В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

Внешняя характеристика выпрямителя с Г-образным RC-фильтром ( кривая 3 ) на рис. 5.7 имеет еще более крутой наклон, чем кривая 2. Это вызвано дополнительным падением напряжения на последовательно включенном резисторе R ф.

Рис. 5.7. Внешние характеристики выпрямителей

Стабилизатором напряжения называют устройство, автоматически обеспечивающее поддержание напряжения нагрузочного устройства с заданной степенью точности.

Напряжение нагрузочного устройства может сильно изменяться не только при изменении нагрузочного тока I н, но и за счет воздействия ряда дестабилизирующих факторов. Одним из них является изменение напряжения промышленных сетей переменного тока.

В соответствии с ГОСТ это напряжение может отличаться от номинального значения в пределах от + 10 до —15 %. Другими дестабилизирующими факторами являются изменение температуры окружающей среды, колебание частоты тока и т. д. Применение стабилизаторов диктуется тем, что современная электронная аппаратура может нормально функционировать при нестабильности питающего напряжения 0…3 %, а для отдельных функциональных узлов электронных устройств нестабильность должна быть еще меньше. Так, для УПТ и некоторых измерительных электронных приборов нестабильность питающего напряжения не должна превышать 10 -4%.

Стабилизаторы квалифицируют по ряду признаков:

• по роду стабилизируемой величины — стабилизаторы напряжения или тока;

• по способу стабилизации — параметрические и компенсационные стабилизаторы.

В настоящее время широкое применение получили компенсационные стабилизаторы, которые подразделяют на стабилизаторы непрерывного и импульсного регулирования. При параметрическом способе стабилизации используются некоторые приборы с нелинейной вольт-амперной характеристикой, имеющей пологий участок, где напряжение (ток) мало зависит от дестабилизирующих факторов. К таким приборам относятся стабилитроны, бареттеры, лампы накаливания и др.

При компенсационном способе стабилизации постоянство напряжения (тока) обеспечивается за счет автоматического регулирования выходного напряжения (тока) источника питания. Это достигается за счет введения отрицательной обратной связи между выходом и регулирующим элементом, который изменяет свое сопротивление так, что компенсирует возникшее отклонение выходной величины.

Основным параметром, характеризующим качество работы всех стабилизаторов, является коэффициент стабилизации . Как отмечалось, определяющими дестабилизирующими факторами, из-за которых изменяются выходные величины стабилизатора, являются входное напряжение стабилизатора U вхи нагрузочный ток I н.

Для стабилизатора напряжения коэффициент стабилизации по напряжению :

где Δ U вхи Δ U вы x— приращения входного и выходного напряжений, a U вхи U вых— номинальные значения входного и выходного напряжений.

Помимо коэффициента стабилизации стабилизаторы характеризуются такими параметрами, как внутреннее сопротивление R i. сти коэффициент полезного действия h ст. Значение внутреннего сопротивления стабилизатора R i. стпозволяет определить падение напряжения на стабилизаторе, а следовательно, и напряжение на нагрузочном устройстве U нпри изменениях нагрузочного тока.

Коэффициент полезного действия стабилизатора характеризует мощность потерь в нем и является основным энергетическим показателем стабилизатора:

η ст= Р н/( Р н+ Р п),

где Р н— полезная мощность в нагрузочном устройстве; Р п— мощность потерь.

В ряде случаев необходимо учитывать массу, габариты и срок службы используемых стабилизаторов.

5.4.1. Параметрические стабилизаторы напряжения

Схема простейшего параметрического стабилизатора напряжения изображена на рис. 5.8, а . С помощью такого стабилизатора, в котором применяется полупроводниковый стабилитрон VD, можно получать стабилизированное напряжение от нескольких вольт до нескольких сотен вольт при токах от единиц миллиампер до единиц ампер. Если необходимо стабилизировать напряжение менее 3 В, то вместо стабилитронов используют стабисторы (см. гл. 4 ).

Стабилитрон в параметрическом стабилизаторе включают параллельно нагрузочному резистору R н. Последовательно со стабилитроном для создания требуемого режима работы включают балластный резистор R б. Принцип действия параметрического стабилизатора постоянного напряжения удобно объяснить с помощью графика на рис. 5.8, б , на котором изображены вольт-амперная характеристика полупроводникового стабилитрона и «опрокинутая» вольт-амперная характеристика резистора R б. Такое построение вольт-амперных характеристик позволяет графически решить уравнение электрического состояния стабилизатора напряжения: U вх1= U ст1+ R б I ст1. При увеличении напряжения U вх1на Δ U вх, например, из-за повышения напряжения сети, вольт-амперная характеристика резистора переместится параллельно самой себе и займет положение 2. Из рис. 5.8, б видно, что напряжение U ст 2мало отличается от напряжения U ст1т. е. практически напряжение на стабилитроне и на нагрузочном резисторе R ностанется неизменным. Напряжение на нагрузочном устройстве останется неизменным также при снижении входного напряжения и изменениях нагрузочного тока I н.

Рис. 5.8. Схема параметрического стабилизатора напряжения на полупроводниковом стабилитроне ( а) и пояснение принципа действия параметрического стабилизатора ( б)

Для нормальной работы параметрического стабилизатора сопротивление резистора R бдолжно быть таким, чтобы его вольт-амперная характеристика пересекала вольт-амперную характеристику стабилитрона в точке А , соответствующей номинальному току стабилитрона I ст. ном, значение которого указано в паспортных данных стабилитрона. Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора на полупроводниковом стабилитроне может достигать 30…50.

Основными достоинствами параметрических стабилизаторов напряжения являются простота конструкции и надежность работы.