Стабилизаторы напряжения и тока
Стабилизация напряжения (тока) необходима, если нужно добиться на устройстве неизменяемости напряжения (тока) питания при изменениях напряжения на первичных источниках (сеть, батарея).Добиться идеальной стабилизации нельзя, можно только ослабить дестабилизирующие воздействие (колебание напряжения сети: от +5% до -15%; температура окружающей среды) на напряжение источника питания.
Стабилизатором напряжения (тока) называется устройство, автоматически поддерживающее постоянство напряжений (токов) на стороне потребителя с заданной точностью.Они подразделяются
Ø в зависимости от рода выходного напряжения (тока): стабилизаторы постоянного и переменного напряжения;
Ø по принципу: на стабилизаторы параметрические и компенсационные.
ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗАТОРЫПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
При параметрическом способе стабилизации используют некоторые приборы с нелинейной ВАХ, имеющей пологий участок, где напряжение мало зависит от дестабилизирующих факторов (стабилитроны, бареттеры, лампы накаливания, транзисторы). При компенсационном способе стабилизации постоянство напряжения обеспечивается за счет автоматического регулирования входного напряжения источника питания. Это достигается за счет введения отрицательной обратной связи между выходом и регулирующим элементом, который изменяет свое сопротивление так, что компенсирует возникшее отклонение выходной величины.
Параметры стабилизации:
Коэффициент стабилизации по напряжению
Коэффициент стабилизации тока
Внутреннее сопротивление стабилизатора. Определяет падение напряжения на стабилизаторе.
Напряжение на выходе Uн=Uст
КПД
Параметрический стабилизатор напряжения
Принцип действия параметрического стабилизатора основывается на свойстве стабилитрона применении проходящего через него тока сохранять прежнее приложенное напряжение. А именно, при увеличении напряжения на входе стабилизатора ток через стабилитрон VD резко увеличивается, соответственно увеличивается падение напряжения на балластном резисторе Rб. Короче говоря, почти все изменения входного напряжения падают на балластном резисторе
Спомощью такого стабилизатора, в котором применяется полупроводниковый стабилитрон Д,можно получать стабилизированное напряжение от нескольких вольт до нескольких сотен вольт, при токах от единиц миллиампер до единиц ампер.
Принцип действия параметрического стабилизатора напряжения легко объяснить по ВАХ стабилитрона и «опрокинутой» ВАХ Rб:
При увеличении напряжения Uвх1(положение 1) на ΔUвх1, например из-за повышения напряжения сети, вольт-амперная характеристика резистора R6 переместится параллельно самой себе и займет положение 2.Из рисунка видно, что напряжение (Uст2мало отличается от напряженияUст1, т.е. практически напряжение на стабилитроне и на нагрузочном резисторе Rб останется неизменным). Напряжение на нагрузочном устройстве останется неизменным также при снижении входного напряжения и изменениях нагрузочного токаIн.
Для нормальной работы параметрического стабилизатора сопротивление резистора R6должно быть таким, чтобы его вольт-амперная характеристика пересекала вольт-амперную характеристику стабилитрона в точке А, соответствующей номинальному току стабилитронаIст.ном, значение которого указано в паспортных данных стабилитрона.
Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения на полупроводниковом стабилитроне может достигать 30÷50.
Iст.min – минимальное значение тока, протекающего через стабилитрон, при котором обеспечивается режим стабилизации.
Iст.max– максимально допустимый ток, протекающий через стабилитрон.
Uст.ном – номинальное напряжение, на которое рассчитан данный стабилитрон.
Ток через стабилитрон задают, исходя из условия:
Основными достоинствами параметрических стабилизаторов напряжения являются простота конструкции и надежность работы.
К недостаткам следует отнести небольшой коэффициент полезного действия, не превышающий 0,3, большое внутреннее сопротивление стабилизатора (5—20 Ом), а также узкий и нерегулируемый диапазон стабилизируемого напряжения.
Для расчета параметрического стабилизатора нужно знать номинальный ток нагрузки и выбрать номинальный ток стабилизации, который, примерно, будет равен полусумме минимального и максимального тока стабилизации. Сложив номинальный ток стабилитрона и нагрузки, получим номинальный ток через балластный резистор. Потом выбираем входное напряжение, примерно равное 1.5Uст. И наконец, определяем сопротивление балластного резистора. Для этого разность между входным напряжением и напряжением стабилизации делят на ток проходящий через балластный резистор.