главная

ИМПУЛЬСНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ

  В радиотехнике широкое распространение получили импульсные стабилизаторы, которые подразделяются на импульсные стабилизаторы с ШИМ (широтно-импульсная модуляция), и импульсные стабилизаторы релейного типа.
   На рис. 1 приведена структурная схема импульсного стабилизатора напряжения с ШИМ.
   Рассмотрим данную схему подробнее. Входным каскадом для нее является регулирующий транзистор (РТ). Ему на вход подается постоянное нестабилизированное напряжение, которое он периодически с заданной частотой подключает к входу фильтра (Ф). В принципе работу РТ можно рассматривать как работу электронного ключа (открыл – закрыл). Но для того, чтобы регулирующий транзистор выполнял эти функции, ему нужно управление. Этим занимается ШИМ, на котором и формируются управляющие импульсы для (РТ), длительность которых зависит от сигнала, поступающего от усилителя (У). Из всего сказанного выше, можно понять, что регулирующий транзистор периодически подключает источник питания к входу фильтра (Ф), напряжение на котором имеет форму однополярных прямоугольных импульсов, а на выходе фильтра выделяется постоянная составляющая напряжения, которая будет являться и выходным напряжением стабилизатора.
   Далее, напряжение, снятое с выхода фильтра сравнивается с опорным ( происходит вычитание напряжений), и сигнал разности поступает на вход усилителя (У), где он усиливается в к-раз и поступает на вход ШИМ.
   Теперь, если происходит изменение выходного сигнала, изменяется разностный сигнал между выходным и опорным напряжением, и далее по каскадам приводит к изменению длительности управляющих импульсов на (РТ). Вследствие чего изменяется длительность импульсов на входе фильтра (Ф), поэтому среднее значение выходного напряжения возвращается к своему первоначальному значению.
   Импульсный стабилизатор постоянного напряжения может быть выполнен в трех вариантах, а именно его силовая часть (РТ) и (Ф) как показано на рис.2,3,4. Здесь цепи (ШИМ), (У) и цепь опорного напряжения объединены в один блок управления, так как схемы построения для трех вариантов индетичны .    В импульсном стабилизаторе по схеме (рис.2) входное напряжение больше выходного Uвх>Uвых. В схеме (рис.3), наоборот, входное напряжение меньше выходного Uвых>Uвх. И третья схема (рис.4) является комбинированной полярно-инвертируемой, т. е. на выходе будет напряжение противоположной полярности входного напряжения. А по величине может быть больше или меньше значения входного напряжения, в зависимости от скважности управляющих импульсов.
   На рис.5 показана схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения понижающего типа. Данная схема реализована на основе специализированной микросхеме К142ЕП1, работающая как в релейном режиме, так и с ШИМ.
   Здесь источник опорного напряжения реализован с помощью параметрического стабилизатора, выполненного на стабилитроне VD1 и резисторе R1, и эмиттерного повторителя на транзисторе VT1. Напряжение стабилитрона подается на вход эмиттерного повторителя, т. е. на базу VT1, а снимается опорное напряжение с резистора R3 (вывод 9 микросхемы К142ЕП1). Диод VD2 наряду с резисторами R2 и R3 служит для защиты VT1 от перегрева. На транзисторах VT10, VT12 и резисторе R11 выполнен дифференциальный усилитель постоянного тока, на один из входов которого подается напряжение с внешнего делителя (вывод 12), на другой (вывод 13) опорное напряжение (вывод 9). После чего, разностный сигнал, прошедший обработку на дифференциальном усилителе, поступает на вход эмиттерного повторителя (VT8, R9).
   На выводы 15, 14 микросхемы К142ЕП1 подается внешний пилообразный сигнал, который выпрямляется на диодном мосте (VD3 – VD6) и выделяется на резисторе R10. Потом оно складывается с выходным напряжением усилителя постоянного тока (VT10, VT12) и поступает на вход эмиттерного повторителя (VT7).
   Импульсный стабилизатор напряжения так же содержит широтно-импульсный модулятор (ШИМ) в составе микросхемы К142ЕП1 и реализованный на триггере Шмитта (VT5, VT6, R5 – R8). На входе триггера присутствует суммарное напряжение пилообразного синхронизирующего сигнала и выходного сигнала дифференциального усилителя. С помощью этих сигналов транзистор VT5 триггера Шмитта через промежуточный усилитель VT4 управляет составным транзистором VT3, VT2.
   В состав данного импульсного стабилизатора напряжения помимо микросхемы К142ЕП1 входят: регулирующий транзистор VT13, фильтр VD7, L, Cн, сравнивающий делитель R16, R17, R18 и параметрический стабилизатор, реализованный на транзисторе VT14 и служащий для питания микросхемы.
   Теперь рассмотрим более подробно работу импульсного стабилизатора напряжения в релейном режиме и в режиме с ШИМ. При включении импульсного стабилизатора на вывод 5 микросхемы поступает напряжение питания источника опорного напряжения. Затем с вывода 6 снимается стабилизированное напряжение и поступает на базу транзистора VT14, который, как мы знаем, образует вместе с конденсатором C1 параметрический стабилизатор, с выхода которого напряжение поступает на вывод 10 микросхемы.
   Транзистор VT6 триггера оказывается закрытым, из-за присутствия напряжения питания на выводе 10, а VT5 открыт. В открытом состоянии находятся так же VT2, VT3, VT4. Через составной транзистор VT2 , VT3 и резистор R3 течет ток базы регулирующего транзистора VT13, поэтому он открывается. На входе фильтра (VD7) напряжение станет равным входному напряжению стабилизатора. Конденсатор Сн начинает заряжаться, вызывая увеличение выходного напряжения, и в свою очередь, увеличение напряжения на нижнем плече сравнивающего делителя R18 и базе VT12. И как только напряжение на базе VT12 превысит опорное напряжение, поступающее на базу VT10, токи базы и коллектора VT12 начинают увеличиваться, соответственно, увеличивается напряжение на резисторе R9 и на входе триггера.
   Когда напряжение на R9 достигнет верхнего порога срабатывания триггера, транзистор VT6 откроется, а VT5, VT4, VT3 и VT2 закроются. На базе VT13 ток станет равным нулю и он закроется. На входе фильтра напряжение так же станет равным нулю. Вследствие чего, начинает уменьшаться выходное напряжение стабилизатора. При этом уменьшение происходит плавно, по мере разряда конденсатора Сн. Так же уменьшаются токи базы и коллектора VT12, а ток коллектора VT10 увеличивается, вызывая уменьшение напряжения на резисторе R9, и при достижении этого напряжения нижнего порога срабатывания триггера, транзистор VT6 закрывается, а VT2 – VT5 открываются. И теперь процесс повторяется вновь: регулирующий транзистор VT13 открывается, и напряжение на выходе стабилизатора начинает увеличиваться.
   Дальше, в процессе работы стабилизатора, если происходит изменение входного напряжения или тока нагрузки, изменяется скорость заряда или разряда выходной емкости, а среднее значение выходного напряжения, из-за постоянства порогов срабатывания триггера, остается неизменным в пределах допустимых значений. В регулирующем транзисторе, изменение входного напряжения приводит к изменению длительности его импульса и частоты переключения.
   Теперь рассмотрим работу импульсного стабилизатора напряжения в режиме с ШИМ. При данном способе работы на вход диодного моста VD3 – VD6 подается внешний пилообразный сигнал, который выделяется на резисторе R10 и складывается с выходным напряжением дифференциального усилителя.
   Переключение транзисторов микросхемы К142ЕП1 и регулирующего транзистора VT13 осуществляется при помощи внешнего пилообразного сигнала. Если происходит изменение выходного напряжения, изменяется и напряжение на выходе дифференциального усилителя VT10, VT12, что приводит к смещению пилообразного сигнала и к изменению длительности импульсов транзисторов микросхемы и внешнего регулирующего транзистора. Поэтому выходное напряжение импульсного стабилизатора возвращается к первоначальному значению.
   Описанная в статье схема импульсного стабилизатора напряжения является уже устаревшей и почти не применяется в практике радиолюбителя. На данный момент применяются более совершенные и сложные схемы импульсных стабилизаторов. Но порой, что бы понять принцип работы сложного устройства, необходимо изучить более простые схемы. Да и для общего развития, что бы помнить как развивалась радиоэлектроника.
   В статье использованы материалы из:
«Справочная книга радиолюбителя – конструктора» под редакцией Н. И. Чистякова. 1990 г.
ресурсы


Hosted by uCoz