книги / Электротехнические устройства радиосистем
..pdfизменение относительной длительности импульсов вы ходного тока от 1 до 0.
Включение индуктивности последовательно с регули рующим триодом позволяет свести к минимуму мощ ность, рассеиваемую в стабилизаторе. Когда регулирую щий триод открыт, в дросселе запасается магнитная
Рис. 8-23. Схемы импульсных стабилизаторов напряжения с широт но-импульсной модуляцией.
а —с мультиппбрДтором; б —с |
модулятором. |
энергия, которая после запирания триода расходуется через рекуперативный диод Д\ на поддержание тока в цепи нагрузки. Схемы построены таким образом, что
при увеличении |
выходного |
напряжения |
уменьшается |
|||||||||
время открытого |
состояния регулирующего транзистора |
|||||||||||
|
|
|
|
и |
выходное |
|
напряжение |
|||||
|
|
|
|
остается |
неизменным. |
|
||||||
|
|
|
|
|
Блок-схема |
релейного |
||||||
|
|
|
|
стабилизатора |
напряже |
|||||||
|
|
|
иных |
ния |
изображена |
на |
рис. |
|||||
|
|
|
8-24,а. Работает |
она |
сле |
|||||||
|
|
|
|
дующим |
образом. |
Пусть |
||||||
|
|
|
|
в |
первый момент |
пере |
||||||
|
|
|
|
ключатель |
П |
замкнут. |
||||||
|
|
|
|
Конденсатор |
|
С{ |
заряжа |
|||||
|
|
|
|
ется |
через |
|
|
резистор |
||||
|
|
|
|
Re\ |
|
до |
|
напряжения |
||||
|
|
|
|
(£^вых0“1 Д£^выхо). При до |
||||||||
|
|
|
|
стижении |
этого напряже |
|||||||
|
|
|
|
ния |
«переключатель |
П |
||||||
|
|
|
|
размыкается |
|
и конденса |
||||||
|
|
|
|
тор будет разряжаться че |
||||||||
|
|
|
|
рез |
|
сопротивление нагруз |
||||||
|
|
|
|
ки. При этом |
напряжение |
|||||||
|
|
|
|
на |
|
■выходе |
уменьшается |
|||||
|
|
|
|
до |
|
некоторого |
значения |
|||||
Рис. 8-24. |
|
|
|
( U выхО—Д '^/иы хо)) |
|
после |
||||||
|
|
|
чего вновь замыкается пе |
|||||||||
а — блок-схема |
релейного |
стабилизато |
реключатель |
|
П |
и проис |
||||||
ра напряжения. |
Г — триггер; П— |
|
||||||||||
С — схема сравнения; |
ходит заряд конденсатора |
|||||||||||
регулирующий |
транзистор. |
напряжен» |
||||||||||
б —изменение |
выходного |
С{ |
|
до |
|
напряжения |
||||||
стабилизатора |
во времени. |
|
(t/выхо+А^выхо). |
|
Таким |
|||||||
|
|
|
|
образом, |
процесс |
заряда |
и разряда конденсатора будет периодически повто ряться.
В качестве переключателя в схеме используется тран зистор, который управляется триггером Т с эмиттерной связью. 'Опрокидывание триггера происходит под дейст вием выходных сигналов схемы сравнения С.
Иногда вместо резистора /?6i включают дроссель, что повышает к. п. д. стабилизатора и уменьшает часто ту автоколебаний, снижая тем самым мощность, рас сеиваемую на регулирующем транзисторе (переключа тель П ) .
Однако применение индуктивных элементов ухудша ет стабильность выходного напряжения.
На рис. 8-25 изображены принципиальные схемы релейных стабилизаторов с резистором R G в цепи переключателя. Схемы стабилизаторов отличаются схе мами сравнения. Схема сравнения стабилизатора на рис. 8-25,а состоит из резисторов Я\у /?2, R 13 и опор-
рис. 8-25. Принципиальные схемы импульсных стабилизаторов на пряжения релейного типа с различными схемами сравнения.
ного диода Дь а схема |
сравнения стабилизатора на |
||
рис. 8-25,6 состоит из |
резисторов R i, |
i?2, R\3, опорного |
|
диода Д 1, транзистора |
Г2 |
и резистора |
^ц. |
Включение транзистора |
Т2 в схему |
сравнения позво |
ляет уменьшить пульсацию выходного напряжения и по вышает частоту переключения регулирующего транзи стора. Так как при повышении частоты переключения регулирующего транзистора мощность, рассеиваемая на нем, возрастает, то коэффициент усиления тран зистора Т2 нельзя неограниченно увеличивать. На осно вании этого коэффициент усиления транзистора Т2 нуж но выбирать оптимальным, исходя из величины пульса ций выходного напряжения и мощности, рассеиваемой на регулирующем транзисторе 7Y Триггер в схемах на рис. 8-25 выполнен на транзисторах Т3 и Г4. Он управ ляет регулирующим транзистором Tt через промежуточ ные усилительные транзисторы Ть и Г6. Для надежного запирания транзисторов Тл и Т6 на их базы подается положительный потенциал от дополнительного источни ка напряжения U\.
Так как в импульсных стабилизаторах напряжения регулирующий элемент работает в режиме переключе ния, то использование транзисторов в этих стабилизато рах лучше и к. п. д. их выше, чем линейных. Использо вание в качестве регулирующих элементов тиристоров дает возможность применять импульсные стабилизаторы при больших мощностях на выходе. Однако выходное напряжение импульсных стабилизаторов содержит отно сительно большую пульсацию, что требует установки громоздких фильтров на выходе стабилизатора. Таким образом, по фильтрующим свойствам импульсные ста билизаторы значительно уступают линейным. Этот их недостаток может быть устранен при использовании комбинированных стабилизаторов, состоящих из им пульсных и линейных, работающих параллельно на нагрузку.
Так как частота переключения регулирующего эле мента (транзистора или тиристора) ограничена его ча стотными свойствами, то на выходе импульсного стаби лизатора приходится устанавливать конденсаторные батареи большой емкости.
По электрическим показателям импульсные стабили заторы с широтно-импульсной модуляцией и релейного типа примерно одинаковы. Достоинством стабилизатора
284
с широтно-импульсной модуляцией является постоянст во частоты переключения регулирующего элемента, тогда как в релейных стабилизаторах частота переклю чения не остается постоянной при изменениях напряже ния на входе и тока нагрузки.
Преимуществом стабилизаторов релейного типа яв ляется их быстродействие, так как колебания выходного напряжения ограничены порогами срабатывания триг гера. В стабилизаторах с широтно-импульсной модуля цией ошибка отрабатывается после получения сигнала рассогласования с задержкой на один период переклю чения регулирующего элемента.
8-7. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
В качестве параметрического стабилизатора переменных напряжений может быть использован нели
нейный |
элемент, |
обладающий |
|
|
|
||||||||
малым |
|
динамическим |
сопро |
|
|
|
|||||||
тивлением- |
Таким |
элементом |
|
|
|
||||||||
является |
дроссель с насыщен |
|
|
|
|||||||||
ным |
|
стальным |
сердечником, |
|
|
|
|||||||
вольт-амперная |
характеристи |
|
|
|
|||||||||
ка |
которого |
изображена |
на |
|
|
|
|||||||
рис. 8-26. В ином масштабе эта |
|
|
|
||||||||||
характеристика |
является |
маг |
|
|
|
||||||||
нитной |
|
характеристикой мате |
|
|
|
||||||||
риала |
сердечника |
B = f ( H ) . |
0 |
|
|
||||||||
В области |
насыщения |
(на по |
|
|
|||||||||
Рис. 8-26. |
Вольт-амперная |
||||||||||||
логом |
участке |
кривой) |
относи |
||||||||||
характеристика дросселя с |
|||||||||||||
тельно |
большим |
приращениям |
насыщенным |
стальным сер |
|||||||||
тока |
в дросселе |
А/ |
соответст |
дечником. |
|
||||||||
вуют незначительные |
измене |
|
гг |
|
|||||||||
ния |
напряжения |
AU. Поэтому |
|
|
|||||||||
0 - С З |
|
||||||||||||
при |
'параллельном |
соединении |
7*1 |
||||||||||
7Г |
h I |
||||||||||||
нагрузки с дросселем и вклю |
Гг |
|
uh |
||||||||||
чении между ними и питающей |
^ ис |
|
|||||||||||
сетью |
балластного сопротивле |
|
|
|
|||||||||
ния |
(рис. 8-27) |
напряжение на |
0— |
|
1 |
||||||||
нагрузке |
будет |
|
изменяться |
|
|||||||||
|
|
|
|||||||||||
в значительно |
меньшей степе |
Рис. 8-27. Принципиальная |
|||||||||||
ни, |
чем |
изменяется |
напряже |
||||||||||
ние |
питающей |
сети. Напряже |
схема |
параметрического |
|||||||||
электромагнитного стабили |
|||||||||||||
ние на выходе такого стабили- |
затора. |
|
|
затора равно геометрической разности входного напря жения сети и падения напряжения на балластном сопро тивлении гг, т. е.
u H= u c- u r = u c - i rrr
В балластном сопротивлении ток равен геометрической сумме токов нагрузки и дросселя, т. е. ir = i,1-(-i/ . При
изменении напояжения сети, например при его повышении, несколько увеличится напряжение на выходе, что вызывает увеличение тока как в обмотке дросселя Iv так и в бал ластном сопротивлении / г, вследствие чего увеличится падение
напряжения на балластном со противлении. Таким образом, при повышении напряжения сети увеличивается падение напряжения на балластном со противлении, а при понижении напряжения сети оно умень шается и напряжение на вы ходе остается примерно неиз менным.
Электромагнитный стабили затор, изображенный на схеме рис. 8-27, практического приме нения не имеет. Он не обеспе
чивает высокой стабильности, имеет низкий к. п. д. и малый коэффициент мощности (costp), так как в 'бал ластном сопротивлении гг выделяются значительные
потери энергии, а для насыщения сердечника дрос селя L стабилизатор потребляет из сети большой реак тивный ток. Для устранения этих недостатков вместо балластного сопротивления устанавливают балластную индуктивность Lr, что уменьшает потери энергии, а для
уменьшения реактивной мощности, потребляемой из се ти, параллельно дросселю с насыщенным сердечником включают конденсатор (рис. 8-28).
Такой стабилизатоо называется ферпосезонансным. Индук тивность катушки Lr должна быть неизменной по величине для того, чтобы падение напряжения на ней было про порционально току. Поэтому дроссель L v выполняется
с ненасыщенным сердечником. На рис. 8-29 изображены зависимости между напряжением и током для трех па раллельных ветвей — индуктивности Lr емкости С и
286
нагрузки г„. При повышении напряжения на дросселе ток в его обмотке IL увеличивается сначала пропорцио нально напряжению, а при насыщении стали сердечника начинает расти быстрее. Ток конденсатора пропорцио нален напряжению (/с =<(/ссоС).
Результирующий ток / р резонансного контура равен геометрической сумме токов индуктивности и емкости, т. е.
i p = i , + ‘c- |
Если |
потерь в дросселе и в конденсаторе нет, |
||||||||
то токи IL и / с |
находятся в противофазе и результирующий |
|||||||||
ток |
равен |
арифметиче |
|
|
||||||
ской |
разности |
этих токов, |
|
|
||||||
т. |
е. |
/ P= / L—/ с. |
Поэтому |
|
|
|||||
на |
рис. |
8-29 |
ток |
IL отло |
|
|
||||
жен вправо как ток поло |
|
|
||||||||
жительный, |
а |
ток |
/ с — |
|
|
|||||
влево как отрицательный. |
|
|
||||||||
При |
малых |
напряжениях |
|
|
||||||
индуктивность |
|
дросселя |
|
|
||||||
велика, |
ток |
в |
дросселе |
|
|
|||||
мал |
и |
результирующий |
|
|
||||||
ток |
имеет емкостный ха |
Рис. 8-29. Зависимости между на |
||||||||
рактер. |
В точке |
Л, |
соот |
|||||||
ветствующей |
|
резонансу |
пряжением и током в индуктивно |
|||||||
|
сти, емкости и |
на нагрузке. |
||||||||
токов, |
результирующий |
|||||||||
|
|
|||||||||
ток равен нулю и при |
напряжения |
результирую- |
||||||||
дальнейшем |
|
повышении |
щий ток имеет индуктивный характер. При этом резуль тирующий ток резко увеличивается с повышением на пряжения, что соответствует резкому уменьшению экви валентной индуктивности контура LC. Из сравнения рабочих (пологих) участков кривых UH и UL видно, что при одинаковых изменениях тока напряжение на резонансном контуре (кривая UH) меняется меньше, чем в случае одного дросселя (кривая UL), т. е. резонанс ный контур улучшает стабилизирующую способность устройства.
Устойчивая работа стабилизатора возможна лишь за точкой резонанса (от точки А вправо), так как на этом участке повышение напряжения вызывает увеличение тока как в резонансном контуре, так и в балластной ин дуктивности, падение напряжения на которой компен сирует приращение напряжения на входе. Слева от точ ки А (участок А —В) устойчивая работа стабилизатора
невозможна (срыв стабилизации), так как положитель ным приращениям напряжения соответствуют отрица тельные приращения тока резонансного контура и бал ластной индуктивности, вследствие чего падение напря жения на дросселе Lr уменьшается, повышая выходное
напряжение в большей степени. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Феррорезонансный |
стабилизатор |
очень |
чувствителен |
||||||||
к изменению |
частоты |
тока питающей |
сети. Изменение |
||||||||
|
|
|
частоты на |
1—2% вызывает |
|||||||
|
|
|
изменение выходного |
напря |
|||||||
|
|
|
жения на 2—3,5 % - При уве |
||||||||
|
|
|
личении частоты тока |
(пунк |
|||||||
|
|
|
тирные кривые на рис. 8-29) |
||||||||
|
|
|
индуктивное |
сопротопление |
|||||||
|
|
|
увеличивается, |
а |
|
емкост |
|||||
|
|
|
ное — уменьшается. |
Поэто |
|||||||
|
|
|
му кривая UL пройдет выше, |
||||||||
|
|
|
a Uс — ниже |
и кривая |
вы |
||||||
Рис. 8-30. Схема феррорезо- |
ходного напряжения |
Unсме |
|||||||||
стится |
вверх, |
т. |
е. |
напря |
|||||||
нансного стабилизатора. |
|
жение |
на |
выходе |
стабили |
||||||
|
|
|
затора |
повысится. Уменьше |
|||||||
|
|
|
ние |
частоты |
тока |
вызывает |
|||||
|
|
|
понижение |
напряжения |
на |
||||||
|
|
|
выходе. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Практическая схема фер- |
||||||||
|
|
|
рорезонансного стабилизато |
||||||||
|
|
|
ра изображена на рис. 8-30. |
||||||||
|
|
|
Дроссель |
с |
L |
насыщенным |
|||||
|
|
|
сердечником |
представля |
|||||||
|
|
|
ет собой повышающий авто |
||||||||
Рис. 8-31. Характеристики фер- |
трансформатор, |
|
первичное |
||||||||
рорезонансного |
стабилизатора |
напряжение |
(]\ |
которого |
из |
||||||
напряжения. |
|
|
сети |
через |
дроссель |
LT при |
|||||
|
|
|
кладывается к обмотке 0—1. |
||||||||
Напряжение |
U2 обмотки |
0—2 |
больше |
приложенного |
с тем, чтобы было обеспечено стабильное номинальное напряжение при понижении напряжения сети. Резонанс ная обмотка 0—3 имеет еще большее число витков для увеличения индуктивности, что дает возможность умень шить емкость конденсатора, так как необходимая резо нансная частота обеспечивается определенной величи ной LC. Однако напряжение на резонансной обмотке Uc должно быть менее максимально допустимого значе-
ния для конденсатора, используемого в схеме.
На рис. 8-31 изображены зависимости между напряже ниями и токами для всех обмоток автотрансформатора, пе ресчитанных ко вторичной цепи. Так как напряжение, сни маемое с автотрансформатора U2y не остается строго по стоянным, то для повышения стабильности вводится компенсационная обмотка /С, включаемая так, чтобы ее э. д. с . Uк была направлена встречно напряжению U2 и вы ходное напряжение было равно геометрической разности
U2 и UKt т. е. О ъых = 0 2— Ок. Компенсационная обмотка
помещена на одном сердечнике с обмоткой Lr, и ее э. д. с., так же как и напряжение на индуктивности Lp пропорцио нально току (UK^ U r ^ I ) .
Достоинством феррорезонансных стабилизаторов на пряжения является простота устройства и высокая на дежность.
К их недостаткам, помимо чувствительности к не стабильности частоты тока питающей сети, следует от нести невысокую стабильность, зависящую от характера нагрузки, большие габариты, низкий к. п. д., малый ко эффициент мощности cosq> и возможность применения таких стабилизаторов при частоте не более 50—60 гц. Недостатком стабилизатора является также значитель ное искажение формы кривой выходного напряжения, причем она в сильной степени изменяется при измене ниях напряжения сети и тока нагрузки.
8-8. КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
Блок-схема компенсационного стабилизатора переменных напряжений (рис. 8-32) содержит сравни вающее устройство, сопоставляющее выходное напря жение с заданным его значением и вырабатывающее сигнал рассогласования, который через усилитель воз действует на регулирующий элемент. В качестве регу лирующего элемента в стабилизаторах переменных на пряжений используется магнитный усилитель, часто на зываемый также регулирующим дросселем или дроссе лем насыщения.
При воздействии сигнала рассогласования на обмот ку управления магнитного усилителя МУ индуктивное сопротивление его рабочих обмоток изменяется так,
чтобы падение напряжения на регуляторе u v обеспечи вало постоянство выходного напряжения с определен ной степенью точности при изменениях, напряжения пи тающей сети и тока нагрузки.
При идеально активной нагрузке стабилизатора и при отсутствии потерь в МУ напряжения на нагрузке f/вых и на регулирующем элементе f/p окажутся сдви нутыми по фазе на четверть периода (рис. 8-33). На-
Рис. 8-32. Блок-схема компенса |
Рнс. 8-33. Векторная диа |
|
ционного стабилизатора перемен |
грамма напряжений ком |
|
ных напряжений. |
пенсационного |
стабилиза |
|
тора. |
|
пряжение |
на |
входе стабилизатора |
£УВХ равно |
геометри |
ческой сумме |
£УВых и Uр. При повышении напряжения |
|||
на входе |
до |
величины U 'BX схема |
должна |
обеспечить |
увеличение падения напряжения на регулирующем эле менте до величины U'Р с тем, чтобы напряжение на вы ходе t /в ы х осталось неизменным. Для этого ток в обмот ке управления МУ должен уменьшаться, увеличивая индуктивное сопротивление рабочих обмоток МУ
Очевидно, что предельными режимами работы МУ будут минимальное напряжение на нем [/Р.МШ1 при наи меньшем напряжении на входе UВх.мин и максимальном
токе нагрузки / макс и максимальное напряжение |
на нем |
||||||
^Р.манс |
при наибольшем |
напряжении |
на входе |
|
t/вх.макс |
||
и минимальном токе нагрузки. Таким образом, |
|
||||||
.мин |
V u |
и |
и и р.мякс |
V |
и 2 |
— и 2 |
|
и Р |
ВХ M i ’ll |
вых |
|
т |
вХ мак: |
|
ВЫХ* |
В этих выражениях 1/тлх и отношение URX.x,awJUnx.xniu