Основы электронной техники (стр. 34 )

Рассмотренный выше простой последовательный стабилизатор имеет Два главных недостатка.

Рис. 29.17. Источник питания с последовательной стабилизацией напряжения.

Рис. 29.18. Нарисованная по-другому схема рис. 29.17. Здесь явно видно, что транзистор T1 включен по схеме эмиттерного повторителя.

1. При больших токах нагрузки необходимо использовать мощные стаби­литроны и транзисторы с большим коэффициентом усиления тока.

2. Стабильность выходного напряжения такого стабилизатора недоста­точна для некоторых применений.

Первый недостаток можно преодолеть, если увеличить коэффициент усиления тока с помощью дополнительного транзистора T2, образующего второй каскад эмиттерного повторителя (рис. 29.19). При этом ток нагрузки может быть очень велик (амперы), тогда как ток стабилитрона по-прежнему остается очень малым. Стабильность выходного напряжения можно улучшить, если усилить изменение напряжения еще до сравнения его с опорным напряжением стабилитрона, как показано на рис. 29.20. Здесь T1 — обычный последовательный транзистор, а транзистор T2 работает как усилитель изменения напряжения. Стабилитрон выполняет только функцию источника опорного напряжения и, следовательно, может быть маломощным.

Транзистор T2 сравнивает выходное напряжение с опорным напряжением стабилитрона. Любое изменение выходного напряжения усиливается и подается на базу транзистора T1, который поддерживает выходное напряжение на постоянном уровне.

Рис. 29.19. Последовательный стабилизатор с двухкаскадным эмиттерным по­вторителем (приведены два варианта изображения одной и той же схемы).

Рис. 29.20. Последовательный стабилизатор с усилителем изменения напряже­ния, который обеспечивает улучшение стабильности выходного напряжения.

Предположим, например, что некоторое внешнее возмущение вызвало увеличение выходного напряжения Vвых. Тогда потенциал базы транзистора T2 возрастет относительно потенциала эмиттера, который зафиксирован опорным напряжением стабилитрона. и ток через этот транзистор увеличится, а напряжение на его коллекторе уменьшится. В результате уменьшится разность потенциалов между базой и эмиттером транзистора T1 и, как следствие, уменьшится ток через транзистор T1 и напряжение на нагрузке Vвых. Таким образом, компенсируется изменение Vвых. Различными модификациями базовой схемы последовательного стабилизатора можно добиться улучшения его параметров.

Цепь защиты от перегрузки

Одна из проблем, с которой приходится сталкиваться при использовании последовательного стабилизатора, обеспечение защиты последователь­ного регулирующего транзистора от перегрузки. Резкое возрастание тока через этот транзистор при перегрузке или коротком замыкании в цепи на­грузки может привести к необратимому повреждению транзистора. Один из возможных способов защиты от перегрузки представлен на рис. 29.21. Здесь T2 — транзистор защиты or перегрузки. Ток нагрузки IL про­текает через измерительный резистор R1 и создает на нем падение на­пряжения, обеспечивающее прямое смещение эмиттерного перехода этого транзистора. Когда ток нагрузки находится в пределах нормы, падение напряжения на R1 мало и транзистор T2 закрыт. При увеличении то­ка нагрузки выше допустимого уровня падение напряжения на резисторе R1 возрастает и открывает транзистор T2, он начинает проводить ток. В проводящем состоянии транзистор T2 «отбирает» часть тока у транзисто­ра T1, обеспечивая его защиту. В схему защиты можно также включить устройство автоматического отключения источника питания от сети, если ток нагрузки превышает допустимый уровень.

Рис. 29.21. Последовательный стабилизатор с цепью защиты

от перегрузки на транзисторе T2.

Инверторы

Инверторы преобразуют входное напряжение постоянного тока в выход­ной синусоидальный сигнал. Они часто содержат схемы стабилизации выходного напряжения. Инверторы применяются главным образом в ка­честве резервных генераторов при аварийных сбоях питания.

Инверторы, вырабатывающие гармоническое напряжение, могут быть реализованы как генераторы класса А или В. Однако линейный режим работы таких генераторов связан с высокими потерями, поэтому обычно используются переключающие элементы, вырабатывающие прямоуголь­ный периодический сигнал, который затем фильтруется для получения на выходе гармонического напряжения (рис. 29.22).

Рис. 29.22.

Конверторы

Конверторы преобразуют постоянное напряжение одной величины в по­стоянное напряжение другой величины. Конвертор состоит из инвертора, за которым следует выпрямитель. На рис. 29.23 показана простая схе­ма конвертора на основе блокинг-генератора. Выходной сигнал блокинг-генератора представляет собой последовательность прямоугольных им­пульсов с периодом, определяемым постоянной времени R1C1. К вто­ричной обмотке трансформатора подключен диод D1 для выпрямления импульсного сигнала. Усовершенствованная схема конвертора показана на рис. 29.24. Два блокинг-генератора на транзисторах T1 и T2 по очереди передают ток в трансформатор.

Импульсные источники питания

Более эффективными являются импульсные источники питания. В ис­точниках этого типа последовательный регулирующий элемент (одноопе­рационный триодный тиристор или транзистор) работает в режиме пе­реключения. Он открывается или закрывается под управлением прямоугольных импульсов, обеспечивающих подстройку и стабилизацию выходного напряжения.

Рис. 29.23.

Рис. 29.24.

Импульсный источник питания по существу ничем не отличается от конвертора. Он преобразует нестабилизированное входное напряжение постоянного тока в пульсирующее напряжение и затем в стабилизированное постоянное напряжение (рис. 29.25). Частота переключения регулирующего элемента определяет частоту пульсаций на выходе, которые в значительной степени сглаживаются фильтром нижних частот.

Рис. 29.25.

Как видно из рис. 29.25, переменное сетевое напряжение сначала поступает на выпрямитель. После выпрямителя полученное нестабилизированное напряжение постоянного тока подается на анод переключающего элемента. Этот элемент, который может быть транзистором или тиристором, открывается и закрывается в определенные моменты времени под действием импульсов, поступающих от блока управления. Через открытый переключающий элемент заряжается накопительный конденсатор Заряд, запасаемый конденсатором (и, следовательно, выходное напряжение источника питания), определяется временем проводящего состояния этого элемента. Стабилизация выходного напряжения осуществляется путем изменения соотношения длительностей открытого или закрытого состояния переключающего элемента (т. е. изменения коэффициента заполнения последовательности управляющих импульсов) в зависимости от величины выходного напряжения, регистрируемой специальным датчиком. Уменьшение выходного напряжения относительно установленного уровня компенсируется подачей более широких управляющих импульсов удерживающих переключающий элемент в открытом состоянии в течение более длительных промежутков времени, и наоборот.

30

Усилители

Классификация усилителей

В соответствии с используемым режимом работы различают три основ­ных класса усилителей.

Класс А

До сих пор рассматривались транзисторные усилители, в которых усло­вия смещения задавались таким образом, чтобы усилитель работал на линейном участке своей передаточной характеристики. Для получения максимального неискаженного выходного сигнала рабочая точка Q выби­ралась в середине передаточной характеристики. Такие усилители назы­ваются усилителями класса А или усилителями, работающими в режиме класса А. На рис. 30.1 показана передаточная характеристика транзисто­ра. Точка А представляет режим работы усилителей класса А. Входной сигнал достаточно мал и не может вывести транзистор из области пря­мого смещения перехода база-эмиттер. Следовательно, транзистор нахо­дится в проводящем состоянии в течение всего периода входного сигнала, т. е.360°.

Рис. 30.1. Точки А, В и С на передаточной характеристике транзистора представляют рабочие точки усилителей класса А, В и С соответствен­но.

Рис. 30.2. Усилитель класса В. Де­литель напряжения на резисторах R1 и R2 создает небольшое прямое смещение VBE (0,12 В) для уменьше­ния искажения формы сигнала.

Преимуществом усилителей класса А является то, что они усиливают сигнал без искажений, поэтому такие усилители широко используются в качестве предвыходных каскадов усилителей мощности, УПЧ и УРЧ. Однако их КПД невелик (менее 30%); это связано с тем, что транзистор проводит ток и, следовательно, рассеивает мощность независимо от наличия или отсутствия входного сигнала.

Класс В

В усилителях этого класса в отсутствие сигнала транзистор находится на границе области отсечки (в точке отсечки). Точка В на рис. 30.1 пред­ставляет режим работы усилителей класса В. Транзистор проводит ток только в течение одного полупериода (180°) входного сигнала, как пока­зано на рис. 30.2. В режиме класса В достигается более высокий КПД усили%), так как транзистор рассеивает мощность только в одном полупериоде входного сигнала. Усилители класса В применяются в двухтактных каскадах усиления мощности и часто работают в режиме небольшого прямого смещения эмиттерных переходов транзисторов для уменьшения искажений выходного сигнала.