Компенсационное сопротивление

Параметрический стабилитрон не позволяет регулировать выходное напряжение, имеет сравнительно небольшой коэффициент стабилизации (порядка нескольких десятков); ввиду инерционности стабилитрон не может работать при быстрых изменениях входного напряжения и тока нагрузки, обладает температурным дрейфом. В связи с этим стабилизатор на кремниевом стабилитроне применяют для питания слаботочных полупроводниковых схем, а также в качестве источника опорного напряжения в более мощных компенсационных стабилизаторах.

В применяемых стабилизаторах интегральный коэффициент стабилизации обычно бывает не меньше 20 — 30 (для параметрических стабилизаторов на кремниевых стабилитронах в зависимости от тока /вых) и может доходить до 100 000 (в транзисторных компенсационных стабилизаторах).

онный стабилизатор представляет собой систему автоматического регулирования, которая измеряет выходное напряжение, сравнивает его значение с опорным, вырабатывает сигнал рассогласования. Этот сигнал, воздействуя на регулирующий элемент, устанавливает заданный уровень выходного напряжения стабилизатора. На примере компенсационного стабилизатора 14.15, в рассмотрим работу подобных стабилизаторов. Выходное напряжение равно разности между его входным напряжением ?/вх и падением напряжения на транзисторе VT1: t/Bhlx=L/BX — Л/7. В компенсационных стабилизаторах происходит непрерывное сравнение напряже-НИЯ (/н на нагрузочном резисторе (или его части) с опорным напряжением иоп, создаваемым с помощью полупроводникового стабилитрона. При отклонении напряжения [/„ от заданного на вход управляющего усилителя на транзисторе VT2 подается напряжение разбаланса Uon—(Шн (Р — коэффициент деления резисторного делителя R1R2R3). Усиленное напряжение разбаланса поступает на вход управляемого усилителя на мощном тоанзистоое VT1. Сопоставление этого транзистора, а следовательно, и падение напряжения ДСУ на нем изменяются в ту или другую сторону, компенсируя тем самым изменения выходного напряжения. При увеличении входного напряжения стабилизатора или уменьшении нагрузочного тока /„ напряжение (/„ должно повыситься, отклоняясь от заданной величины. Часть напряжения (/„, равная р(/„, сравнивается с опорным напряжением (/<,„• Поскольку опорное напряжение остается постоянным, напряжение между базой и эмиттером транзистора VT2 из-за увеличения напряжения р?/н уменьшается. Следовательно, коллек-

В настоящее время для повышения коэффициента стабилизации в компенсационных стабилизаторах вместо транзистора VT2 используют интегральный операционный усилитель (см. § 13.3), коэффициент усиления которого может составлять несколько ?ысяч. Схема такого компенсационного стабилизатора приведена на 14Л5, г.

Среди стабилизаторов распросгранение получили стабилизаторы электрического тока, напряжения и мощности. Они делятся на параметрические и компенсаци )н ше. Параметрические стабилизаторы основаны на использовании нелинейных элементов, включаемых в схему последовательно с линейными элементами таким образом, чтобы при широком диапазоне изменений входного параметра выходной параметр изменялся значительно меньше, чем входной параметр. В компенсационных стабилизаторах выходной параметр сравнивается с заданным, в результате чего вырабатывается разностный сигнал, оказывающий воздействие на исполнительный элемент стабилизатора до тех пор, пока этот разностный сигнал не приблнзитсч к нулю. На В. 17 дана схема стабилизатора напряжения, выполненного на транзисторах. Регулирующим элементом является транзистор Ti, чувствительным органом—транзистор Т2, источником опорного напряжения — кремниевый стабилитрон Сг, напряжение на котором мало изменяется в широком диапазоне изменения тока. Увеличение входного па-пряжения U\ приводит к росту тока базы ;',-„ уменьшению внутреннего сопротивления и увеличению коллекторного тока iK транзистора Т2. Это вызывает таксе перераспределение напряжений в схеме сопротивлений стабилизатора и такое изменение режимов работы транзисторов Т1 и 72, что напряжение на выходе U2 останется стабильным. При снижении входного напряжения U\ уменьшается ток базы /в. Возникают новые режимы работы транзисторов 7/ и Т'2, при которых их внутренние сопротивления изменятся так, что наступает перераспределение напряжений в схеме и с;а-билизация напряжения 11? на выходе.

Получение возможно меньшего ТКН является . для опорных стабилитронов более существенным, чем для параметрических, так как отклонение опорного напряжения от заданного приводит в компенсационных стабилизаторах к значительно более сильным отклонениям выходного напряжения (благодаря наличию у

В компенсационных стабилизаторах напряжение на выходе практически не изменяется с изменением входного напряжения или сопротивления нагрузки за счет спе-/? циального регулируемого элемента схемы, ко-

Таким образом, для повышения коэффициента стабилизации усилители в компенсационных стабилизаторах должны иметь возможно больший коэффициент усиления. Кроме того, связь между каскадами в этих усилителях должна осуществляться гальванически. Однако в усилителях с гальванической связью имеет место дрейф выходного напряжения, который вызывает дрейф стабилизируемой величины.

Если требуется более высокий коэффициент стабилизации, то в компенсационных стабилизаторах применяют двухкаскадные (обычно параллельные балансные) усилители и более стабильный источник (7ОШ например батареи нормальных элементов, которые в этом случае работают практически без потребления тока.

Коэффициент стабилизации ъ компенсационных стабилизаторах может достигать нескольких тысяч. Повышение /Сет достигается увеличением коэффициента усиления усилителя.

В компенсационных стабилизаторах производится сравнение фактической величины выходного напряжения с его заданной величиной и в зависимости от величины и знака рассогласования между ними автоматически осуществляется корректирующее воздействие на элементы стабилизатора, направленное на уменьшение этого рассогласования.

5. Компенсационное сопротивление

где Ех — измеряемая ЭДС; /р — известный рабочий ток, вызывающий падение напряжения в компенсационном сопротивлении; /?к — точно регистрируемое (компенсационное) сопротивление, по которому проходит рабочий ток /р.

В настоящее время преимущественное распространение получили прямоугольно-координатные компенсаторы ( 9.11). Напряжение UKX создается здесь рабочим током /рх, протекающим через компенсационное сопротивление (реохорд) RKX, и совпадает с ним по фазе. Для получения напряжения UKy, сдвинутого по фазе на 90° по отношению к UKX, используется катушка взаимной индуктивности М, во вторичной цепи которой находится компенсационное сопротивление (реохорд) Кку. В момент равновесия имеет место равенство

В настоящее время преимущественное распространение получили прямоугольно-координатные компенсаторы ( 9.11). Напряжение икх создается здесь рабочим током 1рх, протекающим через компенсационное сопротивление (реохорд) RKX, и совпадает с ним по фазе. Для получения напряжения UKy, сдвинутого по фазе на 90° по отношению к UKX, используется катушка взаимной индуктивности М, во вторичной цепи которой находится компенсационное сопротивление (реохорд) RKy. В момент равновесия имеет место равенство IU'хх \ «= илх и иху \ •= ику.

При включении двигателя в сеть короткозамкнутая обмотка разгоняет ротор без нагрузки до скорости, близкой к скорости вращения магнитного поля (5^0,05), после чего подключается нагрузка. Обмотка индуктора во время пуска замыкается на компенсационное сопротивление. После достижения синхронизма во вращении ротора и магнитного поля обмотка индуктора подключается к возбудителю.

Для расширения пределов измерения амперметров на токи выше 0,5 а приходится делать неподвиж-ную катушку из отдельных сек-ций. Путем переключения этих секций с последовательного соединения на параллельное получают другой предел измерения. Но при этом намагничивающая сила неподвижной катушки остается неизменной, т. е. не зависящей от переключений. На 6-4 изображена принципиальная схема такого амперметра, имеющего два предела измерения тока: / и 2 /. На рисунке HKi и Я/С2 — секции неподвижной катушки; Р — подвижная катушка (рамка); гш — шунт, состоящий из двух частей (шунт может быть как активным, так и индуктивным сопротивлением); г — компенсационное сопротивление; гп — подгоночное сопротивление; гя — медное подгоночное сопротивление; С — компенсационный конденсатор.

Расширение пределов измерения получают за счет изменения суммарной величины добавочных сопротивлений, а иногда последовательно-параллельным переключением секций подвижной катушки или тем и другим. В этом случае намагничивающие ампервитки неподвижной катушки должны оставаться неизменными при всех переключениях. На 6-5,6 изображена принципиальная схема такого вольтметра. Здесь HKi и НК-2 — секции неподвижной катушки; Р — подвижная катушка (рамка); гд — добавочные сопротивления из манганина; г„ — подстроечные сопротивления; г„ — медное компенсационное сопротивление; С—компенсационные конденсаторы.

подвижная часть гальванометра придет в движение. Зеркало гальванометра, поворачиваясь, изменит распределение света между фоторезисторами Ф, и Ф2, а следовательно, и величину тока в сопротивлении гп, последовательно с которым включено компенсационное сопротивление гк.

Для удобства отсчета напряжения компенсационное сопротивление потенциометра разбито на декады и отградуировано в вольтах, что является возможным только при постоянстве рабочего тока /р. Широкое распространение получили схемы шунтирующих и двойных декад.

ватель ТП, гальванометр Г и компенсационное сопротивление гк представляют собой фотокомпенсационный усилитель постоянного тока. Схема применима при измерении напряжения.

_СО СС,.— Сл Сл о "со "со со CD--1 СО Компенсационное сопротивление, ом (±0,03%)