Компенсационные стабилизатора

Основные соотношения.

Параметрические стабилизаторы

Параметрические стабилизаторы напряжения

Как отмечалось раннее, иногда необходимо стабилизировать напряжение при изменении тока нагрузки или напряжения питания. Существует два вида стабилизаторов:

- параметрические,

- компенсационные.

В первом типе стабилизаторов используется принцип постоянства напряжения некоторых видов приборов при изменении протекающего тока. Примером является стабилизатор.

Во втором случае задачу стабилизации решают по компенсационному принципу, основанному на автоматическом регулировании напряжения подводимого к нагрузке.

Схема параметрического стабилизатора приведена на рис.6.9.

Рис.6.9.

В ней при изменении напряжения питания(U_d), либо тока нагрузки (I_n) напряжение нагрузки (U_n) будет меняться незначительно. Т.е. оно определяется малоизменияющимся обратным напряжением стабилитрона при протекании через него тока (I_ст).

Главным при расчете стабилизатора является выбор типа стабилитрона на напряжение нагрузки U_ст =Uн и обеспечение условий его работы, при которых изменяющийся в процессе работы ток стабилитрона не выходил бы за пределы рабочего участка. т.е. не был меньше I_{ст. мін} и больше I_{ст. мах.}

Основные соотношения для токов и напряжений в стабилизаторе получаем, воспользовавшись первым и вторым законами Кирхгофа

I_d =I_н +I _ст., U_d =U _Rб +U_н, U_Rб = (I_н+I_ст.)R_б

На основании полученных соотношений для тока стабилитрона можно записать

.

Напряжение U_н, определяемое напряжением U_ст, изменяется незначительно. в связи с чем его можно считать неизменным. Тогда в условиях изменения тока нагрузки (сопротивление R_б) и напряжения U_d ток I_ст. будет изменяться от некоторого минимального значения I_{ст. мін} до максимального значения

I_{ст. мах.} Минимальному значению I_ст.мін будут соответствовать минимальные значения U_d и R_n.мін, а максимальному значению тока I_ст._мах - максимальные значения U_d и R_n.мах. Расчет стабилизатора сводится к тому, чтобы выбрать величину сопротивления R_б, при котором через стабилитрон протекал бы ток I_ст.мін, соответствующий началу его рабочей характеристики. Поэтому расчет балластного сопротивления будет

Показателем качества стабилизации является коэффициент стабилизации. Коэффициент стабилизации показывает, во сколько раз относительное приращение напряжения на выходе стабилизатора меньше вызвавшего его относительного приращения напряжения на входе

Обычно он не превышает 20-50.

Такие стабилизаторы обладают более высоким коэффициентом стабилизации и меньшим выходным сопротивлением. Основой таких стабилизаторов является регулируемый элемент (РЭ), на который передается изменение напряжения или тока нагрузки и он препятствует этому изменению.

При этом регулируемый элемент может быть включен либо:

- параллельно нагрузке,

- последовательно нагрузке.

Это и определяет тип стабилизатора.

Воздействие на регулирующий элемент в обоих типах стабилизаторов осуществляется управляющей схемой, в которую входят усилитель постоянного тока У и источник опорного напряжения ИОН. При помощи ИОН производится сравнение напряжения на нагрузке с опорным напряжением. Функция усилителя сводится к усилению разности сравниваемых напряжений и подачи усиленного сигнала непосредственно на регулируемый элемент.

Рис.6.10.

Принцип действия компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения основан на изменении сопротивления регулирующего элемента. Наличие регулирующего элемента обуславливает неизбежные потери энергии в стабилизаторе. Таким образом, применение того или иного стабилизатора определяется потерями энергии. Проедем сравнение типов стабилизаторов. При этом будем исходить из одинаковых условий работы по U_вх, U_н,, I_н. Мощность, теряемая в схеме параллельного стабилизатора складывается их потерь в резисторе R_б и регулирующем элементе и составляет

(U_вх - U_н) * (I_н + I_р) +U_н I_р или (U_вх –U_н)I_н + U_вх i_р

В схеме последовательного стабилизатора мощность теряется в регулирующем элементе

(U_вх – U_н)I_н, что на величину U_вх I_р меньше, чем в предыдущей схеме. Таким образом. Схема последовательного стабилизатора более экономична. Это является причиной того, что последовательные стабилизаторы более предпочтительны в эксплуатации

Рассмотрим схему последовательного стабилизатора напряжения рис.6.11.

Рис.6.11.

Т1 – Регулирующий элемент, Т1 – усилитель однокаскадный.. СТ – источник опорного напряжения. Если необходимо выводить стабилитрон на рабочий участок характеристики, то используется сопротивление R. Резисторы являются элементами входного делителя напряжения. Напряжение между базой и эммитером транзистора Т2

Силовая цепь стабилизатора, включающая источник питания, транзистор Т1 и нагрузку, представляет собой усилительный каскад на транзисторе Т1 с общим коллектором, в котором U_вх - напряжение питания, U_б1 - входного, а U_н - выходное напряжение. (U_{б1 –} Uбэ1) Для получения требуемого напряжения не обходимо,чтобы напряжение на выходе усилителя (U_к2 =U_б1) было близко к напряжению нагрузки. Для этого питание коллекторной цепи транзистора осуществляется от отдельного источника питания –Е₂. Этим обеспечивается соответствие напряжения U_k2 напряжению его входной цепи U_б2.

Стабилизирующее действие схемы обусловлено наличием в ней глубокой отрицательной обратной связи по приращению выходного напряжения.

Пример реальной схемы с использованием операционного усилителя.

Рис.6.12.