44. Стабилизация напряжения.

Среди устройств, для которых требования постоян­ства напряжения очень жесткие, следует отметить слож­ную измерительную аппаратуру, точность работы кото­рой обеспечивается только при неизменном (стабильном) напряжении. В различных радиотехнических устройствах, в которых использованы электронные лампы, от стабиль­ности накального напряжения зависят срок службы и на­дежность работы аппаратуры. От уровня напряжения за­висят срок службы и световой поток ламп накаливания, вращающий момент асинхронных двигателей и т. д.

Для получения стабильного напряжения применяют стабилизаторы напряжения — устройства, на выходе которых обеспечивается стабильное напряжение той же частоты, которую имеет изменяющееся по значению на­пряжение на входе.

В схемах стабилизации напряжения нужно использо­вать нелинейные элементы, в которых при изменении тока напряжение изменяется незначительно или не из­меняется совсем. Стабилизирующее действие нелинейного элемента проанализируем, рассматривая схему, состо­ящую из линейного элемента с сопротивлением R_л и не­линейного элемента с сопротивлением .Rнэ, включенных последовательно (рис. 8.15а). На вход цепи подано на­пряжение Uвх, которое создает в цепи ток I.

На рис. 8.16 показана характеристика нелинейного элемента I = f(U_Hэ) (кривая 1), имеющая участок с почти постоянным значением напряжения. Такую характери­стику имеют термисторы — нелинейные резисторы, со­противление которых значительно уменьшается при на­греве их током. Для рассматриваемой схемы имеем

U_BX =Uл+ U_Hэ . (8.2)

Характеристика линейного элемента I = f(Uл ) описы­вается уравнением

(8.3)

и при Rл= const имеет вид прямой линии. Она может быть построена по двум точкам с учетом выражений (8.2) и (8,3). При U_нэ = О ток в цепи I = Imax (точка К). При U_нэ= U_BX ток I = 0 (точка Л). Точ­ка N пересечения линий 1 и 2 является рабочей, опреде­ляющей при данном Uвх ток I и напряжения Uл и Uнэ на последовательно включенных элементах.

При изменении напряжения U_BX характеристика ли­нейного элемента будет сдвигаться параллельно линии AК. Например, при увеличении U_ВХ на характери­стикой линейного элемента будет линия А'К'. Происхо­дит перераспределение напряжений на последовательно включенных элементах R_л и Rнэ.

Напряжение на нелинейном элементе U'нэ мало отли­чается от Uнэ, которое имело место до изменения напря­жения U_BX. Почти весь прирост входного напряжения приходится на линейный элемент. Таким образом,

.

Если параллельно с нелинейным элементом включе­на нагрузка R_H, для работы которой требуется стабили­зированное напряжение (см. рис. 8.156), то напряжение U_нэ будет выходным. Так как , то напряжение на нагрузке окажется стабилизированным в некоторых пределах, зависящих от характеристики нелинейного элемента и пределов изменения входного напряжения. Эффективность стабилизации характеризуется коэф­фициентом стабилизации

/ .

Чем ближе рабочий участок нелинейного элемента к вертикальной линии, тем меньше , больше коэффи­циент стабилизации и меньше колебания напряжения .

Стабилизаторы на элементах с активным сопротивле­нием в связи с большими потерями мощности в них имеют низкий КПД, поэтому их применяют только при небольших мощностях нагрузки (до нескольких ватт).