7. Преобразования в нэц постоянного тока

С помощью НС можно осуществлять ряд важных преобразований. Рассмотрим наиболее часто применяемые преобразования: стабилизацию тока и стабилизацию напряжения.

Под стабилизатором понимается устройство, на выходе которого напряжение (ток) остаются неизменными при воздействии дестабилизирующих факторов (изменение входного напряжения, изменение сопротивления нагрузки). Различают параметрические стабилизаторы и компенсационные. В параметрических стабилизаторах в качестве основного функционального элемента используются НС (бареттер – для стабилизации тока, стабилитрон – для стабилизации напряжения) На рис. 4.10, а приведена ВАХ бареттера 0.3Б17-35 (ток стабилизации 0.3 А в диапазоне напряжений от 17 до 35 В). На рис.2.10, б – ВАХ стабилитрона (стабиловольт 150С5-30; 150 В – напряжение стабилизации при токе от 5 до 30 мА)

Схема простейшего стабилизатора тока приведена на рис. 4.11, а. В ней последовательно с включено НС – бареттер Б. Бареттер используется для стабилизации тока, протекающего через . Ток стабилизации 0,3 А (См. ВАХ). Падение напряжения на определяется значением его сопротивления. При = 20 Ом = 20·0,3=6 В.

Определим, в каких пределах можно изменять напряжение U на входе схемы, чтобы ток через R_H был неизменным.

Решение: 1. На ВАХ (рис 4.10, а) выделяем горизонтальный участок (участок стабилизации) точками а и б.

2. Через выделенные точки проводим прямые под углом α к вертикали (α = arctg R_H). Точки пересечения прямых с осью абсцисс определяют допустимый диапазон изменения входного напряжения – от 24 до 41 В. (Рис. 4.10, а для наглядности выполнен не пропорциональным).

Предположим, что напряжение на входе схемы U неизменно и равно 41 В, а последовательно R_H включен потенциометр R₁, сопротивление которого может изменяться (второй дестабилизирующий фактор).

Определим, в каких пределах можно изменять R₁, не нарушая стабилизацию тока.

Решение:

Если R₁=0, R_H = 20 Ом, а U = 41 В., то рабочий режим характеризуется точкой «б». С увеличением R₁ угол наклона прямой к вертикали начнет увеличиваться, точка пересечения ее с ВАХ бареттера – перемещаться по направлению к точке «а». В точке «а» наступает граничный режим (см. пунктирную линию). Угол наклона прямой к вертикали возрастет от  = 87,1⁰ до ₂ = 89,28⁰. Поэтому tg₂ = R_H + R₁ = 80 Ом. Следовательно, R₁ может изменяться от 0 до 60 Ом.

Схема простейшего стабилизатора напряжения приведена на рисунке 4.11, б. На рисунке в качестве НС применен стабиловольт; R_б – балластное (ограничительное) сопротивление.

Определим допустимые пределы измерения входного напряжения U, в пределах которых выходное напряжение U_H = const. Для наглядности анализа положим R_H = 5 кОм; R_б = 2 кОм; ВАХ стабиловольта приведена на рисунке 4.10, б. Согласно ВАХ U_C = 150 В.

Решение:

Воспользуемся методом эквивалентного генератора. Разомкнем ветвь НС и определим U_ХХ.

Определим входное сопротивление относительно зажимов а б

Теперь можно перейти к схеме (рис. 2.11, в) и применить метод графического анализа. На ВАХ (рис. 4.10, б) выделяем рабочий участок точками m и n. Через эти точки проводим прямые под углом  к вертикали, причем tg = R_вх,  = 89,9⁰. Точки пересечения этих прямых с осью абсцисс (с учетом коэффициентов пропорциональности m_u/m_i) определяют U_XX_мин= 157 В и U_{ХХ
макс} = 192 В. Следовательно,

Рассмотрим второй дестабилизирующий фактор. Для этого необходимо определить допустимый диапазон изменения сопротивления нагрузки, в пределах которого сохраняется режим стабилизации в схеме (рис. 4.11, б) при R_б= 2 кОм; U₁ = 250 В.

Решение:

Воспользуемся методом эквивалентного генератора.

Тогда , а .