Силовые преобразовательные устройства
Стабилизатором называется устройство, предназначенное для автоматического поддержания напряжения на нагрузке при изменении напряжения питающей сети, тока нагрузки, температуры окружающей среды и т.д.
Основные параметры стабилизаторов:
1. Коэффициент стабилизации:
, где 
- относительное приращение напряжений на входе стабилизатора; 
- относительное приращение напряжений на выходе стабилизатора.
2. Выходное сопротивление:
3. К.П.Д.
Условием качественной стабилизации являются высокие значения Kст (около 1000 и больше) и 
и низкое значение Rвых (для исключения появления паразитных ОС через источник питания).
Различают 2 основных типа стабилизаторов напряжения: параметрические и компенсационные.
Параметрические стабилизаторы – стабилизаторы, свойства которых определяются параметрами нелинейных элементов. Таким элементом является стабилитрон, у которого напряжение в пределах участка обратной ветви от Iстmin до Iстmax не зависит от тока, протекающего через этот элемент. Схема простейшего параметрического стабилизатора на рис. 9.1.
Рис. 9.1
Балластный резистор Rб ограничивает величину тока стабилитрона. С ростом Rб, увеличивается Kст, но уменьшается К.П.Д. Rб выбирается из условия:
, где 
- номинальный ток;
и 
- максимальные и минимальные токи стабилитрона в режиме стабилизации.
Выходное сопротивление параметрического стабилизатора определяется дифференциальным сопротивлением стабилитрона:
Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора:
Обычно Kст не превышает 20-50.
Для увеличения Kст применяют последовательное включение нескольких стабилизаторов.
Основные недостатки параметрических стабилизаторов: невозможность регулировки выходного напряжения, малое значение коэффициента стабилизации, особенно при больших токах нагрузки
(Iн> Iстном). Однако, за счёт простоты и надёжности, такие стабилизаторы широко распространены и используются, например, в качестве источников опорного напряжения – маломощных источников, нагрузка которых невелика и постоянна.
Компенсационные стабилизаторы.
В сравнении с параметрическими, компенсационные стабилизаторы обладают более высоким коэффициентом стабилизации и меньшим выходным сопротивлением, что позволяет их использовать при любых выходных токах.
Они представляют собой САР, в которых фактическое значение выходного напряжения сравнивается с заданным значением опорного напряжения. Возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается и передаётся на регулирующий элемент (РЭ) стабилизатора, который, изменяя своё сопротивление, возвращает выходное напряжение к заданному уровню.
В зависимости от способа включения регулирующего элемента по отношению к нагрузке, различают компенсационные стабилизаторы последовательного и параллельного типов.
Структурная и принципиальная электрические схемы последовательного компенсационного стабилизатора на рис. 9.2 и рис. 9.3.
Рис. 9.2
Рис. 9.3
При положительном сигнале рассогласования (Uн-Uоп)>0 сопротивление РЭ (рис. 9.2) возрастает и Uрэ на нём увеличивается, следовательно, Uн уменьшается. При отрицательном сигнале – наоборот.
В качестве РЭ в схеме рис. 9.3 – VT1. При увеличении Uвх увеличивается и Uн, создавая отрицательный сигнал рассогласования относительно 0 на входе УПТ (на базе VT2). Ток VT2 увеличивается, φк2 становится более положительным, что призакрывает VT1 и увеличивает падение напряжения на нём. Uн при этом соответственно уменьшается. Источник E0 для повышения Kст. Регулировка значения выходного напряжения производится делителем R1, R2, R3.
Источником опорного напряжения (ИОН) является стабилитрон VD. Резистор R включают для вывода стабилитрона на рабочий участок характеристики, если ток эмиттера VT2 мал.
Для уменьшения тока базы регулирующего транзистора при больших токах нагрузки его заменяют составным транзистором, что также снижает нагрузку на ИОН (при токах от 0,5 А. и выше). Если в качестве усилителя в компенсационном стабилизаторе последовательного типа используется ОУ, схема имеет вид рис. 9.4.
Рис 9.4
Структурная схема компенсационного стабилизатора параллельного типа на рис. 9.5.
Рис 9.5
В схеме рис. 9.5. сигнал рассогласования (Uн-Uоп), формируемый схемой сравнения, усиливается и воздействует на регулирующий элемент, изменяя его ток, и, соответственно, напряжение на балластном резисторе Rб. В качестве РЭ в таких схемах используется стабилитрон, а сама схема сравнима по структуре с параметрическим стабилизатором с добавлением усилителя.
КПД у стабилизаторов параллельного типа ниже, чем у стабилизаторов последовательного типа, т.к. на Rб расходуется дополнительная мощность, однако недостатком последовательных стабилизаторов является их чувствительность к перегрузкам. При к.з. на выходе к РЭ (VT1) прикладывается все вх. напряжение, что может вывести из строя транзистор. Поэтому требуется доп. защита РЭ по току.
Существенные преимущества в отношении массогабаритных, стоимостных и качественных параметров дают стабилизаторы, выполненные на ИМС, например компенсационные стабилизаторы с непрерывным регулированием серии К142ЕН, имеющие внутреннюю защиту от перегрузок по току.
Типовая схема таких ИМС приведена на рис. 9.6.
Рис. 9.6
С2-для уменьшения шумов на выходе и повышении устойчивости работы (для этого же иногда С1). С3 и С4 для сглаживания пульсаций вых. напряжения. Делитель R2, R3 для регулировки вых. напряжения. Вых. напряжение можно также снять с 14 вывода через R4. R1-для защиты схемы от к.з. нагрузки. Для дистанционного выключения стабилизатора на выход 9 необходимо подать U “+” полярности. R6 регулирует ток выключения.
Если через нагрузку проходит ток, превышающий предельно допустимые для ИМС значения, то микросхему дополняют внешними регулирующими транзисторами. При номинальном токе нагрузки нестабильность по напряжению 0,2%.
Компенсационные стабилизаторы могут применяться для стабилизации тока. Для этого последовательно с нагрузкой включают эталонный резистор Rэт, напряжение на котором стабилизируется обычным стабилизатором. Т.о. при изменении Rн, ток, протекающий через Rн остается постоянным.
Схема токового стабилизатора на рис 9.7.
Рис. 9.7
Сигнал рассогласования (URэт –Uоп) усиливается с помощью УПТ, выполненном на VT2, и воздействует на регулирующий элемент (VT1).