7.5. Стабілізатори

Якість роботи електронної схеми в значній мірі залежить від стабільності напруги джерела живлення і значення його вихідного опору. Напруга живлення повинна залишатися сталою при зміні напруги і частоти мережі, а також при допустимих коливаннях температури, вологості, атмосферного тиску оточуючого середовища. Значення вихідного опору джерела живлення повинно бути достатньо малим.

Стабілізатори напруги – це електронні пристрої, призна-чені для підтримання сталого значення напруги з необхідною точністю в зада­ному діапазоні зміни напруги джерела або опору навантаження (де­стабілізуючі чинники). За принципом роботи стабілізатори напруги поділяються на параметричні та компенсаційні.

Параметричний ме­тод стабілізації базується на зміні параметрів нелінійного елемента стабілізатора, залежно від зміни дестабілізуючого чинника.

У компенсаційному методі стабілізації у вимірювальному елементі порівнюється величина, що стабілізується, з еталонною і виробляєть­ся сигнал розгалуження.

7.5.1. Параметричний стабілізатор напруги

В параметричних стабілізаторах постійної напруги використовуються прилади з нелінійною залежністю напруги від струму навантаження. Електрична принципова схема параметричного стабілізатора на кремнієвому стабілітроні наведена на рис.7.20. і складається з кремнієвого стабілітрона баластного (обмежуючого) резистора R_б.

Рис.7.20. Схема параметричного стабілізатора напруги

Рівняння електричної рівноваги для такого стабілізатора має виг­ляд:

U_вх = U_н+ U_RБ,

де U_вх – напруга на вході стабілізатора після ємнісного фільтра: R_Б – баластний опір, необхідний для зменшен­ня впливу дестабілізуючих чинників на напругу навантаження; U_{н –-} вихідна напруга стабілізатора.

Опір баластного резистора R_Б вибирають таким, щоб при номі­нальному значенні напруги джерела U_вх, напруга і струм стабілітрона теж дорівнювали номінальним значенням U_ст/н, та I_стн. Величину I_стн визначають за паспортними даними та виразом

I_ст/н = (I_{стн.мін} +I_{ст.макс})/2.

з рівняння електричної рівноваги, визначаємо баластний опір за виразом:

(7.30)

де І_н = Р_н/U_н; U_н =U_d; І_вх = Іс_т.н + І_н .

Роботу параметричного стабілізатора зручно ілюструвати за допо­могою вольт-амперної характеристики (ВАХ) стабілін-рона та відпові­дної графічної побудови навантажувальної прямої (рис.7.21).

Для по­будови ВАХ стабілітрона за його паспортними даними через точку з координатами U_ст.н, I_ст.н проводять пряму лінію під кутом ą до осі координат, що визначається значенням динамічного опору стабілітрона R_д.

Далі будуємо навантажувальну характеристику при номінальній напрузі джерела. Для цього визначаємо координати двох точок, через які проходитиме пряма. А саме, точка з координатою U_ст.н, I_ст.н та точка на осі ординат, яка визначається за виразом І = U/R_Б. Через ці точки проводимо навантажувальну пряму.

Роботу стабілізатора перевіряють за умови його здатності забезпе­чувати задане значення U_н при коливаннях вхідної напруги U_вх. Для прикладу, якщо вхідна напруга змінюється в межах ±10%, то на виході стабілізатора коливання напруги U_н становить ±0,1% (рис. 7.21). Побу­дова навантажувальних прямих при зміні напруги мережі в межах ±10% здійснюється шляхом паралельного зсуву навантажувальної ха­рактеристики при номінальній напрузі мережі відповідно вліво і вправо на 0,1 U_вх.

Рис. 7.21. Графічна інтерпретація роботи параметричного стабілізатора напруги

За допомогою цієї побудови можна з’ясувати, чи при таких коливаннях напруги мережі забезпечуйтеся умови стабілізації, тобто, чи точки перетину зсунених навантажуваль-них характеристик з ВАХ стабілітрона не виходять за межі значень струмів стабілітрона I_{стн.мін} +I_{ст.макс}.

Стабілізатори характеризуються коефіцієнтом стабілізації:

(7.31)

де ΔU_вх. – змінення напруги живлення на вході стабілізатора; ΔU_вих. – змінення напруги живлення на виході стабілізатора; U_вх. (Е) – напруга живлення на вході стабілізатора; U_вих. (U_ст) – напруга на виході стабілізатора.

Коефіцієнтом стабілізації для параметричних стабіліза-торів становить К_ст.u = 20…30.