Главная  Электроустройства и узлы радиосистем на постоянном токе 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 [ 40 ] 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

равным б'за , ключ разомкнётся. После этого начинается разряд выходного конденсатора током нагрузки /ц = const, и напряжение на нем спадает линейно. Уменьшение выходного напряжения вызовет рост напряжения на коллекторе и, когда оно сравняется с б^отм- ключ замкнется. Снова наступает этап подзарядки конденсатора С.

Пусть ключ разомкнут в течение времени е, а замкнут в течение интервала Т- 9. Так как скорость разряда конденсатора в данной модели (/о = const) не зависит от величины напряжения Е, то величина интервала б не меняется при изменениях входного напряжения Е. Колебания входного напряжения вызывают изменения лишь одной зарядной части периода 7 - б - Ее величина уменьшается с ростом Е, а вместе с ней уменьшается и весь период Т.

Увеличение тока нагрузки приводит к уменьшению зарядной и разрядной частей периода. Последняя изменяется резче. Поэтому увеличению тока нагрузки соответствует и уменьшение периода работы ключа Т и уменьшение относительной длительности паузы е/7.

Самый большой период работы ключа такого стабилизатора соответствует наименьшему току нагрузки / пип и входному напряжению Ет\п- В реальных схемах добиваются того, чтобы этот период Г^ах получался достаточно малым, так как иначе придется для сглаживания пульсаций напряжения применять громоздкий фильтр.

Рассмотренный стабилизатор обладает к. п. д. меньшим, чем стабилизатор с LC-фильтром. Но у него меньше и инерционность. Реле подключает или отключает источник £ в те моменты времени, когда выходное напряжение достигает пороговых значений.

Включение в релейный стабилизатор дросселя L вместо балластного резистора улучшает к. п. д. стабилизатора, но вместе с тем вносит дополнительное запаздывание в систему регулирования. А это повышает пульсации выходного напряжения и склонность стабилизатора к самовозбуждению.

§ 11.6. Схемы цепей управления и показатели стабилизаторов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ]

Цепь управления импульсного стабилизатора с ШИМ преобразовывает изменения постоянного напряжения в изменения длительности генерируемых ею коммутирующих импульсов. В качестве преобразователей используют ряд устройств: магнитные усилители, мультивибраторы и другие импульсные схемы.

Рассмотрим одну из схем преобразователей, принцип работы которой основан на сравнении сигнала ошибки и линейно-меняющегося напряжения. В момент, соответствующий их равенству, вырабатывается сигнал, переводящий транзистор силовой цепи в состояние отсечки. В насыщение силовой транзистор переводится в начале каждого такта работы задающего генератора.

Такой принцип используется в ряде микросхем, предназначенных для применения в цепях управления импульсных стабилизаторов. Микросхема включает в себя пять функциональных узлов: усилитель

сигнала ошибки, преобразователь сигнала ошибки в последователь-1юсть управляющих импульсов, усилитель управляющих импульсов, маломощную силовую цепь и источник опорного напряжения. При токах нагрузки меньше 50 мА данная микросхема используется как стабилизатор напряжения. При больших токах нагрузки она управляет работой мощного транзисторного ключа, т. е. является схемой управления.

На рис. П. 15 элементы, входящие в микросхему, обведены штриховой линией. Усилитель сигнала ошибки - дифференциальный (транзисторы Ti и То). На базу Ту подается с делителя цепи сравнения часть выходного напряжения стабилизатора, а на базу Т^ - опорное


напряжение. Усиленный сигнал ошибки снимается с коллектора Т^, нагрузкой которого является простейший стабилизатор тока транзистор Т4. Транзистор Тз, включенный как диод, используется для формирования напряжения U транзистора Т^.

Транзисторы Г5 и Т^ входят в состав преобразователя сигнала ошибки в импульсную последовательность с переменной сважностью. Напряжение задающего генератора (рис. 11.16, а) через конденсатор С2, имеющий небольшую емкость, подается на мостовой выпрямитель (диоды Ду - Дп). На нагрузке выпрямителя, т. е. между точками а и б, создается напряжение пилообразной формы (рис. 11.16, б).

Это напряжение должно иметь размах, достаточный для перевода Тд в состояние насыщения. Задержка моментов времени, в которые Т^ выходит из насыщения, по отношению к переднему фронту пилообразного напряжения зависит от того, насколько открыты транзисторы Т^ и Tg. Если транзисторы почти заперты, среднее напряжение между их базой и эмиттером, задаваемое потенциалом коллектора 72,мало, то сравниваться с линейно уменьшающимся напряжением на выходе выпрямителя оно будет только в конце такта (рис. 11.16, б).



При возрастании потенциала на коллекторе напряжение 1), растет и становится равным U . Такому напряжению соответствует большая пауза между импульсами напряжения, снимаемыми с общей эмиттерной нагрузки транзисторов и 7 -резистора/(рис. 11.16,б).-Транзисторы Ту, Tg и Тд являются усилителями импульсов, снимаемых с резистора Усиленные импульсы с коллектора Tq через внешний делитель напряжения подаются на базу Гщ, являющегося одним из транзисторов ключа, входящего в состав микросхемы. Этот

ключ (транзисторы Т^ и 7ц) управляет в данной схеме стабилизатора внешним силовым ключом, выполненным также в виде составного транзистора (Тц, Т-).

Транзистор и стабилитрон

Дб образуют схему формирования опорного напряжения. Диод Д используется для термокомпенсации. Стабильное напряжение, получающееся на эмиттере Т^, задает величину напряжения питания усилительно-преобразовательной части микросхемы. Оно туда подается через эмиттерный повторитель (транзистор Г,з).

Для расчета нестабильностей выходного напряжения стабилизатора необходимо задать в каком-либо виде функцию, определяющую действие цепи обратной связи. Пусть эта функция линейна и имеет вид

и

п

Рнс. 11.16

blT=k,{UNe-EJlV,.

(11.41)

Здесь V, - нормирующее напряжение, позволяющее придать безразмерный вид описываемой зависимости.

Силовая цепь импульсного стабилизатора с последовательным включением дросселя и транзистора формирует выходное напряжение в соответствии с соотношением (7.39), которое запишем в форме

U = E{\-BIT)-I,r.

(11.42)

Подставив (11.41) в (11.42), получим соотношение, определяющее выходное напряжение стабилизатора с замкнутой цепью обратной связи:

V = E[\-k,NJJlU, + k,EjU,]-l,r. (11.43)

Пусть входное напряжение возрастает на Д£, опорное на АЕ, выходной ток уменьшится на Д/ц. Все это приведет к увеличению выходного напряжения на Д(7. Тогда (11.43) примет вид

и-\-Ш = {Е + АЕ)[\-kyN, {U + AU)/U,+

-f ky (£ + Д£оп)/в] - (/о - А/о) г. (11.44)

Вычтя из этого выражения (11.43) и опустив члены второго порядка малости, найдем связь приращений напряжений и токов в стабилизаторе:

AU = - EkyNeAU/U, + EkyAEjV, +

+ AIj-\-AE{\-kyNJUlV, + kyEjV,). (11.45)

Затем определим в явном виде приращение выходного напряжения. В нем коэффициенты, стоящие в правой части, будут коэффициентами нестабильности по соответствующим дестабилизирующим факторам:

AU = [EkyAEjU, + Д/оГ + Д£ (1 - kyN,U/U, +

Таким образом, для показателей стабилизатора имеем: R.u. = r/[\+kyNeE/U,], kE = AUIAE = ((7 + I,r)l[E (1 -\-kyNeElU,)l (11.47)

kEoa = AU/AE = Ekyl[V, (1 + kyNeE/U,)] l/N,.

Bee нестабильности, кроме нестабильности по опорному напряжению, при большом усилении усилителя получаются малыми величинами.

Глава XII

Стабилизаторы переменного напряжения

§ 12.1. Основные особенности стабилизаторов

Для стабилизации переменных напряжений применяют в основном те же методы и схемы, что и-для стабилизации постоянных напряжений; используют лишь другие элементы схемы.

В простейших стабилизаторах переменное напряжение на нагрузке с постоянным одним из своих показателей получается из-за нелинейности вольт-амперной характеристики одного из элементов схемы так же, как в схеме со стабилитроном, работающей на постоянном токе. В более сложных стабилизаторах с обратной связью стабильность выходного напряжения достигается за счет изменения сопротивления элементов силовой цени, которыми управляет усилитель сигнала ошибки.

Однако имеются и существенные отличия стабилизаторов переменного напряжения от стабилизаторов постоянного напряжения.

Во-первых, все стабилизаторы переменного напряжения искажают форму кривой напряжения. Вы.ходное напряжение, если не принять специальных мер, значительно отличается по форме от входного. Поэтому следует всегда обращать внимание на то, какой из показателей переменного напряжения стабилизируется: амплитудное значение, действующее или среднее (за полпериода). В связи с искажениями

9 А. и. Иванов-Цыганов



формы кривой выходного напряжения, вносимых стабилизатором при пзменеиии амплитуды входного, стабилизируется одни из названных показателей, а не все вместе.

Стабилизируемый показатель определяется назначением стабилизатора, т. е. нагрузкой, на которую он работает. В стабилизаторах тока накала ламп следует добиваться стабильности действующего значения тока; в стабилизаторах напряжения питания гироскопа - амплитуды первой гармоники; в стабилизаторах, питающих выпрямитель нагрузка которого начинается с индуктивности, - среднего значения напряжения и т. д.

Если на нагрузке необходимо получить -напряжение, близкое по форме к гармоническому, то она должна подключаться к выходу стабилизатора через резонансный фильтр, подавляющий все высшие гармоники. В этом случае действующее, среднее и амплитудное значения напряжения на нагрузке оказываются одинаково стабильными.

Во-вторых, на стабильности выходного напряжения сказывается изменение частоты тока питающей сети. Промышленная сеть переменного тока имеет довольно высокую стабильность частоты и особых сложностей при стабилизации напряжения, получаемого от нее, не возникает. Однако при стабилизации напряжения бортовой сети самолета или сети другого автономного источника с влиянием частоты на стабильность напряжения приходится считаться.

Третьей особенностью стабилизатора переменного напряжения является потребление.им реактивного, тока, что ухудшает работу генераторов первичного переменного напряжения.

Четвертая особенность стабилизаторов - зависимость их работы от реактивного сопротивления нагрузки.

В некоторых случаях стабилизаторы, успешно работающие на чисто омическую нагрузку, имеют плохие показатели при омическо-емкостной или омическо-индуктнвной нагрузке. Отметим кратко основные особенности схемы стабилизаторов переменного напряжения с обратной связью.

Силовая цепь такого стабилизатора может быть выполнена по аналогии с управляемым выпрямителем на тиристорах или магнитных усилителях (рис. 121, а, б).. Могут применяться те же силовые элементы, что в стабилизаторах постоянного напряжения, но включенные в диагональ выпрямительного моста (рис. 12.1, в). Возможно и включение в диагональ моста регулируемой постояннойэ. д. с, что позволяет менять угол отсечки переменного напряжения и за счет этого получать стабильное выходное напряженне. Регулируемым источником э. д. с. может быть линейный стабилизатор постоянного напряжения с достаточно широким диапазоном регулировки своего выходного напряжения.

В схемы цепей сравнения стабилизаторов переменного напряжения обычно включают выпрямитель, выходное напряжение которого сравнивается с постоянным опорным. При этом следует учитывать, какой показатель выходного переменного напряжения стабилизируется. Если стабилизируется амплитудное значение, то цепь сравнения должна иметь пиковый выпрямитель. Пиковый выпрямитель работает на

нагрузку, начинающуюся с емкости, и при очень большом сопротивлении нагрузки.

Если стабилизируется среднее за полпериода напряжение на нагрузке, то выпрямитель в цепи обратной связи должен иметь нагрузку, начинующуюся с индуктивности, и во избежание режима прерывистого тока в дросселе этого выпрямителя относительно небольшое сопротивление нагрузки. Для стабилизации действующего значения напряжения на нагрузке в цепь сравнения можно включить элемент, параметры которого резко меняются при изменении количества тепла, выделяемого в нем под действием стабилизируемого напряжения.

Что касается усилителей в цепи обратной связи (ДОС), то для схем,-с непрерывным регулированием (рис. 12.1,6, г) они ничем не

Л, Д.


му

Ф .0-

Рис. 12.1

I-:-<

1-г^-п i

отличаются от усилителей, встречающихся в стабилизаторах постоянного тока. А для схем с прерывистым регулированием на тиристорах усиление сигнала ошибки производится одновременно с преобразованием его во временной интервал, определяющий момент запаздывания включения элемента силовой цепи по сравнению с моментом прохождения через нуль переменного напряжения соответствующей фазы. Иначе говоря, в цепи обратной связи стабилизатора с прерывистым регулирование- должно быть фазоимпульсное устройство, а усиление сигнала ошибки необходимо лишь для облегчения четкого срабатыванияэтого устройства.

В стабилизаторе, выполненном на магнитных усилителях, преобразование сигнала ошибки во временной интервал производится в самом магнитном усилителе. Поэтому в нем цепи обратной связи те же, что и в стабилизаторе с непрерывным регулированием.

Для питания основных радиотехнических устройств требуются источники постоянного напряжения. Проектировать стабильные источники переменного напряжения радиоинженеру приходится



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 [ 40 ] 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов