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