16.4. Стабилизаторы напряжения

6.4.1. Параметрический стабилизатор напряжения

Стабилизаторами напряжения называются устройства, автоматически поддерживающие в заданных пределах напряжение на стороне потребителя (в, частности, на ЭТУ) электрической энергии при воздействии любых дестабилизирующих факторов: изменения напряжения питающей сети, тока нагрузки, условий окружающей среды (изменение температуры, давления, влажности), времени и т.д.

Сущность работы любого стабилизатора состоит в том, что при воздействии дестабилизирующих факторов автоматически происходит такое изменение параметров одного или нескольких элементов стабилизатора, при котором напряжение на зажимах потребителя поддерживается с заданной степенью точности на требуемом уровне.

Включаются стабилизаторы между источником электрической энергии и потребителем.

Тип стабилизатора определяется методом стабилизации. Известно три метода стабилизации: параметрический, компенсационный и комбинированный (компенсационно - параметрический).

Параметрический метод стабилизации основан на том, что управление исполнительным или регулирующим элементом (РЭ) производится тем же внешним воздействием, которое нарушает постоянство выходной величины стабилизатора. Стабилизаторы, построенные по этому методу, называются параметрическими. В них используются неуправляемые нелинейные элементы цепей (кремниевые стабилитроны, термочувствительные нелинейные сопротивления и др.), которые в силу своих нелинейных свойств компенсируют дестабилизирующие факторы.

Рис. 207

Простейшая схема параметрического стабилизатора напряжения (ПСН) постоянного тока изображена на рис. 207.

Она состоит из кремниевого стабилитрона VD, ограничительного (баластного) резистора R₀ и сопротивления нагрузки (потребителя) R_н.

Принцип действия схемы заключается в следующем. Пусть схема находится в номинальном режиме. Этот режим характеризуется номинальным входным напряжением U_вх, номинальным током нагрузки I_н и положением точки А на вольт-амперной характеристике (ВАХ) стабилитрона VD (см. рис. 170).Тогда при увеличении входного напряжения и неизменном токе нагрузки возрастает входной ток стабилизатора I₀ на величину ∆I₀. Большая часть этого приращения тока пойдет через стабилитрон (так как R_д « R_н, что всегда имеет место в практических схемах стабилизаторов) и рабочая точка А переместится в сторону точки 2. При этом напряжение на стабилитроне и на нагрузке возрастает прямо пропорционально изменению тока и дифференциальному сопротивлению стабилитрона. А так как R_д « R_н, то изменение выходного напряжения стабилизатора будет меньше изменения входного напряжения. При уменьшении входного напряжения процессы аналогичны, но ток через стабилитрон и выходное напряжение стабилизатор уменьшаются.

При неизменном входном напряжении и изменении тока нагрузки от I_н до I_{н min} ток через стабилитрон возрастает на величину (I_н - I_{н min}). Рабочая точка А переместится по ВАХ в сторону точки 2, и выходное напряжение стабилизатора увеличится относительно номинального значения. Это изменение выходного напряжения будет тем меньше, чем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Эта простейшая схема ПСН применяется в маломощных электронных ЭТУ для стабилизации напряжения, а так же в качестве источника эталонного напряжения в компенсационных стабилизаторах напряжения.

В настоящее время широко используются интегральные параметрические стабилизаторы напряжения, выполненные, в частности, на микросхеме типа КР142Е19. Эта микросхема представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения (интегральный аналог стабилитрона) и предназначена для использования для питания высококачественной аппаратуры или в качестве источника опорного напряжения.