Стабилизаторы напряжения Uн и тока Iн
Факторы, влияющие на нестабильность Uн:
Изменение напряжения питающей сети ±ΔU.
Изменение частоты питающей сети ±Δf.
Изменение температуры окружающей среды ±Δt.
Изменение тока нагрузки ±ΔIн.
Нестабильность Uн определяется коэффициентом нестабильности, равным:
(43)
Потребители допускают нестабильность Uн:
Электронная аппаратура – 3%.
Устройства на интегральных схемах – (0,0001–0,5)%.
Усилители постоянного тока – 10–4 %.
Для уменьшения нестабильности Uн применяют стабилизаторы напряжения.
Классификация стабилизаторов:
Параметрические стабилизаторы. (Имеют наихудшие характеристики, но они дешевле).
Компенсационные.
Непрерывного действия.
Параллельное включение регулирующего элемента.
Последовательное включение регулирующего элемента
Импульсного действия.
Релейного типа.
С широтно–импульсной модуляцией (ШИМ).
Стабилизаторы непрерывного действия наиболее эффективны, но их характеристики значительно зависят от температуры окружающей среды.
Параметры стабилизаторов напряжения
Коэффициент стабилизации:
(44)
Интегральный Кст (на всем прямолинейном участке ВАХ от Iст.min до Iст.max)
Дифференциальный Кст (в точке Iст.ном: Uст.ном)
Выходное сопротивление (при Uвх = const):
(45)
Дрейф Uвых. При Uвх = const, Iн = const изменение Uвых за определенный интервал времени в заданном диапазоне изменения величин (tокр.ср., старение элементов схемы и т.д.).
КПД:
(46)
Диапазон регулирования стабилизируемого напряжения: Uвых.н ΔUвых.ном; Iн ΔIн.ном.
Параметрические стабилизаторы напряжения
Используют свойства приборов поддерживать падение напряжения на них неизменным при изменение тока, протекающего через него, в широких пределах (стабилитроны).
Устройство схемы.
Схема параметрического стабилизатора напряжения (рис.54) состоит из балластного сопротивления Rб и стабилитрона VD1. Стабилизатор подключается к выходу выпрямителя с фильтром. Нагрузка включена параллельно стабилитрону (Uн = Uст).
Принцип действия:
Стабилизатор поддерживает Uн в заданных пределах при изменении Uвх на ΔUвх и Iн на ±ΔIн, за счет изменения падения напряжения на балластном сопротивлении.
Исходное состояние (рис.55): Uвх1; Uн1; Iст.ном; URб=Iб1∙Rб
П
редположим,
изменилось входное напряжение. Стало
Uвх
= Uвх2,
где Uвх2
> Uвх1,
следовательно, PP’;
Uн
= Uн2;
URб
= Iб2Rб,
а изменение ΔUн
= (Uн2
– Uн1)
значительно меньше, чем ΔUвх
= (Uвх2
– Uвх1).
Предположим, увеличился ток нагрузки Iн, следовательно, увеличился Iб, а также и произведение Iб∙Rб, следовательно, Uб увеличилось, а Uст уменьшилось, также уменьшился Iст, следовательно суммарный ток Iб стремиться остаться неизменным. По этой причине Iб·Rб и Uст изменяются незначительно.
Параметры элементов схемы стабилизатора
VD1 выбирается из условия: Uc ном = Uн; Icт.min; Icт.max.
Rб рассчитывают исходя из условия:
(47)
Тогда
(48)
Коэффициент стабилизации:
Изменение ∆Uвх приводит к изменению ∆Uн:
(49)
Так
как
,
,
то
(50)
(51)
(52)
Коэффициент стабилизации зависит от величины Rб (чем больше Rб, тем выше Kст), при этом его нельзя сделать бесконечным, потому что Iст станет меньше Iст.min и рабочая точка переместится на другой участок характеристики с меньшим наклоном (рис.55). Чем меньше rст., тем выше коэффициент стабилизации.
Достоинство схемы: простота и низкая стоимость.
Недостатки:
Низкий коэффициент стабилизации (20 ÷ 50) и коэффициент полезного действия.
Большая зависимость Кст от температуры окружающей среды.
Ограниченная мощность вследствие невозможности параллельного соединения стабилитронов.
Диапазон применения:
Где не требуется регулирование выходного напряжения.
Где не требуется высокий коэффициент стабилизации.
Общий ток нагрузки до единиц ампер.