Параметры стабилизаторов

К точностным параметрам относятся: точность установления выходного напряжения, коэффициент стабилизации, выходное сопротивление, температурный коэффициент напряжения, временнaя стабильность, шум выходного напряжения.

Точность установления выходного напряжения обычно указывается для стабилизаторов с фиксированным выходным напряжением. Она зависит, в основном, от технологических факторов. Отклонения выходного напряжения от номинального значения вызваны разбросом элементов, входящих в состав стабилизатора. Точность установления повышают путем лазерной подгонки сопротивлений делителя обратной связи.

Коэффициент стабилизации определяется как отношение приращения входного напряжения к вызываемому им приращению выходного напряжения стабилизатора:

К_ст = Δ U_вх /Δ U_вых.

Часто вместо этой величины в справочниках приводится так называемая "нестабильность по напряжению", под которой понимают относительное изменение выходного напряжения в % при изменении разности входного и выходного напряжений в заданных пределах. Иногда также приводится нестабильность по напряжению как абсолютное изменение выходного напряжения в мВ при изменении разности входного и выходного напряжений или просто входного напряжения в заданных пределах. Повышение коэффициента стабилизации достигается увеличением коэффициента усиления усилителя ошибки.

Выходное сопротивление характеризует стабильность выходного напряжения стабилизатора при изменении тока нагрузки:

R_вых = Δ U_вых /Δ I_н.

В справочниках вместо выходного сопротивления иногда приводится так называемая "нестабильность по току", под которой понимают относительное изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки в заданных пределах, в процентах от номинальной величины для стабилизаторов с фиксированным выходным напряжением и в милливольтах - для регулируемых стабилизаторов.

Температурный коэффициент напряжения характеризует стабильность выходного напряжения стабилизатора при изменении температуры окружающей среды:

ТКН = ΔU_вых /Δ Т° .

В справочниках часто приводится так называемая "температурная стабильность", под которой понимают относительное изменение выходного напряжения в процентах от номинальной величины при изменении температуры окружающей среды в допустимых для данной ИМС пределах. Используется также термин "температурный дрейф выходного напряжения", определяемый отношением U_вых/(U_{вых.ном}Т° ) и измеряемый в мВ/(° С*В).

Долговременная стабильность определяет относительное изменение выходного напряжения в процентах от номинального значения за 1000 часов работы при температуре окружающей среды, соответствующей верхней границе рабочего диапазона.

К важнейшим эксплуатационным параметрам относятся:

1. диапазон допустимых входных напряжений;
2. номинальное выходное напряжение для стабилизатора с фиксированным выходным
3. напряжением, либо диапазон выходных напряжений для регулируемого стабилизатора;
4. максимально допустимый ток нагрузки;
5. максимально допустимая рассеиваемая мощность;
6. минимально допустимое напряжение между входом и выходом стабилизатора при максимальном или дополнительно оговоренном токе нагрузки;
7. ток, потребляемый стабилизатором в режиме холостого хода (часто называемый током утечки);
8. допустимый диапазон температур окружающей среды.

U_Н = U_ВХ – U_Р U_Н = U_ВХ – U_Б = U_ВХ – R_Б(I_Р + I_Н)

Рис. 8.1. Структурные схемы стабилизаторов:

а) – последовательного б) – параллельного

РЭ – регулирующий элемент, Д – делитель напряжения (датчик), СС – усилитель сигнала ошибки (схема сравнения), З - задатчик (источник опорного напряжения).

Принцип действия стабилизатора рис.

U_ВХ ­, I_{R1, R2} ­, U_R2 ­, U_{БЭ VT2} = U_R2 – U_СТ, U_{БЭ VT2} ­, VT2 открывается, I_К2 ­, U_R3 ­, U_{БЭ VT1} ¯, I_{КЭ VT1} ­ (VT1 закрывается.), U_Р ­, U_Н = U_ВХ – U_Р ¯.

;

R_{ВХ Б2} ≈ r_Эh₂₁₍₂₎; r_Э = 0,026/I_Э2.

Последовательный стабилизатор чувствителен к короткому замыканию нагрузки, так как I_н=I_рэ, что приводит к выходу его из строя (необходимы меры защиты от к.з. и перегрузки). Параллельный стабилизатор не может длительное время работать в режиме х. х., так как в этом случае I_н=I_вх.

В упрощенном виде принципиальная схема линейного стабилизатора напряжения приведена на рис. 1. Схема состоит из операционного усилителя, включенного по схеме неинвертирующего усилителя с отрицательной обратной связью по напряжению и выполняющего роль усилителя ошибки. Выходной ток ОУ управляет регулирующим транзистором VТ1, включенным по схеме эмиттерного повторителя. Питание операционного усилителя осуществляется однополярным положительным напряжением. Это накладывает ограничения на допустимый диапазон входных и выходных сигналов, которые должны быть только положительными.

Для схем источников питания такое ограничение не играет роли, поэтому от использования отрицательного напряжения питания можно отказаться. Еще одно преимущество подобной схемы состоит в том, что положительное напряжение питания операционного усилителя можно удвоить, не опасаясь превысить его предельно допустимые параметры. Таким образом, стандартные операционные усилители можно использовать в схемах стабилизаторов со входным напряжением до 30 В. Хотя операционный усилитель питается от нестабилизированного входного напряжения U_вх, благодаря глубокой отрицательной обратной связи, влияние этого фактора на стабильность выходного напряжения невелико.

Рис.8.2.Схема последовательного

компенсационного стабилизатора на ОУ

На рис. 8.1. приведены типовые схемы включения стабилизаторов напряжения с фиксированным (а) и регулируемым (б) выходным напряжением. Конденсаторы С₁ и С₂ включают для повышения устойчивости стабилизаторов.

Рис. 8.3. Типовые схемы включения