Пример использования схемотехнических особенностей при разработке стабилизатора напряжения постоянного тока, регулирующий элемент которого выполнен из двух последовательно включенных транзисторов

При разработке КСН с HP и последовательным включением регулирующего элемента и нагрузки, иногда РЭ выполняется в виде двух последовательно включенных транзисторов (рис. 5.23).

Принципиальная электрическая схема компенсационного стабилизатора напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием с двумя последовательно включенными регулирующими транзисторами и нагрузкой

Рис. 5.23. Принципиальная электрическая схема компенсационного стабилизатора напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием с двумя последовательно включенными регулирующими транзисторами и нагрузкой

Управление транзистором VT3 осуществляется обычным образом, а транзистором VT 1 - разностью падений напряжений UR4 на резисторе R4 и Uкэугз на транзисторе VT3, то есть U^3VT1 = UR4 — UK3VT3. Причем напряжение UR4 является постоянной величиной, так как питается от ПСН, построенного на стабилиток R1VT2 и стабилитроне VD2 и питающегося от дополнительного источника энергии с входным напряжением Ндоп.

Для разгрузки транзистора VT1 по току и мощности он шунтирован резистором R2.

Принцип действия рассматриваемого КСН с HP аналогичен принципу действия компенсационного стабилизатора напряжения непрерывного регулирования, построенного по традиционной схеме.

Пусть входное напряжение UBX КСН с HP уменьшилось. Тогда в первый момент времени уменьшится напряжение на нагрузке, а значит на резисторе R8 делителя R7R8 выходного напряжения UBblx. Это приведет к уменьшению падения напряжения на резисторе R8, а значит и управляющего напряжения U63VT4 усилительного транзистора VT4 (ведь U63VT4 — URq — UVD1, где UR8 - напряжение на резисторе R8, UVD1- напряжение на стабилитроне VD1, поддерживаемое постоянным ПСН VD1R6). В свою очередь, уменьшение управляющего напряжения U63 VT4 согласно входной характеристике /б = f(U63) биполярного транзистора приводит к уменьшению его базового тока /6VT4. Учитывая, что коллекторный /к VT4 и базовый Iqvti токи связаны соотношением 1кут4 ^21Э ' hvT4 (здесь h213 - коэффициент передачи тока), то уменьшается и коллекторный ток. Напряжение UR5 на резисторе RS определяется суммой малоизменяющихся падений напряжений UVD2 и ?/бэ VT3, то есть UR5 = UVD2 + Uq3 VT3 = const. Тогда и ток IR5 через резистор RS является малоизменяющимся, то есть практически постоянным. Учитывая, что IR5 = /бкгз + Ikvt4> уменьшение /к утл приводит к росту базового тока /б VT3 транзистора VT3, что (в соответствии с выходными характеристиками транзисторов) при сохранении неизменного коллекторного тока /к VT3 приводит к уменьшению его напряжения коллектор-эмиттер UK3VT3. Это обеспечивает сохранение неизменным ?/вых при уменьшении UBX, то есть в рассматриваемом устройстве наблюдается стабилизация выходного напряжения.

В номинальном режиме работы КСН мощность Рутз> рассеиваемая на транзисторе VT3, равна:

Учитывая, что Uq3VT1 « UR4, последнее выражение можно записать в виде:

то есть PVT3 является практически постоянной величиной. Более того, напряжением UR4 можно ее сделать незначительной. Величина UR4 должна

198

обеспечивать линейный режим работы транзистора VT3 при минимально допустимых напряжениях UK3VT3.

В номинальном режиме работы КСН мощность Руп, рассеиваемая на транзисторе VT1, равна:

Учитывая, что UK3VT3 является малоизменяющейся величиной и UK3VT3 « (UBX — ивых), последнее выражение можно записать:

Коллекторный ток lK VT1 транзистора VT 1 равен разности тока 1Н нагрузки и тока IR2 через шунтирующий резистор R2, то есть

Учитывая, что

последнее выражение можно записать в виде:

Отсюда следует, что при неизменном токе нагрузки /н вариация входного напряжения UBX КСН от минимального UBxmin до максимального Uих max значения коллекторный ток 1куп транзистора VT1 изменяется от максимального значения, равного /н, до минимального значения. Это позволяет задать правило выбора сопротивления резистора R2. Например, сопротивление резистора R2 выбирают таким, чтобы при максимальном входном напряжении UBxmax через шунтирующий резистор R2 протекал ток, равный току нагрузки (естественно, что при этом /к VT1 равен нулю). Уравнение (5.24) можно для этого режима записать:

или

С учетом уравнения (5.25) из уравнения (5.24) следует :

Теперь выражение (5.23) можно записать:

Уравнение (5.27) иллюстрирует тот факт, что зависимость мощности, рассеиваемой на транзисторе VT1 от напряжения на этом транзисторе, определяется параболической зависимостью, имеющей максимум (рис. 5.24).

Характерные диаграммы токов и мощности для КСН с HP

Рис. 5.24. Характерные диаграммы токов и мощности для КСН с HP

Для определения максимального значения мощности Рутгтах> Рас_ сеиваемой на транзисторе VT1, необходимо приравнять нулю частную производную PVT1 по (UBX — UBых), то есть:

Из (5.28) следует, что максимальное значение мощности Рут1тах> равное:

имеет место при напряжении U VT1 на транзисторе VT1, равном :

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >