Ўзбекистон алоқа ва ахборотлаштириш агентлиги тошкент ахборот технологиялари университети алоқа қурилмаларининг электр таъминоти кафедраси

10-маъруза: Импульсли стабилизаторлар.


Режа:

1. 
   Импульсли стабилизаторлар.
   

2. Импульсли стабилизаторларнинг кенглик-импульс модуляцияли бошқариш занжирлари.

Таянч иборалар: ўзгармас кучланишли импульс стаблизаторлар, кенглик-импульс модуляцияли (КИМ), икки позицияли ростлаш, таққослаш схемаси.


Импульсли стабилизаторлар

Ўзгармас кучланишли импульс стаблизаторлари ростловчи элементнинг калит режимида ишлаши билан чизиқли стаблизаторлардан фарқланади [10,12].

Транзисторнинг калит режимида ишлаши ишчи нуқтанинг кесиш соҳасидан тўйиниш соҳасига тез ўтиши орқали характерланади. Бунда ростловчи транзистордаги қувват ажралиши чизиқли стабилизаторларга қараганда анча кичик. Шунинг учун транзисторнинг калит режимида ишлатилиши стабилизаторнинг ФИКини оширишга ва ҳажмини камайтиришга имкон беради.
Импульсли стабилизаторлар кенглик-импульс модуляцияли (КИМ) ва релели (икки позицияли ростлашли) стабилизаторларга бўлинади.
КИМли стабилизаторларда импульс элемент сифатида генератор ишлатилади. Бу генератор импульсининг кенглиги ва паузаси импульс элементнинг киришига, таққослаш схемасининг чиқишидан бериладиган доимий сигналга боғлиқ равишда ўзгаради.
Ўзгармас кучланиш тўғрилагичдан ёки аккумулятордан ростловчи элементга берилади, кейин эса силлиқловчи фильтр орқали стабилизаторнинг чиқишига берилади (10.1-расм).

10.1-расм. Импульсли стабилизаторнинг тузилиш схемаси.

Стабилизаторнинг чиқиш кучланиши таққослаш схемасида таянч кучланиши билан таққосланади ва фарқ сигнали ўзгармас ток сигналини маълум кенгликдаги импульсларга айлантирадиган қурилма киришига берилади. Импульслар кенглиги таянч ва ўлчанган кучланишлар фарқига пропорционал равишда ўзгаради.

Ўзгармас токни импульсларга ўзгартирувчи қурилма чиқишидаги сигнал ростловчи транзисторга берилади.
Ростловчи транзистор даврий равишда қайта уланади ва фильтр чиқишидаги кучланишнинг ўртача қиймати транзисторнинг очиқлиги ва ёпиқлиги орасидаги интервалларга боғлиқ бўлади. Стабилизатор чиқишидаги кучланиш ўзгарса, ўзгармас ток сигнали ўзгаради, демак пауза ва импульс орасидаги муносабат ўзгаради ва чиқиш кучланишининг ўртача қиймати дастлабки қийматга қайтади.
Кенглик-импульсли модуляцияли импульс стабилизаторининг принципиал схемаси 10.2-расмда келтирилган. Стабилизаторнинг куч занжири куч калити VT1 транзистор ва LCD фильтрдан ташкил топган. Бошқариш схемаси куч калитини бошқариш импульсларини шакллантиради ва уларнинг кенглигини бошқаради. Ёрдамчи транзисторлар VT2 ва VT3, VT1 транзисторнинг база-эмиттер ўтишига бошқариш схемасидан келадиган бошқариш сигналини ўтказишни таъминлайди (VT1 транзисторнинг база-эмиттер ўтиши бошқариш схемаси билан умумий нуқтага эга эмас).
VT3 транзисторни U_T сигнал орқали очилиши VT2 транзистор коллектор занжирида токни вужудга келтиради ва VT2 транзистор очилади. Ўз навбатида VT2 транзистор очилиши ростловчи транзистор базасини U_кир манбанинг мусбат қутби билан туташтиради ва база токининг ортиши билан VT1 транзитор очилади U_T сигналнинг 0 сатҳида VT3, VT2 транзистор ёпилади, кейин эса VT1 транзистор ҳам ёпилади.
Стабилизаторнинг бошқариш схемаси R1, R2 кучланиш бўлгичи, таянч кучланиш манбаи, фарқ сигналини кучайтиргичи ва кенглик-импульс модуляторидан иборат. Фарқ сигналини кучайтиргичнинг кучайтириш коэффициенти К_у=R_ТАR_КИР га тенг. КИМ кучайтиргич чиқишидаги аналог U_У сигнални куч калитини бошқарувчи дискрет сигналга айлантиради.
Кенглик-импульсли модуляция DA2 кучланиш компаратори ва G аррасимон кучланиш генератори дан иборат. DA2 компараторнинг инверс киришига U_У бошқарувчи сигнал, тўғри киришига эса аррасимон сигнал берилади. Компараторнинг чиқишида бирлик сатҳли U_Т сигнал, аррасимон U_G сигналнинг сатҳи бошқарувчи U_У сигналнинг сатҳидан катта бўлган вақт интервалларида (t₁-t₂, t₃-t₄) шаклланади. Диаграммалардан кўриниб турибдики U_У сигнал сатҳининг камайиши КИМ сигналининг ТИ кенглигини оширишни келтириб чиқаради.
КИМнинг узатиш коэффиценти қуйидагига тенг:

К_КИМ =Т_И / U_У = -Т / U_ПМ (10.1)

бу ерда Т-ўзгартириш частотасининг даври (аррасимон сигнал частотасининг даври); U_ПМ – аррасимон сигналнинг қадами.

VT1 ростловчи транзисторнинг даврий равишда қайта уланиши фильтр киришида кенглиги Т_И ва баландлиги А=U_кир-U_КЭVT1»U_кир бўлган кучланиш импульсларини вужудга келтиради. Бу кучланишнинг ўзгармас ташкил этувчиси қуйдагига тенг бўлади:

U₀₁= (U_кир –U_КЭVT1) T_И / T »U_кирК₃ , (10.2)

бу ерда К₃=Т_И /T – бошқариш импульсларининг тўлдириш коэффициентидир.

10.2-расм. Кенглик-импульс модуляцияли импульсли стабилизаторининг

принципиал схемаси

Куч занжирини импульс қисмининг статик узатиш коэффициенти К_И=U₀₁/Т_И тушунчасини эътиборга олган ҳолда қуйдагига эга бўламиз:

, (10.3)

(10.2) ва (10.3) ларни ҳисобга олган ҳолда стабилизаторнинг статик ўтказиш коэффициентини аниқлаймиз:

К_ҲАЛҚА = К_Д К_У К_КИМ К_И η_Ф=

=[R2/ (R2+R1)] [R_TA/R_КИР] [(U_кир-U_КЭVT1)² η_Ф /U_ПМT], (10.4)

бу ерда К_Д=R2/(R1+R2) – тескари алоқа занжиридаги резистив бўлгичнинг бўлиш коэффициенти; η_ф-силлиқловчи фильтрнинг ФИКи; U_КЭVT1- VT1 очиқ транзистордаги қувват исрофи. Манфий ишора тескари алоқанинг манфийлигини кўрсатади.

10.3-расм. Кенглик-импульс модуляцияли импульс стабилизаторининг вақт диаграммалари

Стабилизаторнинг ишлаш жараёнини унга таъсирнинг ўзгариши орқали осон кузатиш мумкин. Масалан, таъсирни ўзгаришигача U_кир кириш кучланишда (10.3-расм) бошқариш занжири кенглиги Т_И1 бўлган U_Т1 импульсларни шакллантиради.

Кириш кучланиши U_кир қийматга камайганда (ҳозирча ТА занжири бу таъсир ўзгаришидан четда бўлади) дастлаб фильтр киришидаги куч транзистори ҳосил қиладиган импульслар юзаси мос равишда камаяди. Бунинг натижасида чиқиш кучланишиниг ўзгармас ташкил этувчиси U₀, тескари алоқа сигнали U_ТА, фарқ сигнали U_Ф ва кучайтиргич чиқиш сигнали U_У камаяди. Кучайтиргичнинг чиқиш сигнали U_У компараторнинг инверс чиқишига таъсир қилади ва U_Т импульслар кенглигини Т_И2 қийматгача оширади. Бунга мос равишда калит чиқишидаги импульслар юзаси ва уларнинг ўзгармас ташкил этувчиси ортади.
10.4-расмда релели (икки позицияли) импульсли стабилизатор схемаси келтирилган. Бунда реле элемент сифатида VD2 стабилитрон қўлланилган.

10.4-расм. Реле элемент сифатида стабилитрон қўлланилган импульсли стабилизаторнинг принципиал схемаси

Стабилизаторнинг ишлаш принципи қуйидагича: стабилизатор киришига U_кир кириш кучланиши берилганда VT2 транзистор базаси ва R1 R2 кучланиш бўлгичлари орқали ток оқиб ўта бошлайди. VT2 транзистор очилиб VT2 ростловчи транзистор база токи учун электр занжирини таъминлайди. Натижада VT1 транзистор очилади ва кучланиш силлиқловчи фильтр киришига берилади. Ростловчи транзистор очиқ ҳолатда VD2 стабилитрон очилгунча бўлади. VD2 стабилитрон очилгандан кейин VT3 транзистор базасидан ток оқиб ўтиши билан у очилади ва VT2 транзистор киришини қисқа туташтиради. Бу VT2 транзисторнинг ёпилишига олиб келади ва демак ростловчи транзистор ҳам ёпилади. Стабилизатор чиқишидаги кучланиш аввалига ортишини давом эттиради, максимал қийматга етгач, камаяди.
Чиқиш кучланишининг қандайдир бир қийматида VD2 стабилитрон ёпилади ва бу VТ3 транзисторнинг ёпилишига, VТ1, VТ2 транзисторларнинг очилишига олиб келади. Стабилизатор чиқишидаги кучланиш аввалига камайишни давом эттиради, минимал қийматга етгач ортади. VD2 стабилитроннинг кейинги очилишида ростловчи транзистор очилади ва ва юқоридаги жараён такрорланади. Стабилизатор чиқишидаги кучланишнинг ортиши (камайиши) мос равишда ростловчи транзистор ёпиқ ҳолати узунлигининг камайиши (ортишига) олиб келади, бунинг натижасида чиқиш кучланиш деярли ўзгармас даражада ушлаб турилади.
10.5-расмда келтирилган реле типидаги импульс стабилизатор схемасида реле элемент сифатида Шмитт триггери қўлланилган.
Шмитт триггери VT3 ва VT4 транзисторларида йиғилган бўлиб таркибий ростловчи транзисторларни бошқаради.
U_КИР кириш кучланиши берилганда триггернинг VT4 транзистори очилади. Унинг база токи R10 резистор, U_ҚЎШ қўшимча таъминот манбаи ва очилган VT1 ва VT2 транзисторлар орқали оқиб ўтади. VT2 транзисторнинг база токи қўшимча таъминот манбаидан берилади ва R2, R₆ резисторлар қаршиликлари орқали чекланади. Бунда ўзгармас ток кучайтиргичнинг VT5 транзистори ёпиқ бўлади.

10.5-расм. Шмитт триггерли реле типидаги импульсли стабилизаторнинг принципиал схемаси

Стабилизатор чиқиш кучланиши ортганда VT5 транзисторнинг коллектор токи ортади. VT5 транзисторнинг коллектор токининг ортиши VT4 транзистор база токининг камайишига олиб келади. VT4 транзистор база токининг қандайдир бўсағавий қийматида Шмитт триггери ишлаб кетади ва дастлабки ҳолатига қарама-қарши бўлган ҳолатга ўтади. VT4 транзистор ички мусбат алоқа орқали ёпилади ва аввал ёпиқ бўлган VT3 транзистор очилади.
VT3 транзисторнинг очилиши R6 резистор орқали оқиб ўтади токни ортишига олиб келади ва ундаги кучланишнинг камайиши U_қўш қийматдан ортиқ бўлади. Бу ростловчи транзисторнинг ёпилишига олиб келади ва чиқишидаги кучланиш камаяди.
Чиқиш кучланишнинг камайиши VT5 транзистори коллектор токининг камайишига VT4 транзистори база токининг ортишига олиб келади. Шмитт триггери дастлабки ҳолатига қайтади ва ростловси транзистор яна очилади. Бу чиқиш кучланишнинг ортишига олиб келади.