Стабілізатори постійної напруги

Стабілізатори напруги — це електронні пристрої, призначені для підтримання сталого значення напруги з необхідною точністю в зада­ному діапазоні зміни напруги джерела або опору навантаження (де­стабілізуючі чинники). За принципом роботи стабілізатори напруги поділяються на параметричні та компенсаційні. Параметричний ме­тод стабілізації базується на зміні параметрів нелінійного елемента стабілізатора, залежно від зміни дестабілізуючого чинника, а стабілі­затор називають параметричним.

В компенсаційному методі стабілізації у вимірювальному елементі порівнюється величина, що стабілізується, з еталонною і виробляєть­ся сигнал розузгодження. Цей сигнал перетворюється, підсилюється і подається на регулювальний елемент.

Параметричні стабілізатори напруги.Параметричний стабілізатор напруги на базі стабілітрона пока­зано на рис. 3.3.13.

Особливості роботи такого стабілізатора напруги базуються на то­му, що напруга стабілітрона на зворотній ділянці його вольт-амперної характеристики U_ст.доп змінюється незначно в широкому діапазоні зміни зворотного струму стабілітрона. Тобто коливання напруги на вході стабілізатора зумовлюють значну зміну струму стабілітрона при незначних змінах напруги на ньому.

Стабілізатори характеризуються коефіцієнтом стабілізації

, (3.3.23)

який для параметричних стабілізаторів становить К_ст.U= 20÷30.

Рівняння електричної рівноваги для такого стабілізатора має виг­ляд: U = U_H + R_БІ, де R_Б — баластний опір, необхідний для зменшен­ня впливу дестабілізуючих чинників на напругу навантаження.

Опір баластного резистора R_Б вибирають таким, щоб при номі­нальному значенні напруги джерела U напруга і струм стабілітрона теж дорівнювали номінальним значенням U_{ст н}, I_ст.н. Величину I_ст.н визначають за паспортними даними та виразом

(3.3.24)

Тоді, з рівняння електричної рівноваги, визначаємо баластний опір за виразом

(3.3.25)

де І_н=Р_н/U_н; U≈U_сп; І=І_ст.н+І_н.

Роботу параметричного стабілізатора зручно ілюструвати за допо­могою вольт-амперної характеристики (ВАХ) стабілітрона та відпові­дної графічної побудови навантажувальної прямої (рис.3.3.14). Для по­будови ВАХ стабілітрона за його паспортними даними через точку з координатами U_ст.н, І_ст.н проводять пряму лінію під кутом α до осі координат, що визначається значенням динамічного опору стабілітрона R_Д. Далі будуємо навантажувальну характеристику при номінальній напрузі джерела. Для цього визначаємо координати двох точок, через які проходитиме пряма. А саме, точка з координатою U_ст.н, І_ст.н точка на осі ординат, яка визначається за виразом І = U/R_Б . Через ці точки проводимо навантажувальну пряму.

Роботу стабілізатора перевіряють за умови його здатності забезпе­чувати задане значення U_H при коливаннях вхідної напруги U. Для прикладу, якщо вхідна напруга змінюється в межах ±10%, то на виході стабілізатора коливання напруги U_H становить ±0,1% (рис. 3.3.14).

Побудова навантажувальних прямих при зміні напруги мережі в межах ±10% здійснюється шляхом паралельного зсуву навантажувальної ха­рактеристики при номінальній напрузі мережі відповідно вліво і вправо на 0,1U. За допомогою цієї побудови можна з'ясувати, чи при таких коливаннях напруги мережі забезпечуються умови стабілізації, тобто, чи точки перетину зсунених навантажувальних характеристик з ВАХ стабілітрона не виходять за межі значень струмів стабілітрона І_ст.мін і І_{ст.макс}.

Рис. 3.3.15. Вольт-амперна характеристика стабілізатора

Компенсаційні стабілізатори напруги.Робота компенсаційних (транзисторних) стабілізаторів напруги базується на порівнянні вихідної напруги стабілізатора з еталонною. Якщо вони не рівні між собою, то різниця цих напруг підсилюється й подається на регулювальний елемент, який відновлює вихідну напругу до стабілізованої величини. Такі стабілізатори дозволяють розширити діапазон стабілізованих напруг та забезпечити вищу якість стабіліза­ції (К_ст.u > 50) порівняно з параметричними стабілізаторами.

За способом вмикання регулювального елемента відносно наван­таження, компенсаційні стабілізатори поділяють на послідовного та паралельного типів.

На рис. 3.3.15 зображено компенсаційний стабілізатор послідовного типу.

Рис. 3.3.15. Схема компенсаційного

стабілізатора напруги

Транзистор VT1 виконує функцію регулювального елемента, а транзистор VT2 — функцію підсилювального елемента. Еталонна на­пруга задається з допомогою стабілітрона VD. Вона порівнюється з напругою на резисторі R₁, яка пропорційна вихідній напрузі стабіліза­тора, тому що цей резистор є плечем дільника напруги R₁, R₂. Різниця цих напруг підсилюється транзистором VT2 і виділяється на резисторі R_у. Напруга на цьому резисторі є вхідною напругою регулювального елемента VT1 і, тому, зумовлює зміну напруги емітер-колектор VT1, завдяки чому забезпечується стабілізація вихідної напруги.

Стабілізатори струму

Стабілізатори струму –це елементи електронних схем, які призначені для підтримання постійності величини струму в колах.

Найпростіша схема, яка широко розповсюджена в напівпровідникових і мікроелектронних пристроях, транзисторного стабілізатора струму показана на рис. 3.3.16. в коло емітера транзистора VT ввімкнений резистор R_Е, а між джерелом вхідної напруги і базою цього транзистора через обмежувальний резистор R_Б ввімкнений кремнієвий стабілітрон VD.

VD U_ЕБ VT

І_Б

U_вх U_с R_Б

+

Рис. 3.3.16. Транзисторний стабілізатор

струму

змінено, до ділянки емітер –база (плюс на емітері, мінус на базі). Така полярність напруги для транзистора типу n-p-n призводить до збільшення опору транзистора і відновлення попереднього значення емітерного струму. При незмінній величині І_Е струм колектрора І_К також залишиться незмінним.

61. Функціональна схема і принцип дії ключових стабілізаторів.

Імпульсний стабілізатор напруги (ключовий стабілізатор напруги^[1]) - це стабілізатор напруги, в якому регулювальний елемент працює в ключовому режимі, тобто більшу частину часу він знаходиться або в режимі відсічення, коли його опір максимально, або в режимі насичення - з мінімальним опором, а значить може розглядатися як перемикач (ключ).

Принцип роботи[ред.]

Безтрансформаторний стабілізатор зі зменшенням напруги[ред.]

Окрім ключа S, найпростіша схема з дроселем L включає діод D і конденсатор C. Коли ключ S замикає коло, струм від джерела тече через дросель L в навантаження. ЕРС самоіндукції дроселя скерована проти напруги джерела напруги. В результаті напруга на опорі навантаження дорівнює різниці напруг джерела і ЕРС самоіндукції дроселя, струм через дросель росте, як і напруга на конденсаторі C і навантаженні. При розімкнутому ключі S струм продовжує текти через дросель в тому ж напрямку через діод D і навантаження, а також конденсатор C. ЕРС самоіндукції прикладена до опору R через діод D, струм через дросель зменшується, як і напруга на конденсаторі C і на навантаженні.

В якості перемикача S може бути використаний польовий чи біполярний транзистор, або тиристор. Напруга на опорі навантаження не може перевищувати напругу джерела.

Безтрансформаторний стабілізатор з підвищенням напруги[ред.]

В цій схемі комутуючий елемент S ввімкнутий після дроселя. Коли він замкнутий, струм від джерела тече через дросель L; струм через нього збільшується, в ньому накопичується енергія. При роз'єднанні кола струм від джерела тече через дросель L, діод D і опір навантаження. Напруга джерела і ЕРС самоіндукції дроселя прикладені в одному напрямку і сумуються на опорі навантаження. Струм поступово зменшується, дросель віддає енергію в навантаження. Поки перемикач замкнутий, навантаження живиться напругою конденсатора C. Діод D не дає йому розрядитися через ключ S.