Материал: Введение в схемотехнику электрических цепей. Литвиненко В.П., Литвиненко Ю.В
9.5. Электронный стабилизатор напряжения
Если напряжения сети меняется во времени (нестабильно), то формируемое выпрямителем постоянное напряжение пропорционально изменяется и уменьшается при увеличении тока в нагрузке. При этом повышается амплитуда пульсаций с частотой 50 в однополупериодном выпрямителе или 100 Гц в двухполупериодном.
Рис. 9.9
Стабильность напряжения на нагрузке можно обеспечить, если между выпрямителем и нагрузкой включить электронный стабилизатор напряжения.
Самый простой стабилизатор напряжения строится на полупроводниковом стабилитроне, его схема изображена на рис. 9.10а, а вольтамперная характеристика стабилитрона – на рис. 9.10б (рассмотрите его работу самостоятельно).
Такие стабилизаторы часто являются источником опорного напряжения (ИОН) в более сложных и эффективных компенсационных (линейных) и импульсных электронных стабилизаторах постоянного напряжения или тока, примеры рассмотрены в [3].
75
Рис. 9.10
Эффективность работы электронного стабилизатора оценивается коэффициентом стабилизации, равным отноше-
нию относительной нестабильности выходного напряжения к относительной нестабильности напряжения нагрузки,
|
|
|
u1 |
|
|
K |
|
|
u1 |
, |
(9.3) |
|
|
||||
|
СТ |
|
uН |
|
|
|
|
|
uН |
|
|
где u1 - колебание входного напряжения стабилизатора u1, вызывающее отклонение от заданного значения напряжения на нагрузке uН . Чем больше КСТ , тем стабильнее выходное
напряжение.
Важной характеристикой стабилизатора является коэф-
фициент полезного действия (КПД),
|
PН |
, |
(9.4) |
|
|||
|
P1 |
|
|
где P1 - величина входной мощности, поступающей от выпря-
мителя, а PН - мощность, потребляемая нагрузкой.
Простые компенсационные стабилизаторы обладают низким КПД (меньше 50%). За счет этого увеличивается требуемая мощность силового трансформатора и выпрямителя, а также требуется отводить тепловую мощность рассеивания на проходном транзисторе. Если она превышает несколько ватт, то необходим громоздкий и дорогой радиатор и, возможно, вентилятор для принудительного отвода тепла.
76
Импульсные стабилизаторы (например, в системных блоках питания компьютеров) имеют высокий КПД и малые габариты, но создают импульсные помехи, мешающие работе радиоэлектронной аппаратуры.
Промышленность выпускает разнообразные интеграль-
ные схемы для источников питания, напри- |
|
мер, сравнительно дешевые интегральные |
|
схемы серии 142 в пластмассовых корпусах |
|
КТ-28-2 с тремя выводами (рис. 9.11). |
|
Компенсационный стабилизатор типа |
|
КР142ЕН5А с выходным стабилизирован- |
|
ным напряжением 5 В при максимальном |
|
токе нагрузки 1,5А. На вход от выпрямите- |
|
ля подается напряжение от 7,5 В до 15 В, |
|
так, чтобы мощность рассеивания не превы- |
Рис. 9.11 |
шала 1 Вт. В стабилизаторе имеется внут- |
|
ренняя схема защиты. |
|
Схема включения микросхемы КР142ЕН5А представлена на рис. 9.12а, емкость электролитических конденсаторов
C1 |
и C2 |
выбирается не менее 10 |
мкФ. Величина выходного то- |
ка |
iВЫХ |
не должна превышать |
значения iВЫХ MAX 1,5А, при |
котором на стабилизаторе выделяется мощность, не превышающая допустимую PДОП (при отсутствии радиатора
PДОП 1Вт, а с радиатором PДОП 10Вт ).
Рассеиваемая мощность P равна
P uВХ uВЫХ iВЫХ ,
отсюда
i |
ВЫХ |
|
PДОП |
. |
|
|
|
||||
|
|
uВХ uВЫХ |
|
||
Если uВХ 15В , то при отсутствии радиатора iВЫХ |
0,1А. |
||||
77
Рис. 9.12
На рис. 9.12б приведена схема включения интегральной схемы КР142ЕН5А, позволяющая регулировать выходное напряжение от 5В до (uВХ 3)В. Обычно выбирают R1 300Ом, а регулировка выходного напряжения обеспечивается сопротивлением R2 1кОм.
Выпускаются стабилизаторы отрицательного напряжения с заданным и регулируемым значениями, например, КР142ЕН10, КР142ЕН11 и двухполярные стабилизаторы КР142ЕН6, формирующие два выходных напряжения 15В.
Простейший импульсный стабилизатор напряжения рассмотрен в [3].
78
10. ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ
Генераторы радиотехнических сигналов строятся на основе нелинейных электронных элементов (например, транзисторов, интегральных схем) и отличаются разнообразием формы выходного сигнала, частотным диапазоном, мощностью и т.д.
Наиболее популярны генераторы гармонических колебаний (рис. 10.1а) и импульсные генераторы, примеры сигналов показаны на рис. 10.1б – рис. 10.1г (T – период повторения).
Рис. 10.1
Схемотехника генераторов весьма разнообразна и определяется предъявляемыми к ним техническими и конструктивными требованиями. Примеры реализации генераторов сигналов рассмотрены в [3].
Простейший импульсный генератор можно построить на базе интегральной схемы, называемой «триггер Шмидта», который представляет собой цифровой электронный элемент (рис. 10.2а), в котором зависимость выходного сигнала от входного имеет гистерезисный вид, показанный на рис. 10.2б.
Триггеры Шмидта реализованы в ТТЛ (КР155ТЛ1, КР155ТЛ2) и КМОП (КР561ТЛ1) сериях интегральных схем.
Микросхема КР561ТЛ1 (зарубежный аналог CD4093) содержит 4 триггера Шмидта с логикой 2И на входе. Ее внешний вид показан на рис. 10.3а, внутренняя структура – на рис. 10.3б, а таблица истинности – на рис. 10.3в.
79