книги / Электропитание устройств связи

Принцип действия схемы стабилизатора основан на изменении угла включения тиристоров а. При изменении выходного напряже­ ния стабилизатора изменяется сигнал на выходе схемы сравнения и на выходе усилителя постоянного тока. Изменение сигнала на

Ф

ис

Рис. 8.29. Тиристорный стабилизатор постоянного напряжения: а) структурная схема; б) графики U c ( t ), u7$(t), uyi(t), Ui(t)

выходе усилителя изменяет фазу управляющих импульсов, а еледовательно, и угол включения тиристоров а.

При увеличении выходного напряжения стабилизатора в резуль­ тате воздействия цепи обратной связи угол а увеличивается от ве­ личины cti до величины что уменьшает напряжение на первич­ ной обмотке трансформатора и снижает выходное напряжение ста­ билизатора до первоначального значения.

При уменьшении выходного напряжения угол а уменьшается.

211

8.7.СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

СДВУМЯ РЕГУЛИРУЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Рассмотрим рис. 8.30. Выходное напряжение подается на схе­ му сравнения (СС), сравнивается с опорным, и сигнал рассогласо-

питания, улучшает стабильность и уменьшает напряжение на 1 РЭ.

В цепь перехменного тока стабилизатора (рис. 8.31) включены рабочие обмотки МУ с самонасыщением. Регулирующий транзистор Ti линейного стабилизатора шунтирован делителем RzR^ Напря-

Рис. 8.31. Схема стабилизатора постоянного напряжения с двумя регулирующими элементами:

билитроне Д% и сигнал их разности управляет транзистором Гг, в

цепь коллектора которого включена обмотка управления МУ. При увеличении выходного напряжения стабилизатора увеличи­

вается напряжение на нижнем плече делителя Они, увеличивается

отрицательный потенциал на базе транзистора Гу и растут его базовый и коллекторный токи.

212

Ток базы транзистора Tt уменьшается, что увеличивает его кол-

лекторное напряжение. Увеличиваются напряжения на сопротив­ лении R4, токи базы и коллектора транзистора Т2, а следовательно, увеличивается и ток в обмотке управления МУ. В результате умень­ шается время насыщенного состояния сердечников МУ, уменьша­ ется напряжение £ /0 на выходе выпрямителя, и выходное напряже­

ние возвращается к своему первоначальному значению. При умень­ шении выходного напряжения схема работает аналогично.

В результате, при любом изменении входного напряжения или тока нагрузки стабилизатора напряжение на регулирующем тран­ зисторе 7\ линейного стабилизатора остается практически неизмен­ ным.

8 .8. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В качестве параметрического стабилизатора переменных напря­ жений может быть использован нелинейный элемент с малым ди­

щения (на пологом участке кривой) относительно большим при­ ращениям тока в дросселе Д/ соответствуют незначительные изме­ нения напряжения AU.

2)3

Простейший параметрический стабилизатор рис. 8.33а состоит из дросселя с ненасыщенным сердечником (Хл) и дросселя с насы­ щенным сердечником (La). Параллельно насыщенному дросселю

включается сопротивление нагрузки.

Рассмотрим принцип действия стабилизатора при 2 Н= °°, вос­

пользовавшись характеристиками насыщенного и ненасыщенного дросселей (рис. 8.336). Если пренебречь потерями в стали и ме­ ди насыщенного и ненасыщенного дросселей, то можно считать, что напряжения на них совпадают по фазе, а сумма этих напряжений равна напряжению сети. Суммируя характеристики дросселей, по­ лучим суммарную характеристику Uc— f(l). Uc(I) — ULn(I) + + UL

Отложив по оси ординат максимальное \UCmax и минимальное Uс тга значения напряжения сети, из характеристик определим со­

ответствующие значения напряжений на насыщенном дросселе* Uвых max LJвых тт- Как видно из рис. 8.33б, изменение напряжения Д^вых значительно меньше изменения напряжения сети Д[/с.

Величина изменения напряжения AUBhlx зависит от степени на­

сыщения стали и от магнитных свойств сердечника.

Недостатками рассмотренной схемы являются: низкий cosq) (0,2—0,3), большие габариты дросселей; низкий коэффициент ста­ билизации. В связи с этими недостатками данная схема применяет­ ся редко.

Для устранения указанных недостатков в стабилизаторе, парал­ лельно насыщенному дросселю, включается конденсатор. Такой стабилизатор называется феррорезонансным (рис. 8.34а).

Включение емкости параллельно насыщенному дросселю позво­ ляет сместить рабочий участок нелинейного элемента в область

а) Ц

Рис 8 34. Феррорезонансный стабилизатор на­ пряжения:

а) схема, б) зависимости между напряжением и током в ин­ дуктивности, емкости и в нагрузке

214

Глава девятая.

Преобразователи постоянного тока

9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для питания радиоаппаратуры и аппаратуры связи от источни­ ков постоянного тока с низким напряжением (аккумуляторные ба­ тареи) используются преобразователи постоянного тока в перемен­ ный. Для этого могут быть использованы электромашинные пре­ образователи, унформеры, вибропреобразователи и статические преобразователи на полупроводниковых приборах.

Электромашинные преобразователи вырабатывают напряжение синусоидальной формы, в то время как полупроводниковые и виб­ ропреобразователи — напряжение прямоугольной формы. Недо­ статком электромашинных преобразователей является большие масса и габариты, а недостатком вибропреобразователей — не­ большая мощность, малый срок службы и невысокая надежность. Поэтому наиболее широко применяются полупроводниковые преоб­ разователи с малыми габаритами и массой, высокими КПД и экс­ плуатационной надежностью.

Преобразователи напряжения на небольшую мощность (до* 500 Вт) при питании от источников с низким напряжением преиму­ щественно выполняются на транзисторах. Преобразователи на' большие мощности, питающиеся от источников с повышенным на­ пряжением, рационально выполнять на тиристорах.

9.2. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Транзисторные преобразователи напряжения по способу воз­ буждения подразделяются на два типа: преобразователи с само­ возбуждением и преобразователи с усилением мощности.

Транзисторы в преобразователях напряжения могут включать­ ся по схеме с ОЭ, ОК или ОБ. Наибольшее применение находят схемы с ОЭ, так как в них реализуется максимальное усилениетранзисторов по мощности и наиболее просто достигаются условна самовозбуждения.

217

П р е о б р а з о в а т е л и с с а м о в о з б у ж д е н и е м . Преобра­ зователи с самовозбуждением выполняются на небольшие мощно­ сти (до нескольких десятков ватт) по однотактной и двухтактной схемам. Однотактные преобразователи с самовозбуждением пред­ ставляют собой релаксационные генераторы с положительной ОС.

Трансформатор в однотактных преобразователях работает с подмагничиванием, что резко увеличивает намагничивающий ток и потери в трансформаторе. В связи с этим однотактные преобразо­ ватели применяются ограниченно в основном для преобразования малой мощности (порядка 1—2 Вт).

Наиболее широко применяются схемы двухтактных преобразо­ вателей напряжения. Преобразователь рис. 9.1 состоит из транс­

ток в сердечнике трансформатора, который индуктирует в обмотке ОС (вг) ЭДС, направленную так, чтобы к базе транзистора, через

который первоначально протекал больший ток (например, Ti), бы­ ло приложено отрицательное напряжение, а к базе транзистора, через который при включении протекал меньший ток (например, Г2), положительное напряжение. Это приведет к увеличению тока коллектора транзистора 7\ и уменьшению тока коллектора тран­ зистора Тъ вследствие чего увеличится как магнитный поток в сер­

дечнике трансформатора, так и ЭДС, индуктируемая в обмотке ОС. Дальнейшее уменьшение сопротивления транзистора 7\ вызы­ вает увеличение тока, протекающего через него и верхнюю поло­ вину первичной обмотки трансформатора, что увеличивает магнит­ ный поток и ЭДС обмотки ОС, которая уменьшает сопротивление

218

транзистора TV При этом к верхней половине первичной обмотки окажется приложенным напряжение источника U0 за вычетом па­

дения напряжения в открытом транзисторе 7V Увеличение тока в верхней половине первичной обмотки и магнитного потока в сер-

/дечникёМ'рансформатора происходит до насыщения материала по­ следнего.

При насыщении материала сердечника увеличение магнитного потока прекращается и ЭДС обмотки ОС становится равной ну­ лю, так что потенциал базы транзистора 7\ повышается. При этом Сопротивление транзистора Т± увеличивается, а ток коллектора Тi

уменьшается, вызывая уменьшение магнитного потока в сердечни­ ке трансформатора. Изменение магнитного потока в сторону умень­ шения изменит направление ЭДС обмотки ОС так, что транзистор Т2 откроется, а транзистор Т\ закроется. В дальнейшем будет про­ исходить увеличение тока, протекающего через транзистор Т2 и

нижнюю половину первичной обмотки трансформатора. При этом магнитный поток в сердечнике, изменив направление, начнет также увеличиваться. При достижении насыщения сердечника вновь про­ изойдет переключение, т. е. транзистор Тх откроется, а транзистор Г2 закроется и т. д.

Таким образом, транзисторы 7Т и Т2 работают в ключевом ре­

жиме, поочередно подключая к верхней и нижней половинам пер­ вичной обмотки трансформатора постоянное напряжение U0 и

обеспечивая периодическое изменение тока первичной обмотки. Изменяющийся магнитный поток в сердечнике трансформатора индуктирует во вторичной обмогке переменную ЭДС, форма кривой которой близка к прямоугольной. Для уменьшения потерь мощности на переключение в транзисторах Ти Т2 сердечники транс­

форматоров изготовляют из материала с прямоугольной петлей гистерезиса (например, 50 НП, 79 НМ, 34 НКМП).

Переключение транзисторов может происходить раньше, чем наступит насыщение сердечника. В этом случае магнитный поток перестает увеличиваться из-за того, что коллекторный ток тран­ зистора достиг своего предельного значения. Предельное значение коллекторного тока определяется максимально возможной в дан­ ной схеме величиной базового тока и коэффициентом усиления транзистора по току. 'Необходимо отметить, что такой режим рабо­ ты преобразователя используется редко, так как -работа преобра­ зователя в этом случае мало экономична и неустойчива из-за влия­ ния разброса параметров транзисторов на режим переключения.

Преобразователи рис. 9.1а используются как задающие генера­ торы для уоилителей мощности ,и как автономные маломощные источники электропитания. Их основные достоинства — простота схемы, а также нечувствительность к коротким замыканиям в цепи нагрузки. При коротком замыкании в цепи нагрузки срываются автоколебания преобразователя и транзисторы Ti и Т2 закрывают­

ся. Недостатком преобразователей с насыщающимся трансфор­ матором является наличие выбросов коллекторного тока в момент

219

(переключения транзисторов, что увеличивает потери в преобра­ зователе.

Схема рис. 9.16 имеет ряд преимуществ по сравнению со схемой рис. 9.1 я. Выходной трансформатор преобразователя рис. 9.16 работает в линейной области без захода рабочей точки в область насыщения. Переключение транзисторов Tif Г2 осуществляется за счет насыщения промежуточного трансформатора Тр2. Сопро­ тивление /?ос в цепи первичной обмотки трансформатора Тр2 не­

обходимо для устранения бросков коллекторного тока при пере­ ключении транзисторов. В момент насыщения сердечника транс­ форматора Тр2 увеличивается ток в его первичной обмотке. На­ пряжение на сопротивление Яос резко возрастает, ток базы, а соот­

ветственно и ток коллектора транзистора уменьшаются.

В двухтрансформаторной схеме преобразователя транзисторы переключаются при меньших значениях коллекторных токов, чем в схеме с насыщающимся трансфорхматором.

Недостатком преобразователя является наличие дополнитель­ ного трансформатора и некоторое усложнение его базовых цепей.

В рассмотренных схемах преобразователей к закрытому тран­ зистору прикладывается напряжение, равное сумме напряжения питания Uo и ЭДС, наведенной в неработающей половине первич­

ной обмотки. Следовательно, напряжение на закрытом транзисторе равно удвоенному напряжению питания (2 670). Кроме того, на­

пряжение на транзисторе может иметь выброс, возникающий в момент его выключения. Амплитуда выброса зависит от индуктив­ ности рассеяния обмоток трансформатора и скорости изменения тока коллектора.

Таким образом, в схемах двухтактных преобразователей, где трансформатор выполнен со средней точкой, напряжение на за­ крытом транзисторе, превышает удвоенное значение напряжения питания. Поэтому рассмотренные схемы преобразователей исполь­ зуются при сравнительно низких напряжениях источника питания

(Uо = 2 5 — З О В ) .

В схеме рис. 9 2 транзисторы —Г4 образуют мост, в одну

диагональ которого включена первичная обмотка трансформатора Трь а в другую диагональ включен источник питания с напряже­ нием U0. Обмотки обратной связи подключаются к базам транзи­ сторов Т1—Г4 через дополнительные сопротивления i?6. Сопротив­ ления Ri установлены в схеме для надежного запуска преобразо­

вателя в момент подачи напряжения питания. В мостовых пре­ образователях напряжение коллектор — эмиттер закрытого тран­ зистора не превышает напряжение питания U0, поэтому они при­

меняются для преобразования больших мощностей и при повышен­ ных напряжениях питания К недостаткам мостовой схемы по сравнению со схемами рис. 9 1 следует отнести вдвое большее число транзисторов.

П р е о б р а з о в а т е л и с у с и л и т е л я м и м о щ н о с т и . При преобразовании больших мощностей наибольшее распространение получили преобразователи с использованием усилителя мощно­

220