3.5.Стабилизаторы.

3 .5.1.Стабилизаторы напряжения.

Устройство, поддерживающее автоматически постоянное напряжение на нагрузке при изменении дестабилизирующих факторов в известных пределах, называется стабилизатором напряжения.

Дестабилизирующими факторами являются входное напряжение и сопротивление нагрузки, которые изменяются во время работы устройства.

Существует два метода стабилизации напряжения: параметрический и компенсационный.

Рис.3.8.Стабилитрон тлеющего разряда: 1-катод; 2- анод;

3- поджигающий электрод.

В параметрических стабилизаторах используют элементы с нелинейной ВАХ (ионный и кремниевый стабилизаторы).Ионный стабилизатор или стабилитрон (рис.3.8)- это двухэлектродная газонаполненная лампа тлеющего разряда с холодным катодом. Катод 1-полый цилиндр из никеля с активирован-ной внутренней поверхностью. Анод 2 – стержень, установленный по оси катода. К катоду приваривается проволочка- поджигающий электрод 3,свобод-ный конец которой, не касаясь, размещается возле анода.

На рис.3.9 представлена схема стабилизации напряжения с помощью полупроводникового кремниевого стабилитрона.

Р ис.3.9. Схемы стабилизации напряжения с помощью полупроводникового стабилитрона.

Выходное напряжение схемы с большой степенью точности поддерживается на заданном уровне, равном критическому пробивному напряжению диода. Разница между входным и выходным напряжениями гасится на сопротивлении R_г.Если входное напряжение возрастает, то увеличивается и обратный ток диода, возрастает ток I и падения напряжения на гасящем сопротивлении R_г . Приращения напряжений на входе и выходе схемы взаимно компенсируются, а выходное напряжение остается без изменения.

Преимущества параметрических стабилизаторов постоянного напряжения — простота схемы; недостат­ки—низкий КПД, невозможность регулирования вы­ходного напряжения, небольшой коэффициент стаби­лизации и возможность работы только при малых токах нагрузки.

Более высокими техническими показателями обла­дают стабилизаторы компенсационного типа, работа которых основана на сравнении фактического значения выходного напряжения с заданным. Компенсаци­онный стабилизатор (рис.3.10) состоит из трех узлов: источник опорного напряжения (ОН); сравни-вающий и усилительный элемент (СУ); регулирующий элемент (РЭ).

Рис.3.10. Стабилизатор компенсационного типа:

а) Структурная схема;

б) Одна из возможных схем.

Как следует из структурной схемы, регулирующим элемент включается последовательно с источником входного напряжения U_вх и нагрузкойR_ни выполняет роль переменного гасящего резистора. Если по каким-либо причинам напряжение на нагрузке откло­нилось от своего номинального значения, то разность опорного напряжения и выходного напряжения усили­вается и воздействует на регулирующий элемент, за счет чего выходное напряжение стабилизатора воз­вращается к номинальному значению.

Основные параметры-коэффициент стабилизации и выходн.сопротивле­ние.

Коэффициентом стабилизацииназывают отноше­ние относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора при постоянном сопротивлении на­грузки, т. е.

k_ст= , где

∆U_вх, ∆U_вых - изменения напряжения на входе и выходе стабилизатора; U_вх, U_вых— номинальные на­пряжения на входе и выходе стабилизатора.

Выходным сопротивле­нием стабилизатора называют отношение изменения напряжения на выходе стабилизатора к вызвавшему его изменению тока нагрузки при постоянном вход­ном напряжении:R_вых = ∆U_вых/∆I_н.

На рис.3.10,б транзисторVT1, включенный последовательно с нагрузкой R_н - регулирующий элемент, а транзисторVT2-усилительный. Кремниевый стаби-литрон VД используется как источник опорного напряжения, а транзисторVT2 усиливает разность между опорным напряже­нием U_oп и падением напряжения на резисторе R_2, . Если напряжение U_вх возрастает, то повышается напряжение на резисторе R₂, что увеличивает базовый ток I_б2, а значит ток коллектора I_к2 и падение напряжения на резистореR₃. Потенциал базы VT1повышается и ток базы I_б1 снижается. Это приводит к увеличению напряжения на транзисторе VT1до значения, при котором напряжение U_вых становится близким кпрежнему. В делителеR₁,R₂можно применить переменный резистор д л я регулирования вых. напряжения. Коэффициент стабилизации в компенсационных стабилизаторах может достигать нескольких тысяч. Они обеспе­чивают высокую точность под-держания стабильного напряжения, значительное ослабление пульсаций и возможность регулирования выход.напряжения. Применяются в блоках пита-ния устройств, собранных на полупроводниковых приборах или микросхемах. Недостатки: низкий КПД, т.к. на регулирующем транзисторе всегда есть потери выпрямленного напряжения.