Компенсационные стабилизаторы напряжения или стабилизаторы непрерывного действия

Рис. 1. Структурные схемы стабилизаторов непрерывного типа.

Компенсационные стабилизаторы напряжения или стабилизаторы непрерывного действия — это система автоматического регулирования, представляющая усилители постоянного тока, охваченные глубокой отрицательной обратной связью.

Принцип работы стабилизаторов напряжения компенсационного типа

Упрощенные схемы стабилизаторов компенсационного типа с последовательной (а) и параллельной (б) регулировкой приведены на рисунке 1. В процессе работы происходит непрерывное сравнение напряжения на нагрузке R_н (или части его) U_н с опорным напряжением U_оп. Полученный сигнал рассогласования ΔU=U_оп-U_н усиливается и подается на вход регулирующего элемента, сопротивление которого изменяется в зависимости от сигнала рассогласования. Напряжение на нагрузке U_н=U_вх-ΔU_р (ΔU_р — падение напряжения на регулирующем элементе).

В качестве регулирующего элемента используют транзистор, коллектор и эмиттер которого включены в основную цепь, а на базу подается сигнал управления (рассогласования). В маломощных стабилизаторах регулирующий транзистор является необходимым элементом схемы. При больших токах нагрузки регулирующий элемент выполняется на составных или параллельно включенных транзисторах. Оконечный транзистор может быть дискретного исполнения. Регулирующий элемент одновременно выполняет функции сглаживающего фильтра. Наиболее широко распространены схемы с последовательным включением. Опорное напряжение снимается со стабилитрона, питание которого может осуществляться как со стороны выходного, так и входного напряжений.

Такие стабилизаторы выполняют на единой полупроводниковой микросхеме, обеспечивающей функции стабилизации напряжения, сглаживания пульсации, а также защиты от перегрузок.

Подробно устройство и принцип работы стабилизаторов напряжения в интегральном исполнении мы рассматривали в статье: Стабилизаторы напряжения в интегральном исполнении.

Рис.2. Схема компенсационного стабилизатора, выполненная в интегральном модуле (а) и схема его включения (б).

Приведенная на рисунке 2 схема компенсационного стабилизатора напряжения в интегральном исполнении на микросхеме К142ЕН1 содержит все функциональные узлы, показанные на рис. 1.

Источник опорного напряжения состоит из элементов VT1, VT3, VT10, R1, R2, дифференциальный усилитель - из элементов VT2, VT6, VT7, R3 регулирующий элемент VT4, VT5. Для функционирования схемы и получения заданного выходного напряжения подключаются внешние элементы - резисторы и конденсаторы (рис. 2,6).

Работает схема следующим образом. Опорное напряжение U_оп от внутреннего источника и напряжение, пропорциональное выходному ΔU_вых с внешнего делителя R5, R6, сравниваются дифференциальным усилителем. Разностный усиленный сигнал воздействует на базу составного транзистора VT4, VT5, изменяет сопротивление регулирующего органа и компенсирует изменение выходного напряжения на выводе 13.

Требуемое значение выходного напряжения устанавливается с помощью регулировочного резистора R5. Выходной делитель может быть заменен стабилитроном и резистором. Для увеличения выходного тока к выводам 13, 16 микросхемы может быть подключен внешний мощный транзистор. Функции защиты от перегрузок и коротких замыканий осуществляется элементами VT8, VT9, VT12, R4, R7-R9.

Неисправности компенсационных стабилизаторов, выполненных на транзисторах

Принцип работы компенсационных стабилизаторов, выполненных на транзисторах мы подробно рассматривали в статье: Типовые схемы компенсационных стабилизаторов напряжения на транзисторах.

Основные неисправности в стабилизаторах напряжения отыскивают, проверяя режим по постоянному току с помощью вольтметра или осциллографа с открытым входом. Однако, многие неисправности возможно найти только с помощью осциллографа.

Возбуждение стабилизатора проявляется в виде быстрых периодических колебаний напряжения на его выходе, частота собственных колебаний возбуждающегося стабилизатора в зависимости от параметров и вида неисправности может лежать в диапазоне от единиц до сотен килогерц, а амплитуда — от десятков милливольт до единиц Вольт.

Причина возникновения колебаний заключается в следующем. Стабилизатор представляет собой усилитель с большим коэффициентом усиления, охваченным глубокой обратной связью. Для того чтобы схема стабилизатора была устойчива, фазовый сдвиг сигнала в петле обратной связи должен быть менее 180° во всей полосе частот, где коэффициент усиления превышает единицу. Обычно для соблюдения этого условия на выходе стабилизатора включают конденсатор большой емкости (С1 на рис. 1,6). Выход из строя этого конденсатора (обрыв или потеря емкости) может вызвать возбуждение стабилизатора. К такому же эффекту может привести увеличение сопротивления между выводом конденсатора и его обкладкой до нескольких десятых долей или единиц Ом, которое наблюдается в электролитических конденсаторах.

Такой отказ трудно обнаружить с помощью простых методов проверки электролитических конденсаторов (например, по броску стрелки Омметра). В некоторых схемах стабилизаторов в качестве С1 применяют два параллельно включенных конденсатора: электролитический большой емкости и какой-либо конденсатор с малой собственной индуктивностью. В этом случае возбуждение может быть вызвано обрывом второго конденсатора. Причиной возбуждения может быть также неправильный монтаж выходных цепей стабилизатора (конденсатор С1 связан с выходом длинными проводами), в этом случае возбуждение вызывается падением напряжения на паразитной индуктивности и сопротивлении проводов.

Возбуждение стабилизатора возможно при индуктивном характере нагрузки, если запас устойчивости в контуре обратной связи стабилизатора мал, т. е. при активной нагрузке фазовый сдвиг на частоте единичного усиления, хотя и не достигает 180°, но превышает 135°.

Затухающий колебательный процесс на выходе стабилизатора при перепаде (подключении или снятии) нагрузки указывает на малый запас устойчивости. Возможные причины этого дефекта в основном те же, что и возбуждения. Стабилизатор с малым запасом устойчивости потенциально ненадежен, так как небольшие дестабилизирующие влияния могут сделать его неустойчивым.

Повышенный уровень пульсаций на выходе стабилизатора при нормальных пульсациях на входе и нормальном режиме стабилизатора по постоянному току указывает на обрыв конденсатора, блокирующего резистор R1 (С2 на рис. 1,а и б).

Материалы по теме на Времонт.su:
Стабилизированные источники питания - ремонт и поиск неисправностей
Справочник радиолюбителя