Материал: Лабораторная работа 4

поэтому часто в качестве переключающего элемента применяют соединение транзисторов называемое составным транзистором Дарлингтона.

Схема Дарлингтона собирается из двух транзисторов. Усиление по току составного транзистора сост тр приблизительно равно произведению коэффициентов усиления каждого транзистора в отдельности сост тр = 1 ∙ 2,

т.е. к2 = 1 ∙ 2 ∙ б1= сост тр ∙ б1.

При подачи отпирающего импульса на базу транзистора 1 оба транзистора должны перейти в режим насыщения. Транзисторы ведут себя, как один транзистор с достаточно малым быстродействием, так как транзистор 1 не может быстро выключить транзистор 2. Учитывая это свойство, между базой и эммитером транзистора 2 обычно включают резистор R. Этот резистор предотвращает смещение транзистора 2 в область проводимости за счет токов утечки транзисторов 1 и 2.

Рис. 5 в. Схема Дарлингтона с направлениями токов.

Рассмотрим параметры схемы Дарлингтона на примере схемы на рис. 5 в. При работе транзисторов в линейном режиме запишем для 1 :

к1 = 1 ∙ б1 ; э1 = (1 + 1) ∙ б1.

Для транзистора 2:

к2 = 2 ∙ б2.

Учитывая, что для данной схемы б2 = э1, предыдущее выражение можем переписать следующим образом к2 = 2 ∙ б2 = 2 ∙ (1 + 1) ∙ б1. Зная, что значение = 50 … 500 можем легко пренебречь единицей и записать к2 = 2 ∙

1 ∙ б1.

В остальном транзистор Дарлингтона ведет себя точно также как и обычный транзистор, только с большим усилением по току сост тр = 1 ∙ 2.

Все выше сказанное справедливо и для комплементарной схемы Дарлингтона (схемы Шиклаи).

3.3.Схема сравнения в релейном стабилизаторе.

Схема сравнения является обязательным элементом каждого компенсационного стабилизатора. Ее назначение выявить величину отклонения выходного напряжения стабилизатора от установленного номинала, в случае необходимости усилить ее и передать в следующий узел цепи обратной связи.

На рис. 6 приведена схема усилителя постоянного тока на дифференциальном усилителе. Дифференциальный усилитель обычно используется для усиления разности напряжений двух входных сигналов. В нашем случае происходит сравнение изменявшегося выходного напряжения снимаемого с резистора б3 c напряжением на э,

+

триггер

-

Рис.6. Дифференциальный усилитель в импульсном стабилизаторе с двухпозиционным управлением.

которое поступает с источника опорного напряжения. Усиленная разница поступает далее на триггер.

3.4.Триггер Шмитта.

Вкачестве релейных элементов в стабилизаторах постоянного напряжения находят широкое применение триггеры на транзисторах. На рис. 7 (а-б) изображена схема с эмиттерной связью (триггер Шмитта) и характеристика. Триггер может находиться в одном из двух устойчивых

состояний. В первом состоянии транзистор 1 закрыт, а 2 - открыт и насыщен. Переход триггера из одного состояния в другое происходит очень быстро (лавинообразно) при воздействии определенной величины на базу транзистора1. Существуют две критические величины сигнала, при которых происходит

Выходной сигнал, используемый для управления ключевым транзистором, снимается с коллектора транзистора 2 триггера. Таким образом, 2 отпирает и запирает транзистор 3, который, в свою очередь воздействуют на схему управления регулирующим транзистором.

Условие насыщения транзистора 2 обеспечивает резистор 5, а для увеличения быстродействия триггера параллельно резистору 5 иногда включают конденсатор С.

4.ОПИСАНИЕ СТЕНДА.

Внастоящей работе исследуется импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока, построенный на базе однотактного преобразователя типа ПН (с понижением напряжения). Силовая часть стабилизатора (рис.8 а) содержит:

- регулирующий элемент VT, выполненный на биполярном транзисторе, работающий в режиме переключения;

- выходной LCD фильтр нижних частот;

- нагрузку, подключаемую параллельно конденсатору выходного LCD фильтра.

Висследуемом стабилизаторе используется двухпозиционный (релейный) способ управления регулирующим элементом, для чего в состав схемы управления введено пороговое устройство – триггер Т с двумя устойчивыми состояниями. Выходной сигнал триггера через устройство согласования Д (драйвер) управляет работой регулирующего элемента (переводит регулирующий транзистор из состояния насыщения в состояние отсечки и наоборот). Сигнал на вход триггера подается с выхода стабилизатора через схему сравнения СС и усилитель постоянного тока УПТ, так что стабилизатор работает в режиме автоколебаний.

Рассмотрим работу стабилизатора в предположении идеальности всех его элементов. При переводе VT в режим насыщения диод VD закрыт и

оказывается под обратным напряжением равным входному напряжению U0. При этом к обмотке дросселя L будет приложено напряжение равное (U0 - UН), под действием которого дроссель будет запасать энергию, а его ток нарастать по линейному закону. Когда увеличивающийся ток дросселя станет больше тока нагрузки начнется заряд конденсатора С и увеличение выходного напряжения, что будет приводить к увеличению напряжения на входе УПТ и, следовательно, к уменьшению напряжения на входе триггера Т.

Рис. 8. Структурная схема релейного стабилизатора (а), временная диаграмма напряжения на входе фильтра (б).

Когда напряжение на входе Т достигнет значения его порога отпускания, триггер через драйвер обеспечивает перевод VT в выключенное состояние. При этом ЭДС самоиндукции дросселя обеспечивает включение диода VD, так что к обмотке дросселю будет приложено напряжение, равное выходному напряжению UН, под действием которого дроссель будет отдавать ранее запасенную энергию в нагрузку, а его ток будет уменьшаться по линейному закону. Когда убывающий ток дросселя станет меньше тока нагрузки начнется разряд конденсатора С и, следовательно, уменьшение выходного напряжения стабилизатора. При этом напряжение на входе триггера Т начнет увеличиваться и при достижении порога его срабатывания он через драйвер обеспечит перевод VT во включенное состояние.

Регулирующий элемент VT8, работающий в режиме переключения, преобразует входное напряжение постоянного тока U0 в последовательность однополярных прямоугольных импульсов, подаваемых на вход LCD фильтра (рис. 8 б), который в свою очередь выделяет интегральную (среднее значение) составляющую этой последовательности прямоугольных импульсов. Так, например увеличение напряжения на входе стабилизатора приводит к уменьшению длительности открытого состояния регулирующего элемента, т.е. к уменьшению длительности tИ прямоугольных импульсов на входе фильтра при практически неизменной длительности паузы tП , что и обеспечивает стабилизацию среднего значения выходного напряжения.

К достоинствам импульсных стабилизаторов и в частности исследуемого