Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Электротехнические устройства радиосистем

..pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
20.11.2023
Размер:
14.55 Mб
Скачать

изменение 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 выхОД '^/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

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.

 

 

0-
Рис. 8-28. Принципиальная схема феррорезонансного стабилизатора напряжения.

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 — 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 01.

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 2Ок. 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