Весь перечень вопросов данной темы можно разбить на два основных раздела Первый раздел несколько повторяет уже известное ранее. Беседа здесь проводится в форме семинара. Второй раздел знакомит кружковцев с новыми понятиями и элементами. Поэтому руководитель должен отобрать тот материал, который более полно, четко, но сжато может быть преподнесен за сравнительно небольшой промежуток времени, отведенный на эту тему.
Объяснение каждого физического процесса, происходящего в том или ином устройстве, должно вестись на конкретном примере или электрической схеме.
Стабилизатором напряжения называется электрическое устройство, в котором при изменении входного напряжения U1 поддерживается постоянное значение выходного напряжения U2.
Основные показатели стабилизаторов напряжения: коэффициент стабилизации, коэффициент полезного действия (к. п. д.), выходное сопротивление.
Коэффициент стабилизации показывает, во сколько раз относительное изменение напряжения на выходе стабилизатора меньше относительного изменения напряжения на его входе:
ts __ А ^Увх . A Uвых
ст // • тт > ^вх У вых
где t/BX и Uвых — напряжения на входе и выходе стабилизатора;
А£/вх и At/Вых — изменения напряжений на входе и выходе стабилизатора.
Коэффициент стабилизации характеризует также степень сглаживания пульсации в схеме стабилизатора.
К.п.д. — отношение мощности на выходе стабилизатора к мощности на его входе.
Выходное сопротивление — сопротивление стабилизатора переменному току со стороны выхода. Чем меньше это сопротивление, тем меньше обратная связь через источник питания для каскадов, которые питает стабилизатор.
Газовый стабилизатор напряжения основан на использовании ламп тлеющего разряда — стабилитронов. Последовательно со стабилитроном включается сопротивление R6i называемое балластным. При изменении напряжения питания напряжение между электродами стабилитрона остается приблизительно постоянным. Это напряжение остается также примерно постоянным при изменении сопротивления нагрузки RH. Однако точность стабилизации и значение выходного тока этих стабилизаторов невелики.
Коэффициент стабилизации обычно не превышает 20. Ток нагрузки /н составляет не более 30 ма. Изменение тока нагрузуки на 30—70% изменяет UH на 1—3%.
Газовые стабилитроны часто применяются для стабилизации анодного напряжения электронных усилителей и других устройств, используемых в автоматике и телемеханике.
Для стабилизации низких напряжений (10—30 в) применяются кремниевые стабилитроны. Механизм стабилизации напряжения у этих приборов основан на свойстве обратной проводимости кристаллического диода.
В области обратной проводимости характеристика кристаллического диода имеет характерную точку — напряжение пробоя Uпpo6. При достижении этой точки характеристики дальнейшее увеличение тока обратной проводимости не сопровождается увеличением обратного напряжения, т. е. падение напряжения на переходе сохраняется приблизительно постоянным. Таким образом, в области пробоя такой диод может рассматриваться как источник стабильного напряжения Это свойство диода, наиболее ярко проявляющееся у кремниевых стабилитронов, используется для стабилизации напряжения. Диод подключен в обратном направлении через большое ограничивающее сопротивление R к источнику напряжения, которое превышает пробивное напряжение диода Uпpo6 , В результате на зажимах диода поддерживается постоянное напряжение. Параллельно диоду включена нагрузка. При изменении напряжения Uвхменяется ток через диод, тогда как напряжениеUвых остается приблизительно постоянным.
При использовании кремниевых диодов с улучшенными характеристиками такой стабилизатор обеспечивает коэффициент стабилизации до 50 и более.
Значительно лучшими свойствами обладают электронные стабилизаторы напряжения. Существует большое число различных схем электронных стабилизаторов на лампах и транзисторах.
Простейшая схема электронного стабилизатора па- пряжения на лампах приведена на рис. 49, Стабилизатор состоит из регулирующей лампы Л11, усилителя постоянного тока на лампе Л72, стабилитрона Л73, служащего источником «опорного» напряжения, и делителя напряжения.
Схема основана на сравнении падения напряжения на катодной нагрузке, равного £/„, с так называемым опорным напряжением Uou На сетку лампы Л72 подается разность напряжения с делителя R1, R2, пропорционального выходному напряжению ГУ„, и опорного напряжения t/on на стабилитроне:
При увеличении U0 разность At/ увеличивается в положительном направлении, гок через лампу Л72 возрастает, падение напряжения на анодном сопротивлении этой лампы R4 увеличивается, что увеличивает в свою очередь отрицательный потенциал на сетке регулирующей лампы Л71. Сопротивление лампы Л71 возрастает, в результате чего напряжение UiXостается почти неизменным.
Если U0 уменьшится, то сетка станет отрицательной, сопротивление лампы Л71 уменьшится и U „также не изменится. Увеличение /?н вызовет такое же действие> как увеличение t/0, а уменьшение Ru— такое же действие, как уменьшение t/(). Таким образом, описанный стабилизатор поддерживает постоянным напряжение UH как при изменении входного напряжения t/0, так и при изменении сопротивления нагрузки.
В качестве регулирующих ламп следует применять достаточно мощные триоды с малым сопротивлением постоянному току и большой крутизной (например, 6Н5С, 6Н13С, 6С18С, 6С19П, 6СЗЗС, 6С41С и др.). Можно применять также тетроды и пентоды в триодном включении (например, 6П1П, 6П6С, 6П14П, 6ПЗС, Г-807, Г-411, ГУ-50 и др.). Чем больше крутизна регулирующей лампы и чем больше коэффициент усиления усилителя постоянного тока, тем больше коэффициент стабилизации.
В качестве усилительных ламп выбирают обычно триоды с большим коэффициентом усиления или пентоды.
В стабилизаторах напряжения на транзисторах в качестве регулирующих и усилительных элементов используются транзисторы, а в качестве источника опорного напряжения — кремниевый стабилитрон.
Регулирующий транзистор 71 включен последовательно с нагрузкой. В качестве регулирующих следует выбирать транзисторы, которые могут пропускать ток, равный максимальному току нагрузки. Опорное напряжение Uox вводится в цепь эмиттера триода 72 с помощью кремниевого стабилитрона Д. Напряжение между основанием и эмиттером транзистора 72 At/ равно разности опорного напряжения t/on и напряжения, снятого с делителя R.
Триод 72, применяемый для усиления разности AU, включен в цепь регулирующего транзистора 71. Коэффициенты усиления по току и сопротивления коллекторов обоих транзисторов должны быть возможно большими. При изменении питающего напряжения разность AU также меняется, что в свою очередь приводит к регулированию тока, протекающего через транзистор 71. В результате этого напряжение на зажимах нагрузки сохраняется практически постоянным.
Путем регулировки делителя R может быть установлена требуемая величина стабилизируемого напряжения.
О ферромагнитных стабилизаторах напряжения кружковцам необходимо дать самые общие сведения, поскольку объяснение принципа работы этих приборов связано с рядом физических явлений, которые ребятам незнакомы. К тому же материал этот трудно усваивается и мало связан с общей тематикой практических работ.
Руководствуясь полученными знаниями, члены кружка приступают к конструированию и сборке стабилизированных источников питания на электронных лампах или полупроводниках. Руководитель должен предложить своим воспитанникам ряд схем высококачественных выпрямителей. В частности, могут быть «модернизированы» блоки питания, изготовленные ребятами в прошлом году. Стабилизированные выпрямители потребуются для питания высокочувствительных усилителей, реле времени, датчиков временных интервалов, релаксационных, спусковых и других схем.
При данных обстоятельствах руководителю целесообразно будет самостоятельно составить или выбрать соответствующую конкретной задаче схему стабилизированного источника питания.
Рекомендуемые материалы по данной теме;
- «Радио», № 9, 1968. Стабилизированный выпрямитель, стр. 22. Схема выполнена на полупроводниках, напряжение 9 и 12 в, ток нагрузки 400 ма.
- «Радио», № 3, 1969. С. Назаров. Стабилизатор напряжения. Схема выполнена на полупроводниках, отличается низким выходным сопротивлением, напряжение 12,5—17.5 в, ток нагрузки 300 ма.
- «Радио», № 9, 1969. Защита транзисторных стабилизаторов. Приведены две схемы стабилизаторов с защитой при коротких замыканиях.
- «Радио», № 8, 1970. Транзисторные стабилизаторы.
- «Радио», № 9, 1971. Стабилизированные источники питания. Приводятся схемы различных по сложности и параметрам стабилизированных источников питания.
- «Радио», № 11, 1971. В. Фролов. Блок питания.