Стабилизаторы напряжения.

Изменение напряжения на входе выпрямителя (колебания напряжения питающей сети) и изменение значения нагрузки приводят к уходу выпрямленного напряже­ния от его номинального значения. Поэтому, между выпрямителем и нагрузкой включают стабилизаторы напряжения, которые поддерживают напряжение на нагрузке в установленном допуске при изменении напряжения сети и сопротивления нагрузки.

Основной параметр стабилизатора - коэффициент стабилизации, равный отношению относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора.

где ∆U_вх = U_{вх max}— U_{вх min}; ∆U_вых = U_{вых max} — U_{вых min};

U_вх._н и U_вых.н — номинальные значения напряжения на входе и выходе стабилизатора.

Коэффициент стабилизации может меняться от единиц до тысяч.

Стабилизаторы подразделяют на параметрические и компенсационные.

В стабилизаторах параметрического типа напряжение на выходе практически не изменяется при изменении входного напряжения или сопротивления нагрузки за счет перераспределения токов и напряжений между элементами схемы.

Рис. 10.9 Рис. 10.10

В стабилизаторах компенсационного типа напряжение на выходе практически не изменяется с изменением входного напряжения или сопротивления нагрузки за счет специального регулируемого элемента схемы, который управляется цепью отрицательной обратной связи. Обобщенная структурная схема компенсационного стабилизатора приведена на рис. 10.9.

В параметрических стабилизаторах применяют кремниевые стабилитроны, в них нагрузка включается параллельно стабилитрону (рис. 10.10).

В этой схеме последовательно со стабилитроном включен термистор. Поскольку п/п-вый стабилитрон обладает положительным температурным коэффициентом, а термистор — отрицательным, при таком включении достигается температурная компенсация изменений выходного напряжения. Если изменяется входное напряжение, то соответственно изменяются ток через стабилитрон и падение напряжения на активном линейном сопротивлении. Напряжение на зажимах стабилитрона, а следовательно, и на нагрузке, практически не меняется.

При изменении сопротивления нагрузки происходит перераспределение токов между ней и стабилитроном. При этом суммарный ток через добавочное сопротивление остается неизменным и падение напряжения на нем практически не меняется.

Коэффициент стабилизации

где R_доб — добавочное сопротивление; R_CT — динамическое сопротивление стабилитрона.

Коэффициент стабилизации схемы 10—25.

Недостатки: 1) сравнительно низкий К_СТ; 2) возможность стабилизации только при малых токах нагрузки; 3) низкий КПД; 4) отсутствие регулировки выходного напряжения.

Электронные компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения .

Рис. 10.17

В транзисторных электронных стабилизаторах в качестве регулируемых элементов используют транзисторы, сопротивление которых изменяется в широких пределах при изменении напряжения базы. Усилитель выполняют на транзисторе, а измерительный элемент это делитель напряжения со стабилитроном в одном из плеч.

На рис. 10.17 показана схема компенсационного транзисторного стабилизатора напряжения. Напряжение на резисторе R₂ делителя напряжения R₁R₂ сравнивается с опорным напряжением стабилитрона. Сигнал рассогласования усиливается уси­лителем на транзисторе Т₂ и поступает на базу регулирующего транзистора Т₁,изменяя его сопротивление.

Если выходное напряжение возросло, то напряжение эмиттер -база транзистора Т₂ возрастает и увеличивается ток коллектора. Увеличение падения напряжения на резисторе R₃ приводит к уменьшению напряжения эмиттер — база транзистора и его сопротивление увеличивается, компенсируя увеличение выходного напряжения. Аналогично схема работает и при изменении сопротивления нагрузки. Конденсатор С сглаживает пульсации входного напряжения.

В делителе R₁R₂ можно поставить переменный резистор для регулировки выходного напряжения.

Коэффициент стабилизации 50-80. Электронные стабилизаторы обеспечивают высокую точность поддержания стабилизированного напряжения, значительное ослабление пульсаций и возможность регулировки выходного напряжения. Недостатки: малый КПД и низкая эксплуатационная надежность.

Эта схема отличается малой инерционностью и реагирует не только на медленные, но и на быстрые изменения напряжения. Поэтому электронный стабилизатор одновременно выполняет роль сглаживающего фильтра. Для улучшения фильтрации верхнее плечо делителя R₁R₂ обычно шунтируют конденсатором С.