Стабілізатори напруги живлення

Стабілізатори напруги – це електронні пристрої, призначені для підтримання сталого значення напруги з необхідною точністю в заданому діапазоні зміни напруги джерела або опору навантаження (дестабілізуючі чинники). За принципом роботи стабілізатори напруги поділяються на параметричні та компенсаційні. Параметричний метод стабілізації базується на зміні параметрів нелінійного елемента стабілізатора, залежно від зміни дестабілізуючого чинника, а стабілізатор називають параметричним.

В компенсаційному методі стабілізації у вимірювальному елементі порівнюється величина, що стабілізується, з еталонною і виробляється сигнал розузгодження. Цей сигнал перетворюється, підсилюється і подається на регулювальний елемент.

Параметричний стабілізатор напруги на базі стабілітрона показано на рис.106.

Рисунок 106 – Схема параметричного стабілізатора напруги

 

Особливості роботи такого стабілізатора напруги базується на тому, що напруга стабілітрона на зворотній ділянці його вольт-амперної характеристики U_{ст. доп}  змінюється незначно в широкому діапазоні зміни зворотного струму стабілітрона. Тобто коливання напруги на вході стабілізатора зумовлюють значну зміну струму стабілітрона при незначних змінах напруги на ньому.

Стабілізатори характеризуються коефіцієнтом стабілізації –характеризує якість роботи всіх стабілізаторів

К_{ст U}  = (∆U_вх / U_{вх ном})/ (∆U_вих / U_{вих ном}),

який для параметричних стабілізаторів становить К_{ст U}  = 20…30.

Рівняння електричної рівноваги має вигляд

U = U_н + R_Б∙І,

де R_Б - баластний опір, необхідний для зменшення впливу дестабілізуючих чинників на напругу навантаження.

Опір баластного резистора R_Б вибирають таким, щоб при номінальному значенні напруги джерела U, напруга і струм стабілітрона теж дорівнювали номінальним значенням U_ст.н, І_ст.н. Величину І_ст.н визначають за паспортними даними та виразом

І_ст.н = (І_ст.мін + І_{ст.макс})/2.

Тоді, з рівняння електричної рівноваги, визначаємо баластний опір за виразом

R_Б = (U – U_ст.н)/ (І_ст.н + І_н),

де І_н = Р_н /U_н); U ≈ U_d; I = І_ст.н + І_н. 

Недоліки: невеликий коефіцієнт корисної дії, не більше 0,3; великий внутрішній опір стабілізатора (5-20 Ом): вузький і некерований діапазон стабілізіруємої напруги.

Переваги: простота конструкції і надійність роботи.

Суть компенсаційного методу стабілізації зводиться до автоматичного регулювання вихідної напруги.

Компенсаційні стабілізатори – це замкнуті системи автоматичного регулювання із жорстким від′ємним зворотним зв′язком.

У компенсаційних стабілізаторах здійснюється порівняння фактичної величини вихідної напруги з її заданою величиною і залежно від величини і знаку розузгодження між ними автоматично здійснюється коректуюча дія на елементи стабілізатора, направлена на зменшення цього розузгодження.

Схеми компенсаційних стабілізаторів постійної напруги бувають послідовного (рис.107,а) і паралельного типів (рис.107,б).

                                          а)                                                   б)

Рисунок 107 - Схеми компенсаційних стабілізаторів постійної напруги: а –послідовного типу; б – паралельного типу

 

Основним елементом стабілізатора є регулюючий елемент, зміною опору якого досягають стабілізації напруги на навантаженні.

В стабілізаторах паралельного типу регулюючий елемент (РЕ) вмикається паралельно навантаженню.

В стабілізаторах послідовного типу регулюючий елемент (РЕ) вмикається послідовно навантаженню.

РЕ – регулюючий елемент; П – підсилювач постійного струму; ДОН – джерело опорної напруги U_оп; R_б – баластний опір; R_н – опір навантаження.

На вхід підсилювача П подається напруга ∆U = ∆U _н - U _оп (напруга розузгодження), яка після підсилення керує опором РЕ таким чином, щоб підтримувати на виході стабілізатора незмінною.

Для стабілізатора паралельного типу маємо

U _н = U _вх - R_б (І _Н + І _Р) = const.

Надлишок напруги падає на R_б. Для стабілізатора послідовного типу           

U _н = U _вх - І _Н R_РЕ = const.

Надлишок напруги падає на РЕ. Стабілізатор послідовного типу більш економічний і широко використовується.

Простий компенсаційний стабілізатор послідовного типу будується на основі параметричного стабілізатора на стабілітроні та емітерному повторювачі (рис.108).

Рисунок 108 – Простий компенсаційний стабілізатор

   

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:

1 У чому суть стабілізації частоти коливань і які методи стабілізації?

2 У чому полягає параметричний метод стабілізації?

3 Подайте умови вибору стабілітрона для параметричного стабілізатора.

4 Для чого необхідний баластний резистор?

5 На чому базується компенсаційний метод стабілізації?

6 Для стабілізації напруги споживача постійного струму потужністю Р_н = 800 мВт, напругою U_н = 11 В використовується параметричний стабілізатор із стабілітроном Д814Г. Визначити опір баластного резистора, якщо напруга на вході стабілізатора = 14 В.

 

ВИКЛАДАЧ – Ковальова Т.І.

 

ЛЕКЦІЯ № 29 (2 год.)