«Содержание»

Учитывая, что , все изменения в схеме приводят к изменению тока стабилитрона. Увеличение входного напряженияU₁ при неизменном токе нагрузки I_н приводит к увеличению тока I₁ и, соответственно, тока стабилитрона I_cm. При неизменном напряжении U₁ ток I₁ остается неизменным и увеличение тока нагрузки I_н приводит к уменьшению тока стабилитрона I_cm.

Рис. 3. Рабочий участок вольтамперной характеристики стабилитрона

2.1. Силовой расчет параметрического стабилизатора

Номинальное напряжение стабилитрона U_стном выбирается равным номинальному напряжению нагрузки. Балластное сопротивление выбирается из условия обеспечения минимального допустимого тока стабилитрона при наихудшем сочетании входного напряжения и тока нагрузки

, где . (8)

После выбора номинала резистора R_Б стабилитрон проверяется по допустимой рассеиваемой мощности

, где . (9)

Если стабилитрон не проходит проверку на допустимый ток. То выбирается стабилитрон на большую мощность или, что делается чаще, ставиться усилитель тока в виде эмиттерного повторителя на транзисторе. Схема параметрического стабилизатора с эмиттерным повторителем приведена на рис. 4.

Рис. 4. Параметрический стабилизатор с эмиттерным повторителем

«Содержание»

2.2. Параметры стабилизации

Коэффициент стабилизации

При расчете коэффициента стабилизации учитываем только изменение напряжений, поэтому в схеме замещения рис. 2 источник Э.Д.С. Е_ст заменим его внутренним (нулевым) сопротивлением. Получим схему замещения рис. 5.

Рис. 5. Схема замещения параметрического стабилизатора для расчета коэффициента стабилизации

. (10)

В приближенном уравнении учтено соотношения сопротивлений и .

Окончательно приближенное уравнение для коэффициента стабилизации, с учетом введенного определения (1) примет вид

. (11)

Выходное сопротивление

Выходное сопротивление ищется относительно зажимов, к которым подключена нагрузка при условии, что источники Э.Д.С. замены внутренними нулевыми сопротивлениями. Схема замещения приведена на рис. 6.

Рис. 6. Схема замещения для определения выходного сопротивления

Согласно схеме замещения выходное сопротивление равно

. (12)

ТКН стабилизатора равен ТКН стабилитрона. Стабилизирующие параметры параметрического стабилизатора сравнительно не высокие и не могут быть улучшены. Коэффициент полезного действия низок из-за потерь в балластном сопротивлении и стабилитроне. Параметрический стабилизатор из-за своей простоты нашел применение в маломощных источниках питания и в качестве источника опорного напряжения в параметрических стабилизаторах напряжения. «Содержание»

3. Компенсационные стабилизаторы напряжения (КСН)

1. Функциональные схемы КСН

Компенсационным стабилизатором напряжения (КСН) назовем стабилизатор с отрицательной обратной связью по напряжению, за счет которой компенсируются отклонения выходного напряжения, вызванные такими возмущениями, как изменения входного напряжения и тока нагрузки.

По структуре функциональной схемы компенсационные стабилизаторы напряжения делятся на КСН последовательного и КСН параллельного типа.

Функциональная схема КСН последовательного типа приведена на рис. 7.

Рис. 7. Функциональная схема КСН последовательного типа

Выходное напряжение КСН U₂ измеряется датчиком напряжения ДН и в элементе сравнения ЭС сравнивается с опорным напряжением Е_ОП. Ошибка усиливается усилителем У и воздействует на регулирующий элемент РЭ так, чтобы уменьшить ошибку. К регулирующему элементу РЭ приложена разница напряжений междуU₁ и U₂, через него протекает весь ток нагрузки и в нем выделяется сравнительно большая мощность. Напряжение на нагрузке равно

, (13)

а усилитель У уменьшая ошибку фактически меняет напряжение регулирующего элемента U_РЭ.

Функциональная схема КСН параллельного типа приведена на рис. 8.

Рис. 8. Функциональная схема КСН параллельного типа

В КСН параллельного типа регулирующий элемент РЭ включен параллельно нагрузки, а избыток напряжения между U₁ и U₂ падает на балластном сопротивлении R_Б. «Содержание»

Напряжение на нагрузке определяется уравнением

, (14)

а усилитель У уменьшая ошибку фактически меняет ток регулирующего элемента I_РЭ.

Потери мощности в КСН параллельного типа еще больше. Чем в КСН последовательного типа, так как мощность теряется и в регулирующем элементе и в балластном сопротивлении.

Снизить потери мощности можно, переведя усилитель и регулирующий элемент на работу в ключевом (импульсном) режиме. Импульсные стабилизаторы напряжения обычно последовательного типа. Функциональная схема импульсного стабилизатора напряжения приведена на рис. 9, а принцип стабилизации иллюстрируется рис. 10.

Рис. 9. Функциональная схема импульсного стабилизатора напряжения

Рис. 10. Принцип работы импульсного стабилизатора напряжения

Регулирующий элемент РЭ представляет собой полупроводниковый ключ, который управляется релейным усилителем У. За ключом РЭ формируется импульсное напряжение U_K, которое сглаживается фильтром Ф, состоящем из индуктивности L_Ф и емкости С_Ф.

Фильтр, формируя напряжение U₂, усредняет напряжение U_K. Схема управления обеспечивает стабилизацию напряжения U2, изменяя длительность импульсов напряжения U_K. Если напряжение U₁ возрастет, то длительность импульсов напряжения U_K уменьшится, а напряжение U₂ останется прежним.

Импульсный КСН обладает минимальными потерями мощности, так как при закрытом ключе ток через него не протекает и рассеиваемая им мощность равна нулю, при открытом ключе на нем минимальные потери напряжения (теоретически близкие к нулю) соответственно минимальная рассеиваемая мощность. Большинство современных стабилизаторов напряжения являются импульсными, что снижает их габариты и повышает К.П.Д. «Содержание»

1. Компенсационный стабилизатор последовательного типа на транзисторах одинаковой проводимости