Главная Операционные усилители



тоспособных источников. Мы обсудим такие термины, как процент пульсаций, пиковое обратное напряжение и процент стабилизации, а также соответствующие методы расчета.

В однополупериодной схеме пульсирующая компонента в два раза больще, чем в двухполупериодной, поэтому отфильтровать ее в двухполупериодной схеме гораздо легче. При полностью симметричном синусоидальном колебании на входе пульсирующая компонента в двухполупериодной схеме составляет около 48%.

Другое важное различие между двух- и однополупериодны-ми схемами состоит в том, что последняя вырабатывает мень-щее количество энергии. В этом отношении двухполупериодная схема оказывается более экономичной при длительной работе. Для каждой данной величины мощности, требуемой в выходной цепи, мы должны иметь на 40% большую величину реактивной мощности в первичной обмотке трансформатора. Следовательно, трансформатор для однополупериодной схемы должен иметь реактивную мощность в 1,4 раза большую, чем для двухполупериодной схемы при той же номинальной мощности.

В любой схеме выпрямителя величина выходного напряжения (напряжения на конденсаторе) не равна среднеквадратиче-скому значению переменного напряжения, как можно было бы ожидать, а равна пиковому значению. Странно, что в каталогах трансформаторов и в паспортных данных приводятся средне-квадратические значения. Выходное напряжение, измеренное на первом конденсаторе фильтра, в 1,41 раза больше среднеквадратического значения, вырабатываемого вторичной обмоткой трансформатора.

Разница в выходных напряжениях очевидна, однако, в случае отсутствия фильтра. Обычный вольтметр постоянного тока, подключенный к нагрузке, будет показывать среднее значение, а не пиковое. Показания будут равны 0,45 среднеквадратического для однополупериодной схемы и 0,9 среднеквадратического для двухполупериодной.

Диодные выпрямители характеризуются величиной так называемого пикового обратного напряжения. Оно определяется как максимальное обратное напряжение, которое диод может выдержать без пробоя. Эта характеристика обычно приводится в технических условиях на диоды. Вы можете, например, встретить диод, для которого определены значения 1000 В при 1 А. Это означает, что пиковое обратное напряжение равно 1000 В, а ток в прямом направлении равен 1 А. Максимально допустимое среднеквадратическое напряжение, которое может использоваться для смещения диода в прямом направлении, несколько меньше, чем пиковое значение.

Однако при выборе подходящего диода должно учитываться именно пиковое обратное напряжение. В источниках питания с фильтрами конденсатор будет заряжаться до уровня



1,41 t/cp.KB. прибавим это напряжение к пиковому напряжению трансформатора (которое также равно 1,41 d/ср.кв), и мы получим напряжение 2,82 {7ср-кв, которое прикладывается к диоду по крайнем мере один раз в каждом полупериоде. Используя такие приближенные расчеты, выбирайте диод, который имеет пиковое обратное напряжение, по крайней мере в 2,82 раза превышающее среднеквадратическое значение приложенного напряжения. Для дополнительной гарантии безопасности используйте множитель 3 (З/сркв). Между прочим, с этим связана наиболее частая ошибка при эксплуатации или конструировании источников питания. В большинстве случаев полагают, что любой диод с пиковым обратным напряжением, превышающим 1,41 t/cp-KB, будет отвечать требованиям, но это не так.

Стабилизация напряжения

В большинстве источников питания выходное напряжение в некоторой степени изменяется при изменении нагрузки. Вообще говоря, увеличение потребления тока вызывает уменьшение выходного напряжения. Механизм этого явления показан на рис. 19.3. Любой источник питания имеет некоторое внутреннее сопротивление, хотя оно может быть очень малым. Реальные источники питания, с которыми мы встречаемся в лаборатории, а не на классной доске, могут быть представлены в виде идеальной батареи и последовательного сопротивления. На рисунке они обозначены через Е и Rt- Значение Rt таково:

(19.2)

где Е - напряжение между точками А я В при разомкнутой внешней цепи; / - ток, протекающий при коротком замыкании точек А я В.

Выходное напряжение зависит от сопротивления нагрузки Ra и изменяется в зависимости от величины тока. Действительное значение выходного напряжения (вых) равно

£вых = £н/(н + г).

(19.3)

Стабилизатор напряжения - это схема, которая поддерживает выходное напряжение постоянным, несмотря на изменение


Рис. 19.3. Напряжение на выходе делителя, образованного внутренним сопротивлением источника питания и сопротивлением нагрузки.



Рис. 19.4, Стабилизатор на зенеровском диоде.

сопротивления нагрузки или входного напряжения. Хотя в литературе представлено большое число разнообразных стабилиза-торных схем, на самом деле существует всегда несколько основных типов.

Вероятно, простейшим стабилизатором напряжения является опорный (зенеровский) диод, или стабилитрон. Это специальный тип кремниевого диода, который пробивается при некотором определенном обратном напряжении. Если ток пробоя поддерживается в безопасных пределах, то диод осуществляет стабилизацию на уровне напряжения пробоя Уз. Пример простого стабилизатора напряжения на зенеровском диоде показан на рис. 19.4.

Резистор на рис. 19.4 используется для ограничения тока через зенеровский диод Д: до значений, меньших тех, при которых наступает разрушение. Если входное напряжение вх превышает минимальный порог, определяемый как (£я+1з), то выходное напряжение будет равно Vz- В области значений, превышающих порог, входное напряжение £вх может существенно изменяться, а изменения выходного напряжения будут при этом малыми.

Касаясь недостатков, мы должны признать, что с зенеров-скими диодами связано несколько серьезных проблем. Например, действительное значение может несколько изменяться с изменением температуры. Кроме того, мы обнаруживаем, что в обычных, наугад взятых зенеровских диодах напряжение недостаточно хорошо откалибровано. Однако если высокая точность не нужна, зенеровские потенциалы обычно имеют приемлемый разброс.

Другой недостаток, более серьезный для большинства проектов,-это относительно малый динамический диапазон регулирования. Из-за этого зенеровская стабилизация недостаточно эффективна. С этим связаны и ограничения на величину тока, накладываемые Последовательным резистором. Обе проблемы можно устранить путем использования зенеровского диода в качестве эталона напряжения (что в действительности и явля-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 [99] 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126


0.0108