Главная | Обратная связь

Короткі теоретичні відомості

Стабілізатором напруги (струму) називається пристрій, який автоматично та з необхідною точністю підтримує напругу (струм) на навантаженні при зміні дестабілізуючих факторів у визначених межах. Незважаючи на застосування згладжувальних фільтрів, напруга на опорі навантаження може змінюватися. Це пояснюється тим, що у випадку згладжування пульсацій фільтром зменшується тільки змінна складова випрямленої напруги, а величина постійної складової може змінюватися в разі коливань напруги мережі та зміні струму навантаження. Залежно від місця їх увімкнення в схему розрізняють стабілізатори напруги постійного та змінного струмів. У першому випадку стабілізатор вмикають між випрямлячем і опором навантаження, в другому випадку – між джерелом змінного струму та випрямлячем.

Існують два принципово відмінних методи стабілізації напруги: параметричний і компенсаційний.

У параметричних стабілізаторах використовуються елементи з нелінійною залежністю між струмом і напругою (з нелінійною ВАХ). Такими елементами можуть служити електронні лампи, транзистори, стабілітрони, дроселі тощо. Принцип дії параметричних стабілізаторів базується на зміні опору (або інших параметрів) нелінійних елементів у випадку зміни прикладеної до них напруги або струму. У результаті перерозподілу струмів і напруг між окремими елементами досягається стабілізація вихідної напруги або струму.

Рис. 6.1. Схема стабілізатора постійної напруги на стабілітроні

На рис. 6.1 наведено схему параметричного стабілізатора постійного струму на стабілітроні, яка є дільником напруги, що складається із резистора і стабілітрона VD. У випадку зміни напруги живлення напруга на стабілітроні та навантаженні змінюється незначно.

Суть компенсаційного методу стабілізації зводиться до автоматичного регулювання вихідної напруги. В компенсаційних стабілізаторах проводиться порівняння фактичної величини вихідної напруги з його заданою величиною та залежно від величини і знаку різниці між ними автоматично здійснюється коректувальний вплив на елементи стабілізатора, спрямований на зменшення цієї різниці.

Схеми компенсаційних стабілізаторів постійної напруги бувають послідовного та паралельного типів (рис. 6.2). Основними елементами таких стабілізаторів є:

– джерело опорної (еталонної) напруги (ДЕН);

– порівнювальний та підсилювальний елемент (ППЕ);

– регулювальний елемент (РЕ).

а б Рис. 6.2. Структурні схеми компенсаційних стабілізаторів: а – послідовного типу; б – паралельного типу

У стабілізаторах послідовного типу (рис. 6.2, а) регулювальний елемент увімкнено послідовно з джерелом вхідної напруги і опором навантаження . Якщо з яких-небудь причин напруга на виході відхилилася від свого номінального значення, то різниця еталонної та вихідної напруг змінюється, підсилюється в ППЕ та діє на РЕ. У цьому випадку опір РЕ автоматичного змінюється і напруга розподіляється між РЕ та таким чином, щоб компенсувати зміни напруги на навантаженні.

В схемі паралельного стабілізатора компенсаційного типу (рис. 6.2, б) у випадку відхилення напруги на виході від номінальної виробляється сигнал, який рівний різниці еталонної та вихідної напруг, підсилюється елементом ППЕ і діє на РЕ, який увімкнено паралельно навантаженню. Струм регулювального елемента змінюється. Тому на баластному опорі , який увімкнено послідовно з , змінюється падіння напруги, а напруга на виході залишиться стабільною.

Відмінність наведених схем компенсаційних стабілізаторів полягає в наступному. В послідовних стабілізаторах напруга на РЕ зростає при збільшенні напруги на навантаженні, а струм приблизно дорівнює струму навантаження. У паралельних стабілізаторах напруга на РЕ не залежить від вхідної напруги, а струм знаходиться в прямій залежності від напруги на навантаженні. Стабілізатори паралельного типу мають невисокий ККД і використовуються рідко. Для стабілізації підвищених напруг і струмів, а також у випадку змінних навантажень використовують стабілізатори напруги послідовного типу. Їх недоліком є те, що у разі короткого замикання на виході до РЕ буде прикладена вся вхідна напруга.

На рис. 6.3 наведено схему послідовного транзисторного стабілізатора із підсилювачем у колі зворотного зв’язку, її особливістю є високий коефіцієнт стабілізації.

У цій схемі транзистор VT2 є ППЕ, а транзистор VT1 виконує функції РЕ. Напруга між базою та емітером транзистора VT2 дорівнює різниці напруг і . Якщо за будь-якої причини напруга на навантаженні зросте, то збільшиться напруга , яка прикладена у прямому напрямку до емітерного переходу транзистора VT2. Унаслідок цього збільшиться емітерний та колекторний струм цього транзистора. Колекторний струм транзистора VT2 протікає через резистор і створює на ньому падіння напруги, яка за своєю полярністю є зворотною для емітерного переходу транзистора VT1. Емітерний і колекторний струми цього транзистора зменшуються, що призводить до відновлення номінальної напруги на навантаженні. Таким же чином, можна відслідкувати зміни струмів у випадку зменшення напруги на навантаженні.

Рис. 6.3. Компенсаційний стабілізатор напруги з підсилювачем постійного струму та згладжувальним ємнісним фільтром

Основними параметрами, які характеризують стабілізатор, є:

1. Коефіцієнт стабілізації, який являє собою відношення відносної зміни напруги на вході до відносної зміни напруги (струму) на виході стабілізатора (у випадку постійного опору навантаження).

Коефіцієнти стабілізації за напругою і струмом :

; ,

де і – номінальні напруги на вході та виході стабілізатора; і – зміни напруг на вході та виході стабілізатора; – номінальний струм на виході стабілізатора; – відхилення вихідного струму стабілізатора від номінального значення. Коефіцієнти стабілізації служать основними критеріями для вибору раціональної схеми стабілізатора та оцінки її параметрів.

2. Вихідний опір, який характеризує зміну вихідної напруги при зміні струму навантаження та незмінній вхідній напрузі:

при .

Бажано, щоб опір був невеликий. У такому випадку зменшується загальний внутрішній опір блоку живлення, що призводить до зменшенню падіння напруги на ньому і сприяє підвищенню стійкості роботи багатокаскадних схем, які працюють від загального джерела.

3. Коефіцієнт корисної дії, який дорівнює відношенню потужності на навантаженні до номінальної вхідної потужності:

.

4. Дрейф (допустима нестабільність) вихідної напруги. Часовий і температурний дрейф характеризується величиною відносної або абсолютної зміни вихідної напруги за визначений проміжок часу або у визначеному інтервалі температур.