Тұрақты кернеу стабилизаторлары

Тұрақты кернеу стабилизаторлары
Қоректену көзінің кернеуі мен жүктеменің кедергісі өзгергенде түзетілген кернеудің тұрақтылығын қамтамасыз ететін құрылғылар кернеу стабилизаторлары деп аталып,олар түзеткіштен кейінгі фильтрлер мен жүктеме арасына қосылады.
Кернеу стабилизаторларының екі түрі бар:параметрлік және компенсациялық.Стабилизатордың бірінші түрінде кейбір электрондық аспаптардың , олар арқылы өтетін ток өзгеріп отырғанда кернеуді тұрақты мәнінде ұстап тұра алатын қабілеті пайдаланылады.Жартылай/шала өткізгіш аспаптардан осындай қасиетке стабилитрон ие екені белгілі.Стабилизатордың екінші түрінде кернеуді стабилизация жасау мәселесі жүктемеге келіп түсетін кернеуді автоматтық түрде реттеу негізінде компенсациялау әдісімен жүргізіледі.
Параметрлік стабилизаторлар
Бұл стабилизатордың схемасы/тәсілі/68.а-суретте бейнеленген.
Ол алғашқы стабилизатордан /Д1 мен Д2 стабилитрондар.Rб1 –резисторы/және шығыс стабилизатордан /Д3-стабилитрон/.баланстық резисторы Rб2-ден,жүктеме Rж-дан тұрады.Түзетілген кернеу Uт.қоректену кернеуінің өзгеру себебімен немесе жүктеме кедергісі Rж-ның өзгеруінен өз шамасынан ауытқыса,жүктемедегі кернеу тіпті шамалы өзгереді,өйткені,ол стабилитрон арқылы өтіп жатқан ток өзгерісіне байланысты өзгермейтін стабилитрондағы кері кернеумен анықталады./68,б-сурет/.Стабилизаторды есептегенде басты нәрсе,жүктеме кернеуі бойынша Uст= Uж деп алып,стабилитронның түрін таңдау және оның жұмыс жасау жағдайларын қамтамасыз ету.Бұл үшін жұмыс процессінде өзгеріп отыратын стабилитронның тогы IСТ вольтамперлік сипаттаманың жұмыстық бөлігінен шықпауы керек,яғни Iстmin -нан кіші болмай, Iстmax –нан үлкен болмауы керек/68,б-сурет/.
Кирхгофтың бірінші және екінші заңдарын пайдалана отырып,стабилизатордың шығысындағы токтар мен кернеулердің арасындағы негізгі қатынастарды табамыз/68,а-сурет/:
Iт = Iж+Iст , /20/
Uт= URб+Uж , /21/
мұнда URб= (Iж+Iст ) Rб.
Осы екі теңдеуден
Iст =UT- Uж / Rб.- Uж/ Rж /22/
Rб –резисторының кедергісін табу үшін стабилитрон арқылы Iстmin ток өтіп жатыр деп аламыз,сонда
Rб. = UTmin - Uж / Iстmin+ Uж/ Rжmin , /23/
мұнда UTmin және Rжmin стабилитронның Iстmin –тогына сәйкес алынатын минимальды түзетілген кернеу мен минимальды жүктеме кедергісі.
Кернеу стабилизациясының сапасының көрсеткіші ретінде стабилизация коэффициенті Кст –алынады,ол стабилизатордың шығысындағы кернеудің салыстырмалы өсімі,оны тудырған кірістегі салыстырмалы кернеу өсімінен қанша есе кіші екенін көрсетеді:
Кст=∆UT/ UT: ∆ Uж/ Uж /24/
Ал,стабилизатордың шығысында кернеу өсімі ∆Uж кіріс кернеу өсімі ∆UT-мен келесі қатынас арқылы байланысқан:
∆Uж =∆Ur(rg // Rж)/ Rб+ rg // Rж , /25/
мұнда rg –стабилитронның дифференциальдық ішкі кедергісі.
Rж>> rg және Rб >> rg екенін еске алсақ
∆Uж =∆UT* rg / Rб. /26/
/26/ өрнекті /24/-ке апарып қойсақ Кст = Uж/ UT: Rб/ rg . /27/
Әдетте,стабилизатордың стабилизация коэффициенті 20÷50 ден аспайды.Суретте көрсетілген стабилизатордың стабилизация коэффициенті Кст= Кст1* Кст2 ,мұнда Кст –алғашқы стабилизатордың стабилизация коэффициенті, Кст2 –шығыс стабилизатордың стабилизация коэффициенті.
Стабилизатордың келесі көрсеткіші оның шығыс кедергісі.Параметрлік стабилизатор үшін Rшығ = rg // Rж ≈ rg.


Тұрақты кернеудің компенсациялық стабилизаторлары
Өте жақсы стабилизация жасау үшін тұрақты кернеудің компенсациялық стабилизаторларын қолданады,бұлардың параметрлік стабилизаторларға қарағанда әлдеқайда үлкен стабилизация коэффициенті мен кішкене шығыс кедергісі бар.Компенсациялық стабилизаторларда шығыс кернеудің нақтылы мәні мен тұрақты берілген мәні салыстырылады да,олардың айырмасының шамасы мен белгісіне байланысты кернеуді автоматтық түрде реттеу жүргізіледі.
Компенсациялық стабилизаторлар,жүктемеге реттейтін элементті/транзисторды/параллель немесе тізбектей қосуға байланысты екі түрге бөлінеді:параллельді және тізбекті.Параллельді компенсациялық стабилизаторларының пайдалы әсер коэффициенті кішкентай болғандықтан,олар іс жүзінде сирек қолданылады.Сондықтан,біз тізбекті компенсациялық стабилизаторлардың жұмысын қараймыз.
Тізбекті компенсациялық стабилизатордың структуралық схемасы 69,а-суретте көрсетілген.Мұнда І-тіректі /тұрақты/кернеу көзі,2-салыстыратын және күшейтетін элемент,3-реттейтін элемент.
Осы структуралық схема бойынша стабилизатордың қалай жұмыс істейтінін көрейік.Қандай-да болмасын себептен шығыс кернеу өскенде осы кернеудің бір бөлігі тіректі кернеумен салыстырылады да оның айырымы күшейтіліп 3-элементке әдейілеп оның кедергісі ұлғаятындай белгімен беріледі,сонда шығыстағы кернеу өсімі кішірейіп,ол бұрынғы қалпына қайтып келеді.Егерде,шығысағы кернеу әлде бір себеппен кішірейсе,реттегіш бөлік 3 элементтің кедергісін кішірейтіп,оған түсетін кернеу азаяды да,шығыс кернеу тұрақты бұрынғы қалпына келеді.
Тізбекті компенсациялық стабилизатордың электірлік схемасында/69,б-сурет/Т1 –транзисторы реттеуші элемент қызметін,ал Т2 –транзистор салыстырушы және күшейтуші элемент қызметін атқарады.Диод Д1 –де тіректі кернеу түсіп тұрады.Д2 –диоды қоректену көзі Ек1 үшін параметрлік стабилизатор болып табылады.Схема былай жұмыс істейді.
Кіріс кернеу Uкір өскенде немесе жүктемедегі ток Iж өскенде шығыс кернеу де өседі.Транзистор Т2 –ның базасы мен стабилизатордың жоғарғы шығу нүктесінің /а-нүктесі/арасындағы кернеу тұрақты болып қалатындықтан,базаның потенциалы эмиттерге қарағанда теріс мәнге өзгереді.Өйткені:
Uбэ 2 =Uшығ – Uст1.
Сондықтан,транзистор Т2 ашық күйге өтеді,яғни оның тогы өседі,осыған сәйкес оның коллектор тогы ∆Ік2 –ға ұлғаяды.Бұл ток өсімі R01 кедергісінде кернеу түсуін тудырады.Осы кернеу оң полюсымен реттейтін транзистор Т1 –дің базасына беріледі.Реттейтін транзистор осы себептен жабыла бастайды. Яғни,оның токтары азаяды да кедергісі өсіп,оған кернеу түсуі ұлғаяды.
Осыдан барып кіріс кернеудің ұлғаюы компенсацияланады да,шығыс кернеу тұрақты болып қалады.
Бұл стабилизаторларда стабилизация коэффициенті 200 ден 1000-ға дейін жетеді.
Қазіргі уақытта интегральдық микросхемалардың /ИМС/негізінде стабилизаторлар көптен шығарыла бастады.Осылардың бірі интегральдық стабилизатор 275 ЕН6А, оның қосылу схемасы 70-суретте көрсетілген.
Мұнда Rшек –стабилизаторды жүктеменің қысқа тұйықталуынан қорғау тізбегіне қосылатын шектеу кедергісі: Rшек = Uбэ / Iжр ,мұнда Uбэ=0.5÷0.7B, ал Iжр –жүктеменің рұқсат етілген үлкен тогы.
С1 , С2 стабилизатордың өз-өзінен қозуын болдырмау керек,оларды стабилизаторды іс жүзінде қолданғанда таңдап алады.Бұл стабилизатор шығысында 6 В кернеуді стабилизация жасауға мүмкіндік береді.....