1.12 Стабилизаторы напряжения и тока , их классификация, назначения основные параметры и характеристики.

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:       Качество стабилизации оценивается также относительной нестабильностью выходного напряжения Внутреннее сопротивление        

Коэффициент сглаживания пульсаций где Uвх~, Uвых~ - амплитуды пульсации входного и выходного напряжений соответственно. Для стабилизаторов тока важны следующие параметры: Коэффициент стабилизации тока по входному напряжению  Коэффициент стабилизации при изменении сопротивления нагрузки

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

Параметрические стабилизаторы являются простейши­ми устройствами, в которых малые изменения выходного напряжения достигаются за счет применения электронных приборов с двумя выводами, характеризующихся ярко выраженной нелинейностью вольт-амперной характери­стики.

Из графических построений очевидно, что при значительном изменении эквивалентного напряжения и_э (на Δи_э), а значит, и вход­ного напряжения и_вх, выходное напряжение изменяется на незначительную величину Δи_вых. Причем, чем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона (т. е. чем более горизонтально идет характеристика стабилитрона), тем меньше Δи_вых.

Компенсационные стабилизаторы представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования. Ха­рактерными элементами компенсационного стабилизато­ра являются источник опорного (эталонного) напряжения (ИОН), сравнивающий и усиливающий элемент (СУЭ) и регулирующий элемент (РЭ). Напряжение на выходе стабилизатора или некоторая часть этого напряжения постоянно сравнивается с эталон­ным напряжением. В зависимости от их соотношения сравнивающим и усиливающим элементом вырабатывает­ся управляющий сигнал для регулирующего элемента, изменяющий его режим работы таким образом, чтобы напряжение на выходе стабилизатора оставалось практи­чески постоянным.

Последовательный компенсационный стабилизатор (а), параллельный компенсационный стабилизатор (б).

В зависимости от режима работы регулирующего эле­мента стабилизаторы разделяют на непрерывные и им­пульсные (ключевые, релейные). В непрерывных стабили­заторах регулирующий элемент (транзистор) работает в активном режиме, а в импульсных — в режиме ключа.

Импульсные стабилизаторы напряжения в настоящее время получили распространение не меньшее, чем непре­рывные стабилизаторы. Благодаря применению ключево­го режима работы силовых элементов таких стабилизато­ров, даже при значительной разнице в уровнях входных и выходных напряжений можно получить КПД, равный 70 + 80 %, в то время как у непрерывных стабилизаторов он составляет 30 ÷ 50%. В силовом элементе, работающем в ключевом режиме, средняя за период коммутации мощ­ность, рассеиваемая в нем, значительно меньше, чем в непрерывном стабилизаторе, так как хотя в замкнутом со­стоянии ток, протекающий через силовой элемент, мак­симален, однако падение напряжения на нем близко к нулю, а в разомкнутом состоянии ток, протекающий че­рез него, равен нулю, хотя напряжение максимально. Та­ким образом, в обоих случаях рассеиваемая мощность не­значительна и близка к нулю. Малые потери в силовых элементах приводят к умень­шению или даже исключению охлаждающих радиаторов, что значительно уменьшает массогабаритные показатели. Кроме того, использование импульсного стабилизатора позволяет в ряде случаев исключить из схемы силовой трансформатор, работающий на частоте 50 Гц, что также улучшает показатели стабилизаторов. К недостаткам импульсных источников питания отно­сят наличие пульсаций выходного напряжения. Рассмотрим импульсный последовательный стабилиза­тор напряжения (рис. 2.86). Ключ S периодически вклю­чается и выключается схемой управления (СУ) в зависи­мости от значения напряжения на нагрузке. Напряжение на выходе регулируют, изменяя отношение t_вкп /t_выкл, где t_вкл, t_выкл - длительности отрезков времени, на которых ключ находится соответственно во включенном и выключенном состояниях.

VD C Рис. 2.86. Импульсный последовательный стабилизатор напряжения Чем больше это отношение, тем больше на­пряжение на выходе. В качестве ключа S часто использу­ют биполярный или полевой транзистор. Диод обеспечи­вает протекание тока катушки индуктивности тогда, когда ключ выключен и, следовательно, исключает появление опасных выбросов напряжения на ключе в момент ком­мутации. LС-фильтр снижает пульсации напряжения на выходе.