2.8.4. Стабилизаторы напряжения
Стабилизаторы напряжения делятся на два класса: линейные и импульсные. Линейные стабилизаторы передают входное постоянное напряжение на свой выход без каких-либо импульсных преобразований. Через регулирующий элемент линейного стабилизатора постоянно протекает ток и на нем падает напряжение, равное разности входного и выходного напряжений. Поэтому на таком регулирующем элементе происходит рассеивание значительной мощности, особенно при больших значениях перепада напряжений вход – выход.
В импульсных стабилизаторах регулирующий элемент работает в ключевом режиме (периодически открывается и закрывается). При этом на регулирующем элементе рассевается меньшая мощность. Поэтому КПД таких стабилизаторов больше.
В дальнейшем будем рассматривать линейные стабилизаторы.
Типовая структурная схема стабилизатора напряжения
На рис.2.108 представлена структурная схема стабилизатора напряжения.
Рис.2.109. Структурная схема стабилизатора напряжения
В качестве регулирующего элемента в большинстве случаев используются транзисторы. Накопителем энергии может быть обычный конденсатор. На схему сравнения подаются два напряжения: выходное и опорное (эталонное), создаваемое специальным источником. Выходное напряжение схемы сравнения является функцией обоих ее входных напряжений. Выходным напряжением схемы сравнения управляется регулирующий элемент через управляющее устройство.
Работает стабилизатор напряжения следующим образом. Предположим, что под действием дестабилизирующих факторов напряжение на накопительном конденсаторе уменьшилось. Выходное напряжение стало меньше опорного. Схема сравнения формирует соответствующий управляющий сигнал, уменьшающий внутреннее сопротивление регулирующего элемента (увеличивается прямое напряжение на эмиттерном переходе регулирующего транзистора). Падение напряжения на регулирующем элементе уменьшается, напряжение на выходе стабилизатора возрастает. При увеличении выходного напряжения, внутреннее сопротивление регулирующего элемента увеличивается. Соответственно увеличивается падение напряжения на регулирующем элементе и напряжение на выходе стабилизатора уменьшается.
Электрические параметры стабилизаторов напряжения
1. Коэффициент стабилизации. В общем виде коэффициентом стабилизации напряжения называют частное от деления относительного изменения напряжения на входе на относительное изменение напряжения на выходе стабилизатора:
Кст
=
Различают дифференциальный и интегральный коэффициенты стабилизации. Интегральный Кст определяет стабилизацию напряжения в заданном диапазоне изменения дестабилизирующей величины, дифференциальный Кст – в бесконечно малом диапазоне изменения этой величины. Практическое значение имеет интегральный коэффициент стабилизации, рис.2.110.
Рис.2.110. Типовая зависимость выходного напряжения стабилизатора от входного
2. Коэффициент нестабильности по напряжению (Кнu). Кнu определяется, как отношение производной выходного напряжения по входному напряжению к выходному напряжению:
Кнu
=
3. Коэффициент нестабильности по току (Кнi). Кнi – это относительное изменение выходного напряжения при изменении выходного тока в определенных пределах:
Кнi
=
100% , при Iвых
= Iзад.
4. Выходное сопротивление (Rвых). Выходным сопротивлением стабилизатора называется отношение изменения напряжения на выходе стабилизатора к вызвавшему его изменению тока в нагрузке при постоянном входном напряжении, рис.2.111:
Rвых
=
.
Рис.2.111. К определению выходного сопротивления стабилизатора
5. Коэффициент сглаживания пульсаций. Под коэффициентом сглаживания пульсаций понимают отношение напряжений пульсаций на входе стабилизатора и на его выходе.
6. Коэффициент полезного действия стабилизатора. Характеризует потери энергии в процессе его работы. Определяется, как отношение мощности, отдаваемой стабилизатором в нагрузку к мощности, потребляемой стабилизатором от источника напряжения на его входе.