Стабілізатори постійної напруги

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.

Параметричні стабілізатори напруги. Параметричний стабілізатор напруги на базі стабілітрона пока­зано на рис. 3.3.13.

Особливості роботи такого стабілізатора напруги базуються 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

, (3.3.23)

який для параметричних стабілізаторів становить К_ст.U= 20÷30.

Рівняння електричної рівноваги для такого стабілізатора має виг­ляд: U = U_H + R_БІ, 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}, I_ст.н. Величину I_ст.н визначають за паспортними даними та виразом

(3.3.24)

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

(3.3.25)

де І_н=Р_н/U_н; U≈U_сп; І=І_ст.н+І_н.

Роботу параметричного стабілізатора зручно ілюструвати за допо­могою вольт-амперної характеристики (ВАХ) стабілітрона та відпові­дної графічної побудови навантажувальної прямої (рис.3.3.14). Для по­будови ВАХ стабілітрона за його паспортними даними через точку з координатами U_ст.н, І_ст.н проводять пряму лінію під кутом α до осі координат, що визначається значенням динамічного опору стабілітрона R_Д. Далі будуємо навантажувальну характеристику при номінальній напрузі джерела. Для цього визначаємо координати двох точок, через які проходитиме пряма. А саме, точка з координатою U_ст.н, І_ст.н точка на осі ординат, яка визначається за виразом І = U/R_Б. Через ці точки проводимо навантажувальну пряму.

Роботу стабілізатора перевіряють за умови його здатності забезпе­чувати задане значення U_H при коливаннях вхідної напруги U. Для прикладу, якщо вхідна напруга змінюється в межах ±10%, то на виході стабілізатора коливання напруги U_H становить ±0,1% (рис. 3.3.14).

Побудова навантажувальних прямих при зміні напруги мережі в межах ±10% здійснюється шляхом паралельного зсуву навантажувальної ха­рактеристики при номінальній напрузі мережі відповідно вліво і вправо на 0,1 U. За допомогою цієї побудови можна з'ясувати, чи при таких коливаннях напруги мережі забезпечуються умови стабілізації, тобто, чи точки перетину зсунених навантажувальних характеристик з ВАХ стабілітрона не виходять за межі значень струмів стабілітрона І_ст.мін і І_{ст.макс}.

Рис. 3.3.15. Вольт-амперна характеристика стабілізатора

Компенсаційні стабілізатори напруги. Робота компенсаційних (транзисторних) стабілізаторів напруги базується на порівнянні вихідної напруги стабілізатора з еталонною. Якщо вони не рівні між собою, то різниця цих напруг підсилюється й подається на регулювальний елемент, який відновлює вихідну напругу до стабілізованої величини. Такі стабілізатори дозволяють розширити діапазон стабілізованих напруг та забезпечити вищу якість стабіліза­ції (К_ст.u > 50) порівняно з параметричними стабілізаторами.

За способом вмикання регулювального елемента відносно наван­таження, компенсаційні стабілізатори поділяють на послідовного та паралельного типів.

На рис. 3.3.15 зображено компенсаційний стабілізатор послідовного типу.

Рис. 3.3.15. Схема компенсаційного

стабілізатора напруги

Транзистор VT1 виконує функцію регулювального елемента, а транзистор VT2 — функцію підсилювального елемента. Еталонна на­пруга задається з допомогою стабілітрона VD. Вона порівнюється з напругою на резисторі R₁, яка пропорційна вихідній напрузі стабіліза­тора, тому що цей резистор є плечем дільника напруги R₁, R₂. Різниця цих напруг підсилюється транзистором VT2 і виділяється на резисторі R_у. Напруга на цьому резисторі є вхідною напругою регулювального елемента VT1 і, тому, зумовлює зміну напруги емітер-колектор VT1, завдяки чому забезпечується стабілізація вихідної напруги.