Принцип стабилизации. Виды стабилизаторов.

Величина напряжения на выходе выпрямителей, предназначенных для питания различных РТУ, может колебаться в значительных пределах, что ухудшает работу аппаратуры. Основными причинами этих колебаний являются изменения напряжения на входе выпрямителя и изменение нагрузки. В сетях переменного тока наблюдаются изменения напряжения двух видов: медленные, происходящие в течение от нескольких минут до нескольких часов, и быстрые, длительностью доли секунды. Как те, так и другие изменения отрицательно сказываются на работе аппаратуры. Например, ЛБВ вообще не могут работать без стабилизации напряжения. Для обеспечения заданной точности измерительных приборов (электронных вольтметров, осциллографов и др.) также необходима стабилизация напряжения.

Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающее напряжение на нагрузке с требуемой точностью при изменении сопротивления нагрузки и напряжения сети в известных пределах.

Стабилизатором тока называется устройство, поддерживающее ток в нагрузке с требуемой точностью при изменении сопротивления нагрузки и напряжения сети в известных пределах.

Стабилизатор одновременно со своими основными функциями осуществляет и подавление пульсаций.

Качество работы стабилизатора оценивается коэффициентом стабилизации, равным отношению относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора:

. (2.4.1)

Качество стабилизации оценивается также относительной нестабильностью выходного напряжения

. (2.4.2)

Внутреннее сопротивление

. (2.4.3)

Коэффициент сглаживания пульсаций

, (2.4.4)

где U_вх~, U_вых~ - амплитуды пульсации входного и выходного напряжений соответственно. Для стабилизаторов тока важны следующие параметры:

Коэффициент стабилизации тока по входному напряжению

. (2.4.5)

Коэффициент стабилизации при изменении сопротивления нагрузки

. (2.4.6)

Коэффициент полезного действия определяется для всех типов стабилизаторов по отношению входной и выходной активных мощностей

. (2.4.7)

Существуют два основных метода стабилизации: параметрический и компенсационный.

Параметрический метод основан на использовании нелинейных элементов, за счёт которых происходит перераспределение токов и напряжений между отдельными элементами схемы, что ведёт к стабилизации.

Структурная схема параметрического стабилизатора состоит из двух элементов - линейного R_Г и нелинейного (рис.2.4.1, а).

Рис.2.4.1

При изменении напряжения на входе стабилизатора в широких пределах ( ) напряжение на выходе изменяется в значительно меньших пределах ( ) (рис. 2.4.1, б).

Параметрические стабилизаторы напряжения строятся на основе кремниевых стабилитронов. В кремниевом стабилитроне при определённом U_ст развивается лавинный пробой p-n перехода (рис. 2.4.2, а). Обычно рабочую ветвь изображают при ином расположении осей (рис. 2.4.2, б). Рабочий участок ограничен предельно допустимым по тепловому режиму I_max.

Рис.2.4.2

В параметрическом стабилизаторе переменного напряжения линейным элементом служит конденсатор, а нелинейным - дроссель насыщения.

Компенсационный стабилизатор отличается наличием отрицательной обратной связи, посредством которой сигнал рассогласования усиливается и воздействует на регулируемый элемент, изменяя его сопротивление, что ведёт к стабилизации. Компенсационные стабилизаторы, в которых регулируемый транзистор постоянно (непрерывно) находится в открытом состоянии, называются линейными или с непрерывным регулированием. В импульсном стабилизаторе регулируемый транзистор работает в ключевом режиме.