсную последовательность с переменной скважностью, что необходимо для управления ключом, производится в специальном импульсном устройстве, входящем в цепь обратной связи стабилизатора. Работой ключа можно управлять разными способами. Если импульсное устройство создает на своем выходе импульсную последовательность с постоянным периодом повторения и меняющейся в зависимости от сигнала ошибки длительностью импульса, то такую схему называют стабилизатором с широтно-импульсной модуляцией. Если же импульсное устройство замыкает ключ при напряжении на выходе, меньшем некоторого порога, и размыкает его при превышении порога, то такую схему называют релейным или д в у х п о -зиционным стабилизатором.

При замкнутом ключе напряжение на входе фильтра равно напряжению источника Е. При разомкнутом ключе оно равно нулю (рис. 8.6, б). Положив потери напряжения в фильтре равньши нулю, получим на нагрузке среднее напряжение:

.и==Е{Т-В)/Т,

(8.12)

где 6 - длительность паузы (время нахождения ключа в разомкнутом состоянии); Т - период повторения замыкающих ключ импульсов.

Пульсации напряжения на нагрузке тем меньще, чем больше индуктивность дросселя L и чем меньше .а^лительность паузы 6.

Если бы в силовой цепи не было диода Д, то при размыкании ключа на дросселе наводилась бы очень большая э. д. с. (ток обрывался бы скачком) и либо дроссель, либо ключ пробивались бы.

В схеме с диодом в самом начале процесса нарастания этой э. д. с. появляется отрицательное напряжение на катоде диода, он открывается, что дает возможность дросселю разрядиться через нагрузку и конденсатор фильтра. Ток дросселя и нагрузки в течение интервала Г - е протекает через источник, а в течение интервала е - через

диод Д (рис. 8.6, в, г). В приведенной на рис. 8.6 схеме дроссель фильтра L включен последовательно в силовую цепь стабилизатора.

к

а) 0-

й

В такой схеме напряжение на нагрузке всегда меньше напряжения источника Е.

Возможно и параллельное включение дросселя с нагрузкой (рис. 8.7, а). При замкнутом ключе /С(0<<7 - 6) дроссель заряжается током от источника Е (рис. 8.7, е). Полярность падения напряжения на дрссселе при этом задается источником Е и она такова, что диод Д оказывается закрытым. Конденсатор С, накопивший некоторый заряд в предыдущие периоды коммутации ключа, разряжается на нагрузку, поддерживая в ней ток 1.

Размыкание ключа /С (Г - 6 < <.t <.Т) приводит к разрыву цепи зарядного тока и на дросселе наводится э. д. с. ei с полярностью, противоположной той, которая существовала на нем ранее (рис. 8.7,6). Нарастание этой э. д. с. происходит до тех пор, пока не откроется диод Д, подключающий параллельно дросселю конденсатор С и нагрузку R (разрядную цепь).

Разряжаясь, дроссель подзаряжает конденсатор С, восстанавливая уменьшившийся за предыдущую часть периода его заряд (рис. 8.7, д). Часть разрядного тока дросселя протекает и по нагрузке, поддерживая в ней близкий к постоянному ток /о (рис. 8.7, г).

Если индуктивность дросселя L и емкость конденсатора бесконечно большие, а потери в схеме отсутствуют, то вся энергия, отдаваемая источником Е, будет выделяться в нагрузке стабилизатора R. Источник Е в течение одного периода Т отдает энергию

А^ЕЩТ-Щ, (8.13)

где II - ток дросселя, который при бесконечной индуктивности постоянен.

Рис. 8.7

При разрядке дроссель отдает полученную от источника Е энергию конденсатору и нагрузке. Отдаваемая дросселем энергия

Ai = Vh%: (8.14)

Энергия, полученная при разрядке конденсатором С, затем опять попадает в нагрузку. Поэтому, приравняв правые части равенств (8.13) и (8.14), получим уравнение, из которого легко найти напряжение на нагрузке

и^Е{Т-В)Я. (8.15)

При малых интервалах разряда (6 < Т/2) напряжение U получается большим, чем Е.

В современных схемах импульсных стабилизаторов в качестве ключа широко применяют транзисторы и тиристоры. Замыканию ключа соответствует полное отпирание транзистора, приводящее к открыванию и коллекторного и эмиттерного переходов. Размыкание ключа соответствует полному отключению транзистора и запиранию обоих п-р-переходов.

Реальные транзисторы, работающие в ключевом режиме, дроссели и диоды обладают весьма малыми потерями, что позволяет выполнять силовую цепь стабилизатора в малых габаритах. Требуемая для обеспечения малых пульсаций индуктивность дросселя L уменьшается с ростом частоты коммутации ключа /(. Поэтому частоту коммутации выбирают настолько большой, насколько позволяют это применяемые в качестве ключа транзисторы. В современных стабилизаторах она достигает 10-15 кГц.

Глава IX

Стабилизаторы на стабилитронах

§ 9.1. Полупроводниковые стабилитроны

Полупроводниковый (кремниевый) стабилитрон имеет вольт-амперную характеристику (рис. 9.1) с достаточно протяженным участком а-б, на котором значительным приращениям тока соответствуют малые приращения напряжения. Этот участок получается при обратном смещении и характерен для режима так называемого электрического пробоя р-п-перехода. Если ток стабилитрона больше /ах, мощность, рассеиваемая в стабилитроне, превышает предельную, температура р-п-перехода возрастает выше допустимой и возникает необратимый тепловой пробой, разрушающий р-п-переход. - Электрический пробой является обратимым, и пологий участок характеристики стабилитрона повторяется от включения к включению с высокой точностью. Обычно ветвь обратного тока (рабочую ветвь) характеристики стабилитрона изображают при ином расположении