КЕРНЕУ СТАБИЛИЗАТОРЫ

Кернеу стабилизаторы – бұл кіріс кернеуі не болмаса жүктемедегі ток өзгерген кезде немесе екеуі қатар өзгергенде шығыс кернеуін тұрақтандыратын құрылғы. Кернеу стабилизаторының негізгі параметры тұрақтандыру коэффициенті болып табылады. Ол келесі өрнек бойынша анықталынады:

Жұмыс істеу принципіне байланысты мынадай түрлері бар: шамалық және компенсациялық, олар кезегінде параллель немесе тізбекті болады.

Шамалық кернеу стабилизатор жұмысы стабилизатордың вольт-амперлік сипаттамасының ерекшеліктеріне негізделген. Стабилизатор сызбаларында стабилитрон эталондық кернеу U_ст қызметін атқарады. Жартылайөткізгішті стабилитронның вольтамперлік сипаттамасы 48а суретінде көрсетілген.

Стабилитрондарда p-n ауысымдағы электрлік пробой кезінде кері кернеудің ескерілмейтін өзгерісінің қасиеттері қолданылады. 48 суреттің 1-2 аудандары стабилитронның вольтамперлік сипаттамасының жұмыс істеу аумағы болып табылады. Аспаптың негізгі параметрі берілген тоқта өлшенілген I_ст тұрақтандыру кернеуі U_ст болып табылады. Бұл анықтамаға 48,б суретінде I_{ст тест} анықталған U_{ст тест} кернеуі сәйкес келеді. Бұл нүктеге көбінесе кернеу стабилизаторының минималды температуралық тәуелділігі сәйкес келеді. 1-нүктеге пробой болып тұрақталынудың басталуымен туындайтын стабилитронның минималды тоғы сәйкес келеді I_{ст. мин} . Әдетте бұл шама 3 мА көрсетеді. 2-нүктеге p-n ауысымдағы жылулық пробойды тудырмайтын стабилитронның максималды тоғы сәйкес келеді. Стабилитронның түріне байланысты I_{ст. мак} мәні бірнеше милли амперден 1,5 А дейін өзгере алады.

48 Сурет- жартылайөткізгішті стабилитронның вольтамперлік сипаттамасы

Стабилитронның динамикалық кедергісі жұмыс аумағының наклонын сипаттайтын негізгі параметрі болып табылады:

r_д = (U₂ - U₁) / (I₂ - I₁) = DU_ст / DI_ст .

Бұл шама төменгі кернеулі стабилитрондарда 1–30 Ом, жоғарғы кернеулілерде— 18–300 Ом аралығында болады.

Стабилитронның көрсетілген қасиеттерінің негізінде параметрлік кернеу стабилизаторы тұрғызылады. Стабилитронның сәйкес типті сызбасы 42 суретте көрсетілген. Бұл сызба үстеме кедергімен R1 стабилитроннан тұрады VD. R_н жүктемесіндегі шығыс кернеу U_вых стабилитронның тұрақтандырғыш

49 Сурет - Параметрлік стабилизатор

Стабилизатор жобасында төмендегі мәндер берілуі мүмкін:

1)жүктемедегі номинал кедергі R_н мәнінде тұрақтандырылған кернеу U_ст = U_вых;

2) Жүктемедегі тоқ I_{н мин} және I_{н мак} мәндері

3)Стабилизатордың кіріс кернеуіндегі оның номинал мәнінен U_{вх ном} күтілетін ауытқулар δ₊ и δ_– .

Есептеулер Кирхгофтың заңдарына негізделінеді:

I = I_ст + I_н ;

U_вх = I*R_д + U_вых .

Бұл өрнектерден стабилитрондағы ток төмендегідей анықталынады:

I_ст = (U_вх – U_вых) / R1 – U_вых / R_н

Стабилизатор жұмысы кезінде жүктемедегі кернеу U_вых = U_ст өзгерісі елеусіз болады сондықтан оны тұрақты деп есептеуге болады. I_ст мәні U_вх және жүктемедегі кедергі R_н өзгерісінен өзгеруі мүмкін. Стабилизатордағы есептеулер кіріс кернеуінің U_вх номинал мәні мен кедергі R1 таңдауына байланысты стабилитрондағы тоқ минималды және максималды мәндерінің аралығынан асып кетпейтіндей етіп алынады:

I_{ст. мин} ≤ I_ст ≤I_{ст. макс} .

Стабилизаторды қоректендіретін кернеу U_{вх ном} төмендегі формула бойынша анықталынады :

.

Егерде бөлімі теріс болса тұрақты емес кіріс кернеу шектерін немесе жүктемедегі тоқтың өзгеру аралығын төмендету немесе I_{ст мак} мәні жоғары стабилитрон қолдану қажеттігі туындайды. Резистор кернеуін R1 төмендегі формула бойынша анықтайды:

.

Резистор мен стабилитрондағы қуаттың максималды мәнін төмендегі формула бойынша анықтайды:

;

P_{ст мак} = U_вых*I_{ст. мак} .

Кернеу тұрақтылығының сапа көрсеткіші болып тұрақтандыру коэффициенті қызмет атқарады K_ст, ол шығыс кернеудің қатысты приращение оның шақырылған кіріс кернеудің қатысты артылуы қаншаға аз екенін көрсетеді

K_ст =δU_вх /δU_вых = (DU_вх / U_{вх ном}) /(DU_вых / U_{вых ном})

Егерде стабилитрондағы динамикалық кедергі белгілі болса, тұрақтандырғыш коэффициентін төмендегі формула бойынша анықтауға болады

.

Шамалық стабилизатордың тұрақтандырғыш коэффициенті 20 –50 аралығында болады.

Шығыс кернеуді тұрақтандыру үшін кіріс кернеумен жүктемедегі кедергі арасына реттелінетін кедергісі бар элемент жалғаса, стабилизатор параметрлерін жақсартуға болады. Осындай жолмен құрылған стабилизаторларды жүйелі стабилизаторлар деп атайды.

Қарапайым жүйелі кернеу стабилизаторы транзистордағы базасы эталондық кернеу көзіне қосылған эмиттерлік қайталау болып табылады(50,a суреті)

50 Сурет - Жүйелі кернеу стабилизаторы

50 суреттен шығыс кернеу U_вых төмендегі формула бойынша анықталынатын көруге болады:

U_вых = U_ст – U_бэ .

Шығыс кернеу стабилитронның тұрақтандырғыш кернеуінен база – эмиттер ауысымындағы ашық транзистордың кернеуінің азаю шегіне аз болады(0,5 – 0,7 В аралығында). Кернеу бойынша теріс кері байланыстың болуынан стабилизатордың шығыс кедергісі аз және Ом үлесіндей болады.

Егерде шығыс кернеуді реттеу қажеттігі туындаса базаға потенциометр движогынан алынатын эталондық кернеуді беру керек. Потенциометр кедергісі R1 кедергісінен (2 – 5) есе көп болады.

Тұрақтандырғыш сапасын арттыру үшін және шығыс кернеудің реттелінетін динамикалық диапазонын кеңейту үшін стабилизаторға тұрақты тоқтың күшейткішін қосымша енгізеді бұл күшейткіш өз кезегінде теріс кері байланыстың рөлін атқарады. Осындай стабилизатордың сәйкес сызбасы 51 суретте көрсетілген. Мұндай стабилизаторларды компенсационный деп атайды.

51 Сурет– Компенсационный стабилизатор сызбасы

Потенциометр движогынан R3 транзистор базасына VT2 берілетін тұрақты тоқты күшейткіш орындалған кернеу кері байланыс кернеуі деп аталынады. U_OC=U_CТ+ U_ЭБ суреттен көрсетілгендей. Потенциометрден R3 өтетін тоқ 10...15 мА аралығынан аспау керек. Резистор кедергісі R1 әдетте бірнеше килоомға тең болады.

Компенсационный кернеу стабилизаторын есептеуді реттелінетін транзисторды VT1 таңдаудан бастайды. Оның рұқсат етілген кернеуі U_{КЭ.МАКС} стабилизатордың кіріс кернеуінен (U_{ВХ.МАКС}) көп болу керек, ал коллектордағы максималды токтын I_K.МАКС мәні жүктемедегі тоқтың шекті мәнінен көп болу керек.

Максималды қуат формуласы:

Бұл қуаттың мәні транзистордың анықтамада көрсетілген максималды рұқсат етілген қуатының Р_К.МАКС 75% көп болмау керек. Егерде бұл шарт орындалмаса Р_К.МАКС мәні жоғары басқа транзистор таңдау қажеттігі туындайды. Таңдалған транзистордың VT1 анықтама бойынша h_21E анықтап базалық тоқтың жүктеменің максималды тоғына сәйкес келетін максималды мәнін есептейді:

Транзистордың VT1 базалық тоғы I_Б резистор R1 мен стабилитроннан VD тұратын қарапайым стабилизатордың жүктемесіндегі тоқ болғандықтан оның мәні бойынша резистордағы R1 кедергіні есептейді:

(U_{вх.макс}-U_ст.мин)/I_ст.мах ≤ R1 ≤ (U_вх.мин-U_ст.мин)/(I_ст.мин-I_Б.макс)
Резистордың кедергісін R2 мына формула бойынша анықтайды:

R2=U_вых/I_н*(0,05...0,1)

Стабилизатор дұрыс жұмыс істеу үшін транзистордың VT1 коллектор—эмиттер ауысымындағы кернеу 1 В аз болмау керек егерде транзистор VT1 германи болса, 3 В аз болмау керек егер кремнийді болғанда.

ӘДЕБИЕТТЕР

1 Агаханян Т.М. Интегральные микросхемы: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 464с., ил.

2 Аринова Н.В. Основы электроники: Рабочая программа, задания и ме­тодические указания к контрольным работам для студентов специальности 050716 «Приборостроение» заочной формы обучения. ВКГТУ. - Усть-Каменогорск, 2007. – 51с.

3 Бочаров Л.Н. и др. Расчет электронных устройств на транзисторах / Бочаров Л.Н., Жебряков С.К., Колесников И.Ф. – М.: Энергия, 1978. – 208с., ил. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 963).

4 Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов. – М.: Высш. Школа, 1982. – 496 с., ил.

5 Герасимов В.Г., Князев О.М. и др. Основы промышленной электроники. – М.: Высшая школа, 1986.

6 Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Физические и технологические основа, надежность. – М.: Высшая школа, 1986. – 464 с.

7 Шадрин Г.К. Основы электроники: Курсовая работа, задания, методические указания для студентов специальности 050716 «Приборостроение» заочной формы обучения / Г.К. Шадрин, Н.В. Аринова / ВКГТУ.-Усть-Каменогорск, 2007. – 35 с.

8 Голомедов В.А. Полупроводниковые приборы: диоды выпрямители, стабилитроны, тиристоры. Справочник – М.: Связь, 1978.

9 Лавриненко В.Ю. Полупроводниковые приборы. Справочник. – Киев: Техника, 1984.