2014-02-17
1252
Рис. 56
Источник образцового напряжения – ИОН – (выводы 5 ¸ 9) построен по стандартной схеме. Положительный температурный коэффициент напряжения (ТКН) стабилизации стабилитрона VD 1 компенсирован отрицательным ТКН эмиттерного перехода транзистора VT 1 и p–n перехода диода VD 2. Вывод 7 от базы транзистора VT 1 может быть использован для снятия некомпенсированного образцового напряжения, для изменения режима работы источника, для использования узла как датчика температуры.
В составной транзистор (выводы 1 ¸ 4, 16) входят транзисторы VT 2, VT 3. Пороговое устройство состоит из входного дифференциального усилителя, триггера Шмитта и узла внешней синхронизации.
Дифференциальный усилитель выполнен на транзисторах VT 11 и VT 12, а транзисторы VT 9 и VT 10 включены по схеме «токового зеркала» и служат высокоомной нагрузкой транзисторов VT 11 и VT 12. При этом VT 9 является простейшим стабилизатором тока, а VT 10, включенный как диод, используется для формирования напряжения U БЭ транзистора VT 9.
На базу VT 12 подается с делителя цепи сравнения часть выходного напряжения стабилизатора, а на базу VT 11 - опорное напряжение. Дифференциальный усилитель усиливает разность значений напряжения сигналов на его входах. Усиленное разностное напряжение снимается с коллектора VT 11 и поступает на базу транзистора VT 8, включенного по схеме с общим коллектором.
|
|
|
Этот транзистор обеспечивает развязку дифференциального усилителя и входа триггера Шмитта, собранного на транзисторах VT 4 ¸ VT 6 и резисторах R 4 ¸ R 8. Триггер Шмитта преобразует выходное напряжение дифференциального усилителя в прямоугольные импульсы (их снимают с коллектора транзистора VT 4).
Диодный мост VD 3 ¸ VD 6 вместе с транзистором VT 7 позволяют синхронизировать триггер Шмитта внешним сигналом.
Типовая схема ключевого стабилизатора напряжения, построенного на ИС КР142ЕП1А, изображена на рис. 57.
Рис. 57
|
ИОН микросхемы питается непосредственно входным напря-жением стабилизатора, а порого-вое устройство – стабилизирова-нным, снимаемым с вывода 6 (оно поступает через транзистор VT 1, работающий усилителем тока). Коммутирующим элемен-том стабилизатора, собранным на внешних транзисторах VT 2, VT 3, управляет импульсный сигнал, снимаемый с выводов 2, 3 микросхемы. На базу (выв. 4) внутреннего составного транзис-тора микросхемы, служащего встроенным коммутирующим элементом, сигнал поступает с выхода порогового устройства (выв. 11). Сигнал обратной связи снимается с выхода стабилизатора и через резистивный делитель напряжения R 7, R 9 подводится к выходу дифференциального усилителя порогового устройства (выв. 12). На второй вход дифференциального усилителя (выв. 13) подано высокостабильное напряжение с ИОН.
|
|
|
У двухпозиционных (релейных) стабилизаторов напряжения в цепи отрицательной обратной связи имеется релейный элемент с двумя порогами срабатывания (рис. 30), управляющий работой регулирующего устройства (РУ). Такую характеристику, например, имеет триггер Шмитта.
В процессе работы стабилизатора на входе релейного элемента происходит непрерывное сравнивание выходного напряжения (U вых) ИСН с заданным опорным пороговым напряжением. В зависимости от приложенного ко входу сигнала ошибки релейный элемент может находиться в одном из двух возможных состояний: открытом и закрытом.
Увеличение выходного напряжения U вых будет происходить до тех пор, пока не будет достигнуто определенного значения напряжения срабатывания. В этот момент произойдет размыкание силовой цепи стабилизатора и выходное напряжении начнет уменьшаться. Снижение U вых будет происходить до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое значение напряжения опускания U отп. После этого регулирующее устройство (РУ) снова замкнет силовую часть ИСН, выходное напряжение начнет возрастать и описанный выше процесс снова повториться.
Интервал между напряжениями U сраб и U отп характеризует зону чувствительности релейного элемента.
Рассматривается установившийся режим работы ИСН, когда при замкнутом РУ ключе (рис. 57 внешние VT 2, VT 3 – открыты) происходит процесс накопления энергии в элементах L 1, С 4 силовой части от источника питания U п и напряжение на сопротивлении нагрузки R н растет [5].
При увеличении U вых увеличивается и напряжение на сопротивлении R 9 (выв. 12) делителя R 7, R 9цепиООС на рис. 57. Это приведет к тому, что транзистор ИС (рис. 56надо рис. 95) VT 12 будет приоткрываться, VT 11 - призакрываться, VT 8 – приоткроется. В следствие этого положительный потенциал базы транзистора VT 6 повысится и как только он достигнет порогового значения U у = U сраб– VT 6 полностью откроется, а VT 5, VT 4 – полностью закроются. В результате чего на базу (выв. 4) VT 3 ИС сигнал U рэ (рис.30) с выхода порогового устройства (выв. 11) поступать не будет, так как ток коллектора транзистора VT 4 равен нулю. В этом случае транзисторы VT 2, VT 3 ИС закроются и их токи коллекторов (выв. 2, 3) тоже будут равны нулю, следовательно, будут закрыты и внешние ключи VT 2, VT 3 (рис. 57) и через них коллекторный ток протекать не будет, а это приведет к тому, что накопленная энергия в фильтре L 1, C 4 начнет передаваться в нагрузку R н и напряжение на ней будет уменьшаться (линейно при I н = const).
Уменьшение U вых вызовет снижение напряжения на R 9. Как только U вых достигнет некоторого наименьшего значения, соответствующего U у = U отп транзистор VT 12 будет призакрываться, VT 11 – приоткрываться, VT 8 – призакрываться. Транзистор триггера Шмитта VT 6 полностью закроется, а транзисторы VT 5, VT 4 будут полностью открыты. При этом величина импульса прямоугольного напряжения U рэ на выходе триггера (выв.11) будет достаточной (приближенно U рэ = 5 В – напряжению питания порогового устройства) для полного отпирания внутренних и внешних ключей VT 2, VT 3. Напряжение на выходе ИСН будет снова повышаться. В схеме устанавливаются автоколебания, а напряжение на нагрузке поддерживается неизменным в пределах, определяемых чувствительностью (рис. 30) по напряжению микросхемы КР142ЕП1.
Пусть ключи разомкнуты(т.е. VT 2, VT 3 закрыты) в течение времени паузы t п, а замкнуты в течение интервала t и = T – t п, где T = 1/ f – период работы ключа, а f – частота коммутации (переключения). Так как скорость разрядки конденсатора C 4 не зависит от напряжения U п , то интервал t п не меняется при изменении входного напряжения. Колебания входного напряжения вызывают изменения лишь одной зарядной части периода t и = T - t п. Ее значение уменьшается с ростом U п, а вместе с ней и весь период T, что ведет к увеличению частоты f работы ключа.
|
|
|
Увеличение тока нагрузки приводит к уменьшению зарядной и разрядной частей периода (последняя изменяется резче). По этой причине увеличению тока нагрузки соответствует уменьшение периода работы ключа T и снижение относительной длительности паузы t п /T, т.е. частота коммутации транзисторов VT 2, VT 3 растет при увеличении тока нагрузки.
Самый большой период T max работы ключа такого стабилизатора соот-ветствует наименьшему току I н min нагрузки и входному напряжению U п min. В реальных схемах добиваются того, чтобы этот период T max получался достаточно малым, так как иначе (при низкой частоте) придется для сглаживания пульсаций U ~н выходного напряжения применять громоздкий фильтр [5].
Чем больше скорость изменения выходного напряжения и выше чувствительность релейного элемента, тем выше частота коммутации стабилизатора.
