4.3. Электронные Стабилизаторы напряжения

Напряжение на выходе выпрямителя может изменяться при колебаниях напряжения питающей сети или тока нагрузки, температуры окружающей среды. Для устранения этого недостатка выпрямителей применяют специальные устройства – стабилизаторы напряжения.

По принципу работы стабилизаторы делят на: параметрические, компенсационные и комбинированные.

Параметрические стабилизаторы бывают однокаскадными, многокаскадными и мостовыми.

Параметрические стабилизаторы осуществляют стабилизацию напряжения за счет изменения параметров полупроводниковых приборов: стабилитронов, стабисторов, транзисторов и др. Изменяемым параметром является их сопротивление или проводимость.

Компенсационные стабилизаторы последовательного (рис. 4.8 а) и параллельного (рис. 4.8 б) типов могут быть как с непрерывным, так и импульсным регулированием.

Компенсационный стабилизатор напряжения является замкнутой автоматической системой сочетающей параметрический стабилизатор и регулирующий элемент, выполненный на полупроводниковых приборах.

Регулирующий элемент может быть включен как последовательно, так и параллельно нагрузке и может работать как в непрерывном, так и в ключевом режиме.

Для того чтобы схема стабилизатора имела высокое качество стабилизации, она должна обладать большим коэффициентом ослабления пульсации и иметь низкий температурный коэффициент. Коэффициент стабилизации по напряжению – величина изменения выходного напряжения, выраженная в процентах при определенном изменении входного напряжения.

Рассмотрим в качестве примера работу компенсационного стабилизатора напряжения, представленного на рис. 4.9. В состав стабилизатора входят: источник опорного напряжения R1, VD1; регулирующий элемент (транзистор VT3); усилитель ошибки (VT1, VT2).

а) б)

Рис. 4.8. Компенсационные стабилизаторы напряжения непрерыв-ного регулирования: а) последовательного; б) параллельного типа.

Регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой. Стабилизация напряжения осуществляется изменением падения напряжения на транзисторе VT3 ( ). На один вход усилителя ошибки (база транзистора VT1) подается опорное напряжение со стабилитрона VD1. Делитель R2, R3 (коэффициент передачи ), обеспечивает обратную связь. С этого делителя часть выходного напряжения подается на второй вход усилителя ошибки (базу транзистора VT2) и сравнивается с опорным напряжением. Напряжение на выходе усилителя (коллектор VT2) определяет режим работы транзистора VT3 и величину выходного напряжения.

При увеличении напряжения на входе стабилизатора и соответственно на его выходе усилитель уменьшит напряжение на базе транзистора VT3. Транзистор начнет закрываться, уменьшая выходное напряжение.

Современные интегральные стабилизаторы имеют схему защиты от короткого замыкания на выходе. Пример схемы, состоящей из резистора R₀, транзисторов VT4 и VT5, представлен на рис. 4.9.

Рис. 4.9. Транзисторный компенсационный стабилизатор напряжения

При номинальном токе на выходе стабилизатора падение напряжения на резисторе R₀ менее 0,4 В. Транзисторы VT4 и VT5 закрыты. При коротком замыкании на выходе падение напряжения на резисторе R₀ достигает 0,7 В. Транзисторы VT4 и VT5 открываются, закрывая транзистор VT3. После устранения короткого замыкания на выходе схема автоматически переходит в режим стабилизации.

Промышленность выпускает стабилизаторы напряжения (Рис.4.10) в виде интегральных микросхем на фиксированные напряжения (К142ЕН5 –ЕН8, К1180ЕН5 – ЕН20, КР1179ЕН5 – ЕН24, К1261ЕН5- ЕН24, ILE4260- 4271 и т.п.), так и с регулируемым выходным напряжением (IL1083-1085, IL317, IL2931CD, К1282ЕР1, 1254ЕР1Р\П).

Импульсные стабилизаторы напряжения. В схемах импульсных стабилизаторов напряжения используется двухступенчатое преобразование напряжения. Напряжение сети 220В, 50 Гц – преобразуется в пульсирующее напряжение с частотой 100 Гц, которое затем преобразуется в импульсное напряжение с частотой 20 кГц – 1 МГц и выпрямляется диодами с фильтрами на выходе.

Рис. 4.10. Интегральный стабилизатор напряжения

В качестве регулирующего элемента используется мощный высоковольтный биполярный или полевой транзистор (рис. 4.11), в стоковую цепь которого включен трансформатор.

Трансформатор является импульсным, намотанным на ферритовом сердечнике (кольце). Он осуществляет электрическую развязку от сети и формирует на выходе (во вторичных обмотках) требуемые уровни выходного напряжения. Источник питания выполнен по схеме автогенератора с возбуждением колебаний напряжением цепи положительной обратной связи. На затвор выходного транзистора подаются импульсы напряжения обратной связи, снимаемые с обмотки w3.

От сетевого выпрямителя

Рис. 4.11 Схема импульсного источника питания с автогенератором на полевым транзисторе

Стабилизация напряжения осуществляется с помощью цепи дополнительной обратной связи (на рис. 4.11 не показана), подающей часть выходного напряжения в первичную цепь, изменяя ширину импульсов задающего генератора. Развязка в цепи обратной связи выполняется с помощью оптронной пары: светодиод-фототранзистор.

Импульсные стабилизаторы имеют малые габариты, надежны в работе. КПД таких стабилизаторов превышает 90 %. Импульсные стабилизаторы напряжения используются в телевизионной, видео и вычислительной технике.

Q Контрольные вопросы.

1. Что такое стабилизатор напряжения?

2.Как подразделяются параметрические стабилизаторы напряжения?

3. Поясните принцип работы компенсационного стабилизатора напряжения?

4. Преимущества импульсных стабилизаторов напряжения.

151