Стабилитрон

1. СТАБИЛИТРОН 

Стабилитронның аты айтып тұрғандай, ондағы тоқ өзгерсе де кернеуді бірқалыпты мөлшерде өзгертпей ұстап тұра алатын аспап. Стабилитрон  дегеніміз құрылысы жағынан тура сол диод. Тек қана схемаға қосылу тәртібінде өзгешілік бар.

       Стабилитронның қосылу схемасы диодқа керісінше болады. Анод минусқа   қосылса, катод плюсқа жалғанады. Тек қана диод графиктің оң жағындағы жағдайда жұмыс істесе, стабилитрон сол жағындағы жағдайда жұмыс істейді. 

      Стабилитрон арқылы кері тоқ жүреді. Кері кернеуді алғаш көтере бастағанда кері тоқ аз ғана көтеріледі. Кері кернеуді тағы да біраз көтергенде стабилитронның p-nасуынан, тоқ кенет көтеріледі. Тоқты одан ары көп көтермеcе стабилитронның бұл тесілуінен ол бүлінбейді. Сонда ол қалай кернеуді бірқалыпты ұстап тұратынын зерттейік. Стабилитрон арқылы Iк тоқ өтіп тұр дейік. Ол тоқ кернеуі әркезде өзгеріп тұратын Uж кернеу көзінен келіп тұр деп есептейміз. Осы кернеудің әсерінен стабилитрон арқылы өтіп тұрған Iк тоғымыз да өзгеріп отырады. Бірақ стабилитрондағы кернеу іс жүзінде өзгермейтін график арқылы көруге болады. Жартылай өткізгіш диодтың материалына қосылатын қоспаны көбейтсе тесілу кернеуі азаяды да, тесілу режимінде болатын кері тоқты жоғарылайды. Стабилитронның тесілгенге дейінгі кері кедергісі бірнеше мегаом болады. Ал тесілу облысына келгенде бұл кедергі он мыңдаған есеге азаяды. Кернеу көтерілгенде стабилитронның тоғының жоғарылауы-осы стабилитронмен бірге тізбектей қосылған резистордағы кернеудің төмендеуін көбейтеді, яғни, жүктемедегі кернеудің өсуіне кедергі жасайды. Ал осы жағдайды қарастырайық: жоғарыда айтылғандарға байланысты тұтынушы R ж - да кернеу өзгермейді (2.9-сурет). Мұндағы  Д – cтабилитрон, I cm – тұрлауландырғыштың тоғы (стабилизатордың тоғы),  ал R – кедергі стабилитрон арқылы өткізуге болатын ең жоғарғы тоқтың шамасын ұстап тұрады.

 

Стабилитрон (лат. stabilis - орнықты, тұрақты) — өзі арқылы өтетін электр тогы өзгергенде (белгілі шектерде) оған түсетін кернеу іс жүзінде тұрақты болып қалатын екі электродты газоразрядты немесе шалаөткізгіш аспап.

Газоразрядты стабилитронның іс-әрекеті қалыпты солғын немесе тәжді разрядты пайдалануға негізделген. Газдық разрядтың осы түрлерінің ерекшелігі олардың вольт-амперлік сипаттамаларында разрядтар арасындағы кернеудің тіптен өзгермейтін бөлігінің болуында.

Газоразрядты стабилитрон  тұрақтандыратын кернеулердің мәндері 70—160 В; токтардың жұмыс ауқымы бірнеше  мА-дан ондаған мА-ға жетеді. Шалаөткізгіш стабилитрон да вольт-амперлік сипаттаманың жұмыстық ауқымы электронды-кемтіктік  өткелдің электрлік ойып-тесілуіне  сәйкес келетін енсіз кері кернеулер облысында жатыр. Қазіргі кезде кремнийлік стабилитрондар 3-тен 180 В-қа дейінгіноминал кернеуге арналып жасалған. Рұқсатты ыдырау қуаты 0,25—50 Вт.^[1][2]

 

 

2. Импульсные источники питания

Импульсный  источник питания является инверторной  системой. Здесь входное напряжение сначала выпрямляется, затем преобразуется  в прямоугольные импульсы и подаётся либо на трансформатор, либо на выходной фильтр нижних частот. Импульсные источники питания стали фактически непременным атрибутом любой современной бытовой техники, потребляющей от сети мощность свыше 100 Вт. В эту категорию попадают компьютеры, телевизоры, мониторы.

Для создания импульсных источников питания, примеры конкретного  воплощения которых будут приведены  ниже, применяются специальные схемные решения.

Так, для исключения сквозных токов через выходные транзисторы некоторых импульсных источников питания используют специальную форму импульсов, а именно, биполярные импульсы прямоугольной формы, имеющие между собой промежуток во времени. Продолжительность этого промежутка должна быть больше времени рассасывания неосновных носителей в базе выходных транзисторов, иначе эти транзисторы будут повреждены. Ширина управляющих импульсов с целью стабилизации выходного напряжения может изменяться с помощью обратной связи.

Источник  питания постоянного тока — это  устройство, которое даёт на выходе постоянное напряжение в пределах определённого  диапазона.

Импульсный стабилизатор напряжения — это стабилизатор напряжения, в котором регулирующий элемент работает в ключевом режиме^[1], то есть бо́льшую часть времени он находится либо в режиме отсечки, когда его сопротивление максимально, либо в режиме насыщения — с минимальным сопротивлением, а значит может рассматриваться как ключ. Плавное изменение напряжения происходит благодаря наличию интегрирующего элемента: напряжение повышается по мере накопления им энергии и снижается по мере отдачи её в нагрузку. Такой режим работы позволяет значительно снизить потери энергии, а также улучшить массогабаритные показатели, однако имеет свои особенности.

Принцип действия

Важнейшими элементами импульсного  источника питания являются ключ — устройство, способное за короткое время изменить сопротивление прохождению тока с минимального на максимальное, и наоборот, и интегратор, напряжение на котором не может измениться мгновенно, а плавно растёт по мере накопления им энергии и так же плавно падает по мере отдачи её в нагрузку. Простейшим примером такого элемента может служить конденсатор, перед которым включено некоторое ненулевое сопротивление (в качестве которого может служить, к примеру, внутреннее сопротивление источника питания)^{[замечание 1]}.

Диапазон частот

В отличие от блоков питания  с сетевым трансформатором, импульсные блоки питания могут работать при достаточно высокой частоте  преобразования. Повышение частоты  позволяет уменьшить габариты и  массу устройства. С верхней стороны  диапазон частот преобразователей ограничивается требованиями ограничения источников помех для работы радиочастотной аппаратуры.

Обычно диапазон частот преобразователей составляет 20…80 кГц. При выборе частоты работы ключевых и ШИМ-стабилизаторов необходимо учитывать  высшие гармоники токов.

Преобразователи на основе дросселя

Стабилизаторы с ёмкостным  накопителем не получили широкого распространения, так как они хорошо работают только при достаточно большом внутреннем сопротивлении первичного источника. Такая ситуация возникает достаточно редко, так как внутреннее сопротивление источников питания стараются уменьшить, для отдачи большей мощности в нагрузку и меньших потерь энергии в источнике (например, внутреннее сопротивление бытовой сети электроснабжения в жилых помещениях составляет обычно от 0,05 Ом до 1 Ом). При работе от источника с маленьким внутренним сопротивлением в качестве накопителя энергии целесообразно использовать дроссель, либо более сложные комбинации дросселей и конденсаторов. Рассмотрим некоторые простые разновидности преобразователя.

Преобразователь с  понижением напряжения

Кроме ключа S и дросселя L содержит диод D и конденсатор C. Когда  ключ S замыкается, ток от источника  течёт через дроссель L и нагрузку. ЭДС самоиндукции дросселя приложена  обратно напряжению источника тока. В результате напряжение на нагрузке равно разности напряжения источника  питания и ЭДС самоиндукции дросселя, ток через дроссель растёт, как  и напряжение на конденсаторе C и  нагрузке. При разомкнутом ключе S ток продолжает протекать через  дроссель в том же направлении  через диод D и нагрузку, а также  конденсатор C. ЭДС самоиндукции приложена  к нагрузке R через диод D, ток через  дроссель постепенно уменьшается, как  и напряжение на конденсаторе C и  на нагрузке^[3].

]Преобразователь с повышением напряжения

В этом преобразователе  ключ установлен после дросселя. Когда  ключ замкнут, ток от источника протекает  через дроссель L, ток через него увеличивается, в нём накапливается  энергия. При размыкании ключа ток  от источника течёт через дроссель L, диод D и нагрузку. Напряжение источника  и ЭДС самоиндукции дросселя приложены  в одном направлении и складываются на нагрузке. Ток постепенно уменьшается, дроссель отдаёт энергию в нагрузку. Пока ключ замкнут, нагрузка питается напряжением конденсатора C. Диод D не даёт ему разрядиться через ключ S

Возможно также совмещение этой схемы с предыдущей, что позволяет  произвольно изменять величину выходного  напряжения: как повышать, так и  понижать. Для этого перед дросселем  устанавливаются диод и ключ, как  в предыдущей схеме.