Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

Наиболее значительный узел изучаемой дисциплины - это силовая часть импульсного стабилитрона, которая независимо от типа содержит в себе регулируемый транзистор VT11, дроссель L1, емкость С1 и коммутирующий диод VD1, включены по следующей схеме:

Рассмотрим процессы, происходящие в регулирующем транзисторе и коммутирующем диоде токов и напряжений, представленных на рисунке.

В момент t1 в цепь базы закрытого транзистора VT11 подается импульс тока, достаточный для насыщения цепи коллектора. Рабочая точка перемещается из области отсечки в область насыщения за время tin, которое зависит от величины тока базы и частотных свойств транзистора.

Исходя из постоянного тока в дросселе, ток диода VД1 уменьшается, напряжение на диоде мало а к транзистору приложено напряжение равное входному Uвх. Из-за конечного времени запирания диода ток диода некоторое время имеет обратный знак, на токе коллектора появляется выброс.

В момент времени t2 коллекторный ток транзистора становится равным I к11 min = IД2 min. Напряжение UК11 уменьшается до напряжения насыщения, а ток в диоде Д1 падает до 0. в интервале времени t2 - t3 ток коллектора возрастает, ток диода равен обратному току а напряжение на диоде равно входному.

В момент t3 на базу транзистора подается запаздывающее напряжение, ток базы меняет свое напряжение, а ток коллектора начинает уменьшаться с задержкой на время рассасывания избыточной концентрации не основных носителей в базе.

Как только транзистор начинает закрываться, ЭДС самоиндукции дросселя меняет знак и диод включается. Напряжение на диоде падает до 0. Переход транзистора из насыщенного состояния в режиме отсечки происходит за время величина которого зависит от частотных свойств транзистора и от величины тока базы ∆Iбз.

Величина ∆Iбз в основном зависит от внутреннего сопротивления запирающего источника тока, так как в интервале рассасывания эмиттерный переход Т11 представляет собой весьма небольшое сопротивление.

В момент времени t4 ток iк11 уменьшается до минимальной величины, а ток iД2 увеличивается до IД2 max = I к11 max.

В интервале t4 - t5 ток диода уменьшается. Напряжение Uк11 = Uвх. Начиная с момента времени t5, процесс повторяется.

Очень важным параметром импульсного стабилитрона является мощность, рассеиваемая регулирующим транзистором. Величина этой мощности определяет КПД всего устройства и в значительной степени влияет на его габариты.

Она состоит из трех: мощности в режиме отсечки Рко, в режиме насыщения Ркн и в режиме переключения Ркп

Рко = Uо Iко (1-γ)

Ркн = Uкэ нас Iкmax γ

Ркп = Uо Iкmax (t in + t off) fo/2

Рк = Рко + Ркн + Ркп

Где Iко - начальный коллекторный ток транзистора;

Uкэ нас - напряжение коллектор-эмиттер транзистора в режиме насыщения;

Iкmax - максимальный коллекторный ток;

t in - время включения;

t off - время выключения;

fo - частота переключения;

γ - относительное время открытого состояния транзистора, γ = Ти / То

При малых Iко суммарная мощность в основном определяется Ркн и Ркп.

В стабилизаторах напряжения γ = Uвых / Uо чем больше Uо тем меньше γ и меньше Ркн.

Составляющая Ркп зависит от частотных свойств транзистора (t in + t off) и частоту переключений fo.

На входе фильтра импульсного стабилизатора напряжения имеем форму прямоугольных импульсов. Амплитуда пульсации выходного напряжения максимальна при γ = 0.5.

В качестве импульсных элементов стабилизаторов напряжения используются триггеры, мультивибраторы и т.д.

Статья в тему

Модуляционно-легированные транзисторы MODFET, биполярные транзисторы на гетеропереходах. Резонансный туннельный эффект
Высокая степень интеграции, характерная для современной кремниевой технологии, не может быть достигнута при использовании полупроводниковых соединений AIIIBV, однако эти соединения обеспечивают большее быстродействие, прежде всего, за счет высокой подвижности р носителей и меньши ...