Компенсационный стабилизатор напряжения. Статический режим

Лабораторная работа № 7

                   Компенсационный стабилизатор напряжения  

Статический режим  (Файл SKSN)

1  Цель работы

Изучение процессов в схеме компенсационного стабилизатора напряжения постоянного тока и оценка влияния параметров цепи обратной связи  на характеристики стабилизатора в целом.

2  Литература:

1 Иванов–Цыганов А.И. Электропреобразовательные устройства РЭС: Учебник для вузов по специальности “Радиотехника”. –  М.: Высш. шк., 1991. – 272 с., илл., ISBN.5-06-001896-2. стр.149…152, стр.189…207.

2 Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/ А.А. Бокуняев, Б.М. Бушуев, А.С. Жерненко и др. Под ред. Ю.Д. Козляева. – М.: Радио и связь, 1998. – 328 с., ил., стр. 142…152.

3 Электропитание устройств связи: Учебник для вузов/ О.А. Доморацкий, А.С. Жерненко, А.Д. Кратиров и др. – М.: Радио и связь, 1981. – 320 с., ил., стр. 186…200.

3 Основные понятия и определения

          Высокие коэффицинты стабилизации и плавное регулирование выходного напряжения можно получить только с помощью стабилизатора компенсационного типа, который выполняется по структурной схеме, показанной на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурные схемы стабилизатора компенсационного типа с последовательно (а) и параллельно (б) включенным регулирующим элементом.

          Выходное напряжение подается на схему сравнения (СС), в которой оно сравнивается с заданным значением U_ВЫХ .  При отклонении выходного напряжения U_ВЫХ от заданного значения на выходе схемы сравнения (СС) появляется сигнал рассогласования или управления U_У , который подается на вход усилителя. С выхода усилителя сигнал, имеющий значение U_УС , подается на регулирующий элемент (РЭ), причем это воздействие приводит к изменению внутреннего сопротивления РЭ, а значит, и падения напряжения на нем. При правильно подобранных параметрах схемы указанное изменение падения напряжения на регулирующем элементе должно скомпенсировать отклонение выходного напряжения U_ВЫХ от заданного значения. Таким образом ,  U_ВЫХ =U_ВХ – U _РЭ = const, т.е. будет стабилизировано.Сравнивая компенсационный метод стабилизации с параметрическим, можно заметить, что при компенсационном методе стабилизации осуществляется автоматическое регулирование выходного напряжения, и связано это с воздействием отрицательной обратной связи на регулирующий элемент схемы. Для оценки замкнутой системы с отрицательной обратной связью используют петлевой коэффициент усиления на постоянном токе: K_ПЕТЛ = K_Д × K_УС × K_РЭ ,

где     K_Д – коэффициент передачи делителя напряжения;

          K_УС – коэффициент передачи усилителя;

          K_РЭ – коэффициент передачи регулирующего каскада.

          Рассморим принцип действия компенсационного стабилизатора с последователным включением регулирующего элемента. Принципиальная схема стабилизатора (рисунок 2) состоит из следующих функциональных узлов: VT1 –

Рисунок 2 – Принципиальная схема полупроводникового стабилизатора

регулирующий транзистор, VT2 – усилительный транзистор и схема сравнения: делитель напряжения R₃ , R₄  и источник опорного напряжения, который включает стабилитрон VD и резистор R₂ . Смещающее напряжение на базе усилительного транзистора VT2 представляет собой разность между напряжением на нижней части делителя U_R4 и опорным напряжением U_VD .

Допустим, что вследствие изменения нагрузки или напряжения на входе схемы выходное напряжение U_Н увеличилось. При этом увеличится положительный потенциал на базе VT2 , что приведет к увеличению тока коллектора I_К2 транзистора VT2. Возросший тока I_К2 создает на резисторе R₁ соответственно увеличенное падение напряжения, в результате чего понизится положительный потенциал базы транзистора VT1 и уменьшится ток его базы I_Б1 , а вместе с ним и ток коллектора I_К1 . Уменьшенный ток коллектора I_К1 позволит восстановить напряжение U_ВЫХ практически до прежнего значения.

4  Описание модели компенсационного стабилизатора

Предлагаемая схема позволяет исследовать процессы в компенсационном  стабилизаторе напряжения (КСН)  в статическом режиме.

КСН содержит регулирующий элемент -VT1 (транзистор ZTX 869   из библиотеки zetex),  источник эталонного напряжения - R3,VD1(стабилитрон 1N4733A из библиотеки motor 1n), следящий делитель R4,R5, усилитель цепи обратной связи  DA1 (УПТ - микросхема 741 из библиотеки default) с нагрузкой R2.