Стабилизатор напряжения

Стабилизатором напряжения называют устройство, поддерживающее с определенной точностью неизменным напряжение на нагрузке.

Изменение напряжения на нагрузке может быть вызвано рядом причин: колебаниями напряжения первичного источника питания (сети переменного напряжения, аккумулятора, гальванического элемента), изменением нагрузки, изменением температуры окружающей среды и др.

Д ля стабилизации напряжения в параметрических стабилизаторах напряжения при помощи стабилитрона (рис. 11.13) используют обратную ветвь вольт-амперной характеристики полупроводникового стабилитрона (рис. 11.14).

С помощью такого стабилизатора можно получить стабилизированное напряжение от нескольких вольт до нескольких сотен вольт при токах от единиц миллиампер до нескольких ампер.

Стабилитрон в параметрическом стабилизаторе включают параллельно нагрузочному резистору R_н (рис. 11.13). Последовательно со стабилитроном для создания требуемого режима работы включают балластный резистор R_б.

При увеличении входного напряжения увеличивается ток стабилитрона. В результате увеличивается напряжение на балластном резисторе R_б, а выходное напряжение, согласно второму закону Кирхгофа, остается неизменным

.

П ринцип действия параметрического стабилизатора удобно проиллюстрировать с помощью ВАХ стабилитрона, на которой построена опрокинутая вольт-амперная характеристика резистора R_б (прямые 1 и 2 рис. 11.14). Такое построение позволяет графически решить уравнение электрического состояния стабилизатора напряжения

и найти значения тока стабилитрона и выходного напряжения, т.е. напряжения на нагрузке стабилизатора , которые соответствуют входному значению напряжения (прямая 1).

При увеличении входного напряжения на величину , например, из-за повышения напряжения сети, ВАХ балластного резистора R_б (прямая 1) переместится параллельно самой себе и займет положение 2. Из рис. 11.14 видно, что при этом напряжение мало отличается от напряжения , т.е. практически напряжение на стабилитроне и на нагрузочном резисторе остается неизменным. Напряжение на нагрузочном устройстве остается неизменным также при снижении входного напряжения и изменении тока нагрузки .

Для нормальной работы параметрического стабилизатора сопротивление балластного резистора R_б должно быть таким, чтобы его ВАХ пересекала ВАХ стабилитрона в точке А, соответствующей номинальному току стабилитрона , значение которого указано в его паспортных данных. Диапазон изменения тока стабилитрона должен лежать в пределах от I_ст.min до I_ст.max, также указанных в паспортных данных.

Основным коэффициентом, характеризующим работу стабилизатора, является коэффициент стабилизации по напряжению К_стU. Коэффициент стабилизации есть отношение относительного изменения выходного напряжения к вызвавшему его относительному изменению входного напряжения ,

.

Описание лабораторной установки

Для снятия ВАХ используется электрическая цепь, схема которой приведенная на рис. 11.15. В качестве источника постоянного напряжения используется источник постоянной ЭДС Е=15 В. В качестве нелинейных элементов - лампа накаливания на напряжение 12 В, полупроводниковый диод Д 245, стабилитрон Д 815.

Все необходимые элементы расположены на одном блоке лабораторного стенда.

Кроме этого используют линейные резисторы с сопротивлениями 100 и 75 Ом.

Для регулирования напряжения используют реостат с сопротивлением 0÷200 Ом.

Измерительные приборы: миллиамперметр Э 513 с пределами измерения 200 мА; вольтметр типа АВО-501.

Для снятия характеристик параметрического стабилизатора напряжения используется схема рис. 11.16, содержащая стабилитрон Д 815 и балластный резистор R_б=100 Ом.

Измерительные приборы: амперметр Э 513 с пределами измерения 0,25÷1,0 А; вольтметры типа АВО-501.