При питании радиоаппаратуры от сети довольно часто приходится стабилизировать напряжение переменного тока. Выходное напряжение большинства стабилизаторов имеет нелинейные искажения. Кроме этого коэффициент стабилизации и быстродействие оставляет желать лучшего.
На рис.1 представлена принципиальная электрическая схема стабилизатора переменного напряжения, выполненная на основе двух встречно включенных полевых транзисторов. Автотрансформатор TV1 повышает напряжение сети, а регулирующий элемент (два встречно включенных полевых транзистора VT1,VT2) изменяет значение переменного тока, протекающего через секцию 1.1 автотрансформатора [1]. В результате изменяется переменное напряжение, наводимое в секции 1.2. Коммутируемый ток, напряжение и сопротивление ключа в открытом состоянии определяются типом примененного полевого транзистора и могут изменяться в пределах от единиц до тысячи ампер, от десятков до сотен вольт и от тысячных долей до единиц Ом.
Устройство работает следующим образом. Учтем, что защитные диоды полевых транзисторов включены катодом к стоку. В исходном состоянии каналы полевых транзисторов закрыты (нет питания). Пусть положительная полуволна сетевого напряжения присутствует на верхнем выводе секции 1.2 автотрансформатораTV1. Ток проходит через резистор R5, стабилитрон VD3, защитный диод полевого транзистора VT2, вывод сети N. На стабилитроне VD3 возникает падение напряжения в 17В, в результате заряжается конденсатор С3 и микросхема DA1 получает питание. При отрицательной
полуволне сетевого напряжения на верхнем выводе секции 1.2 автотрансформатора TV1 устройство не получает питания, так как защитный диод полевого транзистора VT2 закрыт. На микросхеме DA1 выполнен инвертирующий усилитель сигнала рассогласования.
Рассмотрим, как осуществляется регулировка тока в нагрузке. Выходное напряжение с микросхемы DA1 поступает на затворы полевых транзисторов. При изменении выходного напряжения стабилизатора, изменяется уровень выходного сигнала микросхемы DA1, который в свою очередь является управляющим напряжением для полевых транзисторов. Полевые транзисторы с индуцированным затвором при нулевом напряжении между затвором и истоком имеют нулевой ток стока. Появление тока стока в таких транзисторах происходит при напряжении на затворе больше порогового уровня Uпор. Увеличение напряжения на затворе приводит к увеличению тока стока. Обычно пороговое напряжение находится в пределах 4-5В. Но существуют полевые транзисторы, имеющие пороговое напряжение в 2-3В. Фирма IRF добавляет в обозначение таких транзисторов букву L. Выходные характеристики полевых транзисторов, как правило, имеют две области: линейную и насыщения. В линейной области вольтамперные характеристики вплоть до точки перегиба представляют собой прямые линии, наклон которых зависит от напряжения на затворе. В области насыщения вольтамперные характеристики идут практически горизонтально, что позволяет говорить о независимости тока стока от напряжения на стоке. Иногда пороговое напряжение называют напряжением отсечки. Особенности этих характеристик обуславливают области применения этих транзисторов. В линейной области полевой транзистор используется как сопротивление, управляемое напряжением на затворе. Области насыщения и отсечки используют как ключ, управляемый напряжением на затворе. В данном устройстве используется линейная область характеристик.
Схема управления затвором должна обеспечивать значения выходного напряжения от минимально возможного порового напряжения до значений намного превышающих его.
В качестве устройства сравнения используется микросхема интегрального стабилизатора DA1. Она имеет внутренний источник опорного напряжения, усилитель рассогласования и мощный выходной ключ. Опорное напряжение с вывода 5 микросхемы DA1 поступает на один вход усилителя рассогласования (выв. 4), а информационный сигнал с движка потенциометра R3 на второй вход усилителя рассогласования (выв. 3). Если информационный сигнал превышает опорный, то на выходе (выв. 8) появляется более низкое напряжение. Информационный сигнал о напряжении на выходе стабилизатора создается цепочкой R2-R4,C2. Одновременно эта цепочка создает некоторое запаздывание во времени на включение, что устраняет скачок повышенного напряжения на выходе стабилизатора. Конденсатор С1 служит для устранения самовозбуждения усилителя рассогласования. Усилитель рассогласования выполнен на печатной плате размером 50*51мм. Силовые полевые транзисторы установлены на радиаторы. Величину площади поверхности определяют из расчета 10см2 на 1 Вт рассеиваемой мощности. Автотрансформатор (на мощность500Вт) можно выполнить на магнитопроводе ШЛ20*25. Первая секция 1.1 обмотки должна содержать 1300 витков провода ПЭВ-2 0,36мм, секция 1.2 – 180 витков провода ПЭВ-2 0,9мм.
Автотрансформатор (на 4 кВт) намотан на сердечнике Ш40*65. Секция 1 содержит 304 витка провода ПЭВ -1 диаметр провода 1,68мм, секция 1,2 содержит 42 витка провода ПЭВ – 2 2,44мм. Основные технически характеристики стабилизатора:
Напряжения питающей сети 220В +(-)10%.
Выходное напряжение 220В.
Мощность нагрузки до1000Вт.
Выходное напряжение стабилизатора чистая синусоида.
