книги из ГПНТБ / Венгеровский, Л. В. Прецизионные полупроводниковые стабилизаторы

со

о

Рис. 26. Принципиальная схема ПСН для цифроалогового преобразователя

ПСН представляет собой два одинаковых стабилиза­ тора, соединенных таким образом, что они обеспечивают выходные напряжения обеих полярностей со средней точкой. Так как принципиально оба стабилизатора оди­ наковы, рассмотрим работу одного из них.

Напряжение сети переменного тока 220 в, частотой 50 гц подается на трансформатор Тр и выпрямляется выпрямителем, собранным по мостовой схеме на диодах Д1—Д4. На выходе выпрямителя установлен электро­ литический конденсатор С/, обеспечивающий сглажи­ вание пульсаций выпрямителя до 5%. В качестве регу­ лирующего транзистора применен двухкаскадный со­ ставной транзистор из кремниевых транзисторов раз­ личной проводимости 77, Т2. Управляется регулирую­ щий транзистор сигналом, сформированным из сигнала рассогласования между выходным напряжением стаби­ лизатора и опорным напряжением, получаемым на крем­ ниевом стабилитроне Д17 типа Д818Е. Выходное напря­ жение стабилизатора измеряется с помощью точного,

усилитель обратной связи У1, построенный на микро­ схеме 1УТ 401Б и кремниевом транзисторе Т5 типа, КТ301ЖТак как питание микросхемы требует разно­ полярного напряжения, то нулевая точка микросхемы подсоединяется к искусственной средней точке, органи­ зованной с помощью низкоомного делителя R5, R7. База транзистора Т5 подключена непосредственно к вы­ ходу микросхемы. Чтобы не перегружать последнюю по току, в цепь эмиттера транзистора 75 включен резистор R6. Цепочка из R ll, С7 и конденсатор С5 служат для обеспечения требуемого запаса по устойчивости стаби­ лизатора, т. е. предотвращают возможность самовозбуж­ дения. Резистор R1 обеспечивает стабильность режимов транзисторов Т1 и Т2 в диапазоне рабочих температур, а емкость С9 уменьшает выходное сопротивление стаби­ лизатора в широком диапазоне частот и служит для обеспечения апериодического закона изменения выход­ ного напряжения в моменты переходных процессов.

Схема обладает эффектом самозащиты. При коротком замыкании снимается напряжение питания микросхемы У1, транзистор Т5 запирается и запирает регулирую­

91

щий составной транзистор 77, Т2. Однако, обладая эф­ фектом самозащиты, примененная схема не может за­ пускаться самостоятельно. Поэтому запуск стабилиза­ тора осуществляется специальной запускающей цепоч­ кой Д9, Д10, С2, R3. В момент включения стабилиза­ тора почти все напряжение, действующее на емкости С1, приложено к стабилитрону Д9 типа КС156А. Стаби­ литрон пробивается и обеспечивает необходимый ток базы транзисторов 77, Т2. Протекающий через РЭ ток заряжает конденсатор С9 и появившееся на выходе ПСН напряжение включает цепь обратной связи. Конденса­ тор С2 заряжается и выключает стабилитрон Д9. Рези­ стор R3 служит для быстрого разряда емкости С2 при повторном включении. Стабилитрон Д10 уменьшает проникновение пульсации на вход составного транзи­ стора. Для снижения температурной погрешности ПСН в схеме применена дополнительная стабилизация тем­ пературы с помощью системы термостатирования. В тер­ мостат ТС помещены два стабилитрона Д17 и Д18, яв­ ляющиеся ответственными элементами источников эта­ лонного напряжения. СЭТ работает с притоком тепла и обеспечивает температуру статирования +70° С с точ­

используется терморезистор ММТ-1, имеющий сопротив­ ление 2 ком при 20° С. Измерительно-преобразователь­ ная цепь содержит мостовую схему R43, R44, R46, R47 с транзистором Т26 (КТ301Ж) в диагонали. Пита­ ние измерительной схемы производится стабильным на­ пряжением + 15 в. Каскад, собранный на Т27 (1Т403А), является усилителем постоянного тока. В качестве ис­ полнительного элемента используется транзистор Т25 (КТ801Б), имеющий хороший-тепловой контакт с обой­ мой, в которую запрессованы статируемые стабилитроны. Стабилитроны Д19, Д20 служат для согласования уров­ ней по постоянному току транзисторов Т27 и Т25. Пи­ тание исполнительного элемента производится стаби­ лизированным источником + 27 в.

Конструктивно ПСН выполнен в виде законченного узла, подсоединение которого к аппаратуре осущест­ вляется с помощью разъема. Максимальные габариты ПСН 183 х 70 X 77 мм, масса не более 0,7 кг.

92

16. ПСН ДЛЯ АНАЛОГОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Как известно, точность аналоговых вычислительных устройств в равной степени определяется как точностью выполнения аналоговой операции, так и стабильностью опорного напряжения источников питания. Эта особен­ ность аналоговой техники определяет жесткие требова­ ния по точности, предъявляемые к ПСН, предназначен­ ным для работы в качестве опорных источников таких устройств.

На рис. 27 приведена принципиальная схема ПСН для аналоговой вычислительной техники, разработан­ ная авторами. ПСН обеспечивает следующие качествен­ ные показатели:

Стабилизатор представляет собой регулятор напря­ жения, включенный по последовательной схеме, с ин­ тегральной микросхемой 1УТ 401Б в качестве усили­ теля обратной связи. Регулятор по существу является операционным усилителем У2 с мощным оконечным кас­ кадом на транзисторе ТЗ, представляющим эмиттерный повторитель, в режиме повторения заданного напряже­ ния. Эталонное напряжение, подаваемое на вход опера­ ционного усилителя, снимается со стабилитрона Д5 типа КС196Г и через регулируемый делитель R9, R10, R11 подается на неинвертирующий вход У2. С выхода уси­ лителя сигнал подается на базу регулирующего тран­ зистора ТЗ (КТ608) типа п—р—п. Этот транзистор вме­ сте с сопротивлением R 14 и двумя диодами Д6 и Д7 образует схему защиты от короткого замыкания. Мак­ симальный ток короткого замыкания составляет 300 ма, что меньше номинального значения для транзистора КТ608, поэтому схема имеет хорошую защиту от ко­ роткого замыкания.

93

Сигнал, снимаемый с выхода регулятора, через пе­ ременный резистор R15 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя У2. Такое включение позволяет получать на выходе ПСН напряжение, мень­ шее или равное подаваемому на неинвертирующий вход У2 и, следовательно, меньшее или равное напряжению на кремниевом стабилитроне Д5.

Для обеспечения стабильного напряжения эталонного источника задаваемого напряжения применена схема дополнительной стабилизации входного напряжения с помощью токостабилизиругощего двухполюсника 77,

Д4, R3, R4 и параметрического стабилизатора R1, Д1,

Д2, а также система термостатирования с температурой статирования + 70° С, в которой термостатируется ста­ билитрон Д5.

Регулятор системы термостатирования У1 собран

сприменением микросхемы 1УТ401Б и кремниевого транзистора КТ301ЖМикросхема 1УТ401Б является одновременно преобразователем температуры. Нагре­ вательным элементом служит транзистор Т2 и спираль­ ный нагреватель R n. Питание микросхемы У1 положи­ тельным напряжением осуществляется от параметриче­ ского стабилизатора R2, ДЗ. Цепочка R8, С1 — коррек­ тирующая, обеспечивает устойчивую работу микро­ схемы во всем диапазоне температур. Система термоста­ тирования ТС поддерживает температуру статирования

сточностью ± 1,5° С.

Резисторы R12 и R13, так же, как и в предыдущем ПСН, образуют искусственную среднюю точку, так как питание У2 осуществляется непосредственно от вход­ ного напряжения. Конденсаторы С2, СЗ служат для ча­ стотной коррекции ПСН с целью получения требуемого запаса устойчивости. На выходе ПСН параллельно на­ грузке включен конденсатор С4, обеспечивающий ком­ пенсацию высокочастотных составляющих тока нагрузки за счет накопленного заряда.

17. ПСН ДЛЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Широкое применение находят ПСН в измерительной технике, где они используются для разнообразных мет­ рологических измерений. Принципиальная схема од­ ного из ПСН, примененная в установке для проверки

95

изменении нагрузки на 50% в диапазоне изменения тем­

Стабилизатор имеет два задающих устройства (ЗУ): основное ЗУ выполнено на дискретных высокостабиль­ ных резисторaxj (С-5-22) и регулирование выходного напряжения осуществляется дискретно при помощи пе­ ремычки, соединяющей У2 — инвертирующий вход мик­ росхемы 1УТ 401Б (У2) и соответствующий отвод; до­ полнительное ЗУ выполнено в виде переменного потен­ циометра R11, движок которого включен в инвертирую­ щий вход микросхемы 1УТ 401 Б. Дополнительное ЗУ позволяет обеспечить установку выходного напряже­ ния с точностью до 1 т . Действительно, изменение вы­ ходного напряжения при воздействии задающего напря­ жения в замкнутой петле обратной связи уменьшается во столько раз, каково усиление от точки приложения нагрузки до точки приложения воздействия. Это усиле­ ние определяется соотношением резисторов R15 и R17. В схеме на рис. 28 усиление до точки приложения до­ полнительного ЗУ равно 100. Таким образом, при из­ менении задающего напряжения на 5 в выходное напря­ жение ПСН изменяется на 50 мв.

Источником эталонного напряжения в схеме служит параметрический стабилизатор RJ9, ДЗ, собранный на прецизионном термокомпенсированном стабилитроне КС 196Г. Чтобы свести к минимуму температурный дрейф микросхемы, в цепь неинвертирующего входа включен резистор R17, величина которого приблизи­ тельно равна R16 \ \ (R18 -f R22 + R23 + R24). По этим же соображениям в цепь неинвертирующего входа мик­ росхемы У1 введен резистор R9. Резисторы дополнитель­ ного задающего устройства R10 и R12 средней стабиль­ ности типа С-2-10, а переменный резистор типа СП-5-2. Резисторы R6, R7 и R13, R14 служат для создания ис­ кусственной средней точки для микросхем У1 и У2. Ре­ зистор R6 является резистором нагрузки для микро-

96

н

Венгеровский .

схемы У1, на котором развивается управляющее напря­ жение для транзистора Т4. Резистор R5 ограничивает базовый ток транзистора Т4, хотя его сопротивление оказывает некоторое влияние на частотную и фазовую характеристики каскада на Т4. Строгий подбор этого резистора необязателен.

Транзисторы Т2 и ТЗ соединены по обычной схеме составного транзистора с тем, чтобы увеличить общий коэффициент усиления тока в последовательном регу­ лирующем элементе.

В схеме ПСН применена токостабилизирующая це­ почка (транзистор 77, диод Д1, резисторы R1 и R2), благодаря которой получены высокие стабилизирующие свойства без вспомогательного стабилизированного ис­ точника питания коллектора транзистора Т4.

Микросхемы У 1 и У2 имеют внешние корректирую­ щие цепи R8, С2 и R15, С4, обеспечивающие на частоте единичного усиления около 10 Мгц фазовый сдвиг при­ мерно 90°. Фазокомпенсирующая цепочка С/, R3 слу­ жит также для обеспечения необходимого запаса по фа­ зовому сдвигу и коэффициенту усиления. Конденсатор С5, так же, как и СЗ, — корректирующий, обеспечивает коррекцию частотной характеристики замкнутого уси­ лителя У2.

Стабилизатор напряжения охвачен тремя внешними обратными связями, двумя местными (сопротивления обратной связи R10 и RJ5) и общей (сопротивление об­ ратной связи R20 -г R21). Это обеспечивает повышенную стабильность элементов цепи обратной связи и их ли­ нейность.

Удобным способом, дающим наглядное представле­ ние о свойствах и возможностях стабилизатора, является графический расчет режимов работы РЭ. Такой расчет для ПСН (рис. 28) произведен на рис. 29, где в коорди­

ство коллекторных характеристик регулирующего тран­ зистора КТ 801Б в том же масштабе.

Область, ограниченная фигурой 1—2—3—4, яв­ ляется расчетной областью режимов РЭ. Линии, паралельные отрезкам 1—3 и 2—4, дают представление о траектории рабочей точки при изменениях тока нагрузки и промежуточном значении входного напряжения 0 ВК =

98

*

<0

<0

Рис. 29. Графический расчет режимов работы РЭ