Разработка и исследование компенсационного стабилизатора с импульсным регулированием и входным фильтром
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
Разработка и исследование компенсационного стабилизатора с импульсным регулированием и входным фильтром
Введение
Стабилизатор напряжения - это устройство, которое поддерживает на определенном уровне с определенной погрешностью напряжение у себя на выходе при значительных колебаниях напряжения на входе.
Почти любая электронная схема - от простых схем на транзисторах и операционных усилителях и до сложнейших цифровых и микропроцессорных систем - требует для своей работы одного или нескольких стабильных источников питания постоянного тока. Простые нерегулируемые источники питания типа трансформатор - мостовой выпрямитель - конденсатор, не годятся, так как их выходное напряжение, зависит от тока нагрузки и напряжения в сети, хотя, они и входят в состав источников питания; Для поддержания стабильного заданного напряжения используются стабилизаторы. Существуют как простые стабилизаторы, состоящие из пары простых элементов, так и более сложные, способные сравнивать выходное напряжение с опорным (эталонным).
Целью выполнения данной работы является рассмотрение различных видов стабилизаторов, разбор принципа их работы, сравнение различных схем и выбор лучшего варианта. Также, в данной работе производится расчет параметров элементов для удовлетворения ограничений исходных данных технического задания. В качестве проверки проводится моделирование схемы с использованием полученных параметров.
Анализ технического задания, обоснование выбора схемы
Основные виды стабилизаторов:
Параметрические
Компенсационные
Параметрический стабилизатор наиболее простой. Его работа основана на свойствах полупроводникового диода, а точнее на одной из его разновидностей - стабилитрона. В кремниевом стабилитроне при определённом Uст развивается лавинный пробой p-n перехода.
Простейшая схема параметрического стабилизатора приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Параметрический стабилизатор напряжения
стабилизатор схема напряжение моделирование
Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке RL. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов.
Большой мощи с вышерассмотренной схемы не снять. Поэтому придумали следующую схему с усилителем мощности:
Рисунок 2 - Параметрический стабилизатор напряжения с усилителем мощности
Тип транзистора в схеме на рисунке 2 выбирается из учета мощности нагрузки. Часто, когда ток нагрузки велик, применяют составной транзистор (рисунок 3).
Рисунок 3 - составной транзистор
Компенсационный стабилизатор отличается наличием отрицательной обратной связи, посредством которой сигнал рассогласования усиливается и воздействует на регулируемый элемент, изменяя его сопротивление, что ведёт к стабилизации. Компенсационные стабилизаторы, в которых регулируемый транзистор постоянно (непрерывно) находится в открытом состоянии, называются линейными или с непрерывным регулированием. В импульсном стабилизаторе регулируемый транзистор работает в ключевом режиме.
На рисунке 4 приведена структурная схема компенсационного стабилизатора.
Рисунок 4 - структурная схема компенсационного стабилизатора
РЭ - это регулирующий элемент, в качестве которого чаще всего используется транзистор (биполярный или полевой), СУ - схема управления - управляет работой РЭ. Его задача - усилить сигнал рассогласования и подать его на РЭ. Д - делитель напряжения, ИОН - источник опорного напряжения. В качестве ИОН применяют схему параметрического стабилизатора. Источник опорного напряжения и делитель объединяют в так называемый измерительный элемент (ИЭ).
Итак, источник опорного напряжения (ИОН) задает опорное напряжение, поступающее на вход СУ. С делителя часть выходного напряжения (соизмеримого с напряжением ИОН) также подается на вход схемы управления (СУ). В результате сравнения выходного напряжения (или его части) с опорным СУ управляет РЭ, сопротивление которого меняется в ту или иную сторону. К примеру, напряжение на входе резко возросло, оно, естественно, передается на выход. Сигнал с делителя напряжения подается на схему управления и та, в свою очередь, сравнивая напряжение с ИОН, дает команду РЭ увеличить (уменьшить) сопротивление. В результате на нагрузке напряжение остается постоянным.
Сравнимые по выходной мощности с линейными стабилизаторами соответствующие им импульсные стабилизаторы обладают следующими основными достоинствами:
меньшим весом за счет того, что с повышением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности. Масса линейных стабилизаторов складывается в основном из мощных тяжелых низкочастотных силовых трансформаторов и мощных радиаторов силовых элементов, работающих в линейном режиме;
значительно более высоким КПД (вплоть до 90-98%) за счет того, что основные потери в импульсных стабилизаторах связаны с переходными процессами в моменты переключения ключевого элемента. Поскольку основную часть времени ключевые элементы находятся в одном из устойчивых состояний (т.е. либо вкл