Стабилизаторы напряжения

Медленные изменения среднего значения выпрямленного напряжения уменьшают с помощью стабилизаторов напряжения.

Основными параметрами стабилизаторов напряжения, которые характеризуют качество стабилизации, являются:

- номинальные значения напряжения на входе и выходе ;

- допустимые пределы изменения напряжения на входе и тока на выходе;

- коэффициент стабилизации, который определяется как отношение относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжению на выходе;

- выходное динамическое сопротивление, которое определяется как отношение приращений выходных напряжения и тока при постоянном входном напряжении;

- коэффициент полезного действия.

Параметрический стабилизатор напряжения.В параметрических стабилизаторах напряжения используются электронные приборы с нелинейными вольт-амперными характеристиками (например, стабилитроны, стабисторы). В маломощных стабилизаторах напряжения часто применяют кремниевые стабилитроны (см. схему рис. 8.5а). В качестве рабочей области используется обратно смещенная ветвь ВАХ стабилитрона в зоне электрического пробоя. Из графического пояснения принципа работы стабилизатора, показанного на рис. 8.5б видно, что в этой области ВАХ имеется круто спадающий участок, в пределах которого при относительно небольших изменениях напряжения на стабилитроне наблюдается большое изменение тока. Величина выходных напряжений определяется в точках пересечения вольт-амперной характеристикой стабилитрона с нагрузочными прямыми

. (8.1)

а) б)

Рис. 8.5. Параметрический стабилизатор напряжения

а) схема;

б) графическое пояснение принципа работы

Компенсационный стабилизатор напряженияявляется хорошим примером использования ООС в системах автоматического регулирования для придания им устойчивого состояния. Структурная схема компенсационного стабилизатора (рис. 8.6), как любая система автоматического регулирования, содержит регулирующий элемент (РЭ), источник эталонного напряжения (ЭТ), дискриминатор напряжения (Д) и усилитель постоянного тока (УПТ). В качестве регулирующего элемента используют одиночные или составные транзисторы. В качестве источника эталонного напряжения, как правило, используют параметрический стабилизатор напряжения. Функции дискриминатора обычно выполняют входы усилителя постоянного тока. Дискриминатор сравнивает напряжение ОС с эталонным напряжением и вырабатывает сигнал ошибки. Усиленный в УПТ сигнал ошибки управляет сопротивлением (коэффициентом передачи) регулирующего элемента. За счет того, что в системе действует ООС, управляющий сигнал приводит к восстановлению исходного среднего значения постоянного напряжения на выходе стабилизатора. Усилитель постоянного тока реализуют на основе однокаскадной или дифференциальной схемы на дискретных транзисторах или операционном усилителе.

Рис. 8.6. Структурная схема компенсационного стабилизатора

Для иллюстрации процесса стабилизации напряжения рассмотрим компенсационный стабилизатор непрерывного действия, выполненный на дискретных элементах. Как видно из рис. 8.7, схема представляет собой повторитель напряжения. В ней транзистор является регулирующим элементом. Нагрузка в виде последовательного соединения резисторов

Рис. 8.7. Схема компенсационного стабилизатора напряжения непрерывного действия

включена в цепь эмиттера транзистора . Часть напряжения , которая создается на резисторе , является напряжением обратной связи, которое подается на базу транзистора :

. (8.2)

Усилитель постоянного тока выполнен на транзисторе . Резистор является коллекторной нагрузкой транзистора . Параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне с резистором создает эталонное напряжение , которое подается на эмиттер транзистора . Разность напряжений на базе и эмиттере транзистора является сигналом ошибки, который управляет его коллекторным током. Коллекторный ток, протекающий через резистор , управляет напряжением базы транзистора , а, следовательно, и сопротивлением регулирующего элемента, чем больше ток, тем меньше коллекторный ток и ток нагрузки. Изменение входного напряжения приводит к соответствующему изменению сопротивления регулирующего элемента и падению напряжения на нем. Например, при увеличении входного напряжения будет увеличиваться и выходное напряжение . Увеличение вызовет увеличение . При постоянном напряжении на эмиттере с увеличением напряжения на базе увеличится сигнал ошибки. Это приведет к росту тока коллектора транзистора и к росту падения напряжения на резисторе . С возрастанием напряжения на резисторе транзистор начнет закрываться, тем самым, увеличивая сопротивление регулирующего элемента и, следовательно, увеличивает падение напряжения на нем . Это приведет к восстановлению исходного выходного напряжения . Приближенное значение коэффициента стабилизации равно