по/24 В

Амперметр постоянного тока

1105 (э(р(р.) 60 Гц

Вольт-метр тс т. тока

~пдлной нагрузки

Н- пост 1

Рис. 7.4. Схема измерения (а) и характеристика стабилизации (б) нестабили-зироваиного источника питания.

-без нагрузка

моке

Рис. 7.5. График для определения значения постоянного напряжения на нагруз ке нестабилизированного источника питания.

ко на среднее (постоянное) значение тока или напряжения. Если построить график для соответствующих значений тока и напряжения, то получим нагрузочную характеристику (рис. 7.4,6). Точка О на этой кривой соответствует состоянию без нагрузки (/н=0 и С/пост.х.х = 34 В); точка А соответствует условиям полной нагрузки

(/ =1 А и f/nocT.n.H = 24 В).

Существует общий способ определения значения напряжения на нагрузке при любом токе нагрузки. При емкости конденсатора фильтра С выще 200 мкФ напряжение на нагрузке при фиксированном / зависит в основном от параметров трансформатора. В паспорте на силовой трансформатор указываются отношение действующих значений напряжений на его обмотках и максимально допустимый ток во вторичной обмотке /ц. Пусть, например, трансформатор на рис. 7.4, а имеет следующие параметры: ПО В/24 В при 1 А. Найдем отношение необходимого тока нагрузки /н к /и и отложим найденное значение на оси абсцисс рис. 7.5. Проведем вертикальную прямую до пересечения с прямой графика и затем из точки пересечения - горизонтальную прямую и определим по оси ординат, какую часть от Еакс составляет f/пост. Проиллюстрируем сказанное примером.

Пример 7.2. На рис. 7.4 £ акс = 24 В-1,4=34 В. Ток /ii=l А. Найти значения постоянного напряжения на нагрузке (7пост при а) / =0,5 А и б) /н=1 А.

Решение, а) I IIii=0,5 А/1,0 А=0,5. Фиксируем на рис. 7.5 точку М и получаем

С/пост = 0,85£макс = 0,85- 34 В = 29 В.

б) /н 1=1,0 А/1,0 А=1,0. Это соответствует точке максимальной нагрузки где f7nocT = 0,7£ a c = 0,7-34 В=24 В.

Если бы трансформатор имел параметры 110 В/24 В при /ii=2 А, то (/пост в примере 7.2 было бы равно соответственно 31 и 29 В.

7.2.3. Определение значения и способ уменьшения напряжения пульсаций. Как было показано в разд. 7.2.1 и на рис. 7.3,6, пульса-

iU, В

0,4 0,6 0,8 1,0

Рис. 7.6. График для определения напряжения пульсаций на выходе нестабилизированного источника питания.

ции увеличиваются с ростом тока нагрузки. Наибольшее напряжение пульсации наблюдается при максимальном токе нагрузки. Двойную амплитуду напряжения пульсаций \U можно определить по рис. 7.6.

Пример 7JS. Чему равно ДУ для источника питания рис. 7.4, если ток нагрузки равен 1 А и а) С=1000 мкФ, б) С=2000 мкФ, в) С=5000 мкФ?

Решение. Проведем на рис. 7.6 вертикальную прямую из точки /н=1 А и отметим пересечение ее с прямыми, соответстпующнми емкостям С, равным 1000, 2000 и 5000 мкФ соответственно точками Л, В и С. На оси абсцисс получим а) Д[;=5 В; б) At/=2,5 Вив) Д(7=1 В.

Из рис. 7.6 видно, что напряжение пульсаций уменьшается с увеличением емкости конденсатора фильтра С. Увеличение значения этой емкости в два раза приводит к уменьшению пульсации вдвое. В случае отсутствия осциллографа можно подключить параллельно нагрузке 7?н вольтметр переменного тока и измерить приблизительное эффективное значение напряжения пульсаций С/пульс, которое связано с АС/ следующим соотношением:

t/пульс. (7-2)

Пример 7.4. Чему равны показания вольтметра переменного тока в примере 7.3?

Решение, а) 17 ульс=5 В/3 1,7 В; б) [/пульс=2,5 В/3 0,8 В; в) С/пульс = = 1 В/3 0,3 В.

7.2.4. Минимальное мгновенное значение напряжения на нагрузке. Обратимся к рис. 7,3, б и заметим, что постоянное напряжение нагрузки С/пост делит промежуток АС/ пополам. Минимальное мгновенное значение напряжения нагрузки

Поскольку с ростом тока нагрузки С/пост уменьшается, а АС/ растет, наименьшее значение f/н.мин наблюдается при максимальном токе нагрузки. Это значение налагает ограничение на выходное надряжение любого стабилизатора напряжения, подключаемого к нестабилизированному источнику питания. Однако прежде, чем перейти к изучению стабилизатора напряжения, рассмотрим еще один тип нестабилизированного источника, который можно использовать для питания усилителя мощности.

7.3. Биполярный источник питания и источник питания с двумя номиналами напряжений

7.3.1. Биполярный источник питания>. Многим электронным устройствам требуются как положительное, так и отрицательное напряжения питания. Эти напряжения измеряются относительно третьего общего (или заземленного) зажима. Чтобы получить положительное и отрицательное напряжения, трансформатор должен иметь либо две вторичные обмотки, либо одну обмотку с центральным отводом.

На рис. 7.7 показан трансформатор ПО В/24 В со средней точкой. Диоды Д1 и Дг обеспечивают на зажиме 1 положительное от-

{со средней точкой)

-14-

Рис. 7.7. Биполярный источник питания.

ч Иногда называется источником расщепленного питания. - Прим. ред.

Источник питания по сссеме рис. 7. 7

+16 В

-16 В

Источник питания по схеме рис. 7.7

+32 В

+16 В

Источник питания по схеме рис. 7.7

-ТбВ

--32 я

Рис. 7.8. Биполярный (а) источник питания и источники питания с двумя номиналами напряжения (б, в).

носительно средней точки (С. Т) напряжение, а диоды Дз, Д4 - отрицательное напряжение на зажиме 2 относительно С. Т. Из соотношения (7.1) и разд. 7.2.1 следует, что оба эти напряжения при ненагруженном источнике имеют эффективное значение 12 В-1,4; 16 В. Конденсаторы Ci и Сг фильтруют соответственно положительное и отрицательное напряжения питания. Для обоих напряжений можно определить среднее значение и величину пульсаций под нагрузкой (рис. 7.5 и 7.6).

7.3.2. Источники с двумя номиналами напряжений. Если среднюю точку источника питания на рис. 7.7 заземлить, то получим биполярный источник (рис. 7.8,а). Если заземлить зажим 2 (рис. 7.8,6), то получится источник двух положительных напряжений. И наконец, заземлив зажим 1 (рис. 7.8, е), получим источник двух отрицательных напряжений. Сказанное иллюстрирует гибкость применения трансформатора со средней точкой. Биполярные источники используются для питания усилителей мощности звуковых частот (разд. 7.11).

/DOS

еогц

Стабилизированный источник питания

Нестабили-eupoBoHHbju источник питания

Рис 7.9. Источник стабилизированного напряжения, полученный соединением нестабилизированного источника питания и стабилизатора напряжения.

7.4. Цель стабилизации напряжения

В предыдущих разделах мы показали, что у нестабилизированного источника питания есть два недостатка: при увеличении тока нагрузки постоянная составляющая напряжения на выходе источника падает, а напряжение пульсаций растет. Эти нежелательные явления можно свести к минимуму, подключив к нестабилизиро-ванному источнику схему стабилизатора напряжения, как показано на рис. 7.9. Полученную при этом схему называют источником стабилизированного напряжения. Прежде чем обратиться к тому, как на основе ОУ получается схема почти идеального стабилизатора напряжения, необходимо сначала сказать кое-что о стабилитроне - элементе, который обеспечивает стабильное опорное напряжение. В разд. 7.5 мы рассмотрим стабилитрон и его применение в качестве простейшей схемы стабилизатора напряжения.

7.5. Стабилизатор напряжения на стабилитроне

7.5.1. Характеристики стабилитрона. На рис. 7.10 представлено два включения стабилитрона. При прямом включении (первый квадрант графика) стабилитрон работает как кремниевый диод. Напряжение на его зажимах мало зависит от тока и составляет приблизительно 0,6--0,7 В. Подключим теперь к стабилитрону напряжение обратной полярности (третий квадрант графика). По мере увеличения напряжения обратного смещения напряжение на стабилитроне будет увеличиваться, пока не достигнет напряжения пробоя {стабилизации) (/ - При всех значениях вх, превышающих f/cT, напряжение на зажимах стабилитрона остается почти неизменным независимо от того, какой величины ток проходит через стабилитрон. Этому режиму работы стабилитрона соответствует на графике рис. 7.10 область пробоя. Стабилитроны рассчитаны на