Стабилизаторы напряжения (или тока)

Стабилизатор напряжения (или тока) – это устройство, автоматически обеспечивающее поддержание напряжения (или тока) нагрузочного устройства с заданной степенью точности.

Напряжение (или ток) нагрузочного устройства может сильно изменяться под воздействием внешних дестабилизирующих факторов, каковыми являются изменение напряжения в сети, изменение температуры, колебание частоты тока и т. д. Чтобы эти факторы не оказывали влияния на работу электрических устройств применяют стабилизаторы.

Классификация стабилизаторов:

• По стабилизируемой величине:

– стабилизаторы напряжения;

– стабилизаторы тока.

• По способу стабилизации:

– параметрические;

– компенсационные.

Основные параметры стабилизаторов:

• Коэффициент стабилизации по напряжению для стабилизаторов напряжения:

где ∆U_вх, ∆U_вых – приращения напряжений;

U_вх, U_вых – номинальные значения напряжений.

• Коэффициент стабилизации тока для стабилизаторов тока:

где I_н – номинальный ток, а I_н – приращение тока.

• Внутреннее сопротивление стабилизатора R_ст.

• Коэффициент полезного действия

η_ст = p_н / (p_н + p_п),

где p_н – полезная мощность в нагрузочном устройстве;

p_п – мощность потерь.

Параметрические стабилизаторы

С помощью параметрического стабилизатора (ПС) напряжения можно получить напряжение стабилизации U_ст от нескольких вольт до нескольких сотен вольт. В ПС используется полупроводниковый стабилитрон VD, который включают параллельно R_н. Последовательно со стабилитроном включают балластный резистор R_Б для создания требуемого режима работы (рисунок 77).

При изменении U_вх под действием колебания напряжения питающей сети или изменения сопротивления нагрузки R_н U_н изменяется незначительно, так как оно определяется U_ст стабилитрона, которое мало изменяется при изменении протекающего через него тока, что видно на ВАХ стабилитрона (рисунок 78).

R

R_Б

VD

В параметрическом стабилизаторе тока используется нелинейный элемент (это может быть полевой или биполярный транзистор), который включают последовательно с нагрузочным устройством (рисунок 79).

Рисунок 78 – Обратная ветвь

вольт-амперной характеристики

стабилитрона

Рисунок 77 – Параметрический

стабилизатор

U_н = U_ст

U_вх

R_Б

I

I

R_н

I_н.э1

I_н.э2

U_н.э2 U_н.э1 U_вх2 U_вх1

U

Рисунок 79 – Схема включения параметрического стабилизатора тока

и вольт-амперная характеристика нелинейного элемента

Рассмотрим вольт-амперную характеристику этого нелинейного элемента. При изменении напряжения от U_вх1 до U_вх2 напряжение на нагрузочном элементе изменяется от U_н.э1 до U_н.э2, а нагрузочный ток I_н практически не меняется.

Достоинство схемы – простота конструкции и надежность работы.

Недостатки схемы:

– небольшой КПД ≤ 0,3;

– большое внутреннее сопротивление стабилизатора (5 – 20 Ом);

– узкий и нерегулируемый диапазон стабилизируемого напряжения.