3.2.4. Внешняя характеристика выпрямителя

Внешней или нагрузочной характеристикой выпрямителя называют зависимость напряжения на нагрузке U_н от тока нагрузки I_н ;

Характер этой зависимости можно уяснить из рис.2.9. Выпрямитель можно рассматривать как источник напряжения постоянного тока с некоторой эквивалентной ЭДС, равной напряжению холостого хода U_хх, т.е. напряжению на выходе выпрямителя при токе нагрузки, равном нулю и с некоторым внутренним сопротивлением R_вн , определенным суммой сопротивлений постоянному току: вторичной обмотки трансформатора выпрямителя, катушки индуктивности сглаживающего фильтра. Из эквивалентной схемы рис.2.9 следует, что

Рис.3.9. Выпрямитель с нагрузкой R_н (а) и его эквивалентная схема (б).

Данное выражение показывает, что с ростом выпрямленного тока I_н падение напряжения на R_вн увеличивается и напряжение U_н на нагрузке уменьшается. Сопротивление диодов в прямом направлении зависит от тока, поэтому внешняя характеристика является нелинейной. Однако при малом сопротивлении цепи выпрямителя эта нелинейность может быть слабо выражена. На внешних характеристиках выпрямителя без сглаживающего фильтра 1 и с емкостным фильтром 2 (рис.3.10) кривая 2 расположена выше кривой 1 .

Рис. 3.10. Внешняя характеристика выпрямителя без фильтра (1) и с емкостным фильтром

Это объясняется тем, что при наличии емкостного фильтра в режиме холостого хода ( при I_н = 0) конденсатор С_ф заряжается до амплитудного значения выпрямленного напряжения , что по величине больше, чем среднее значение выпрямленного напряжения в отсутствии сглаживающего фильтра. Примерно такая же картина будет и при применении Г - и П – образных фильтров.

3.3 Стабилизаторы постоянного напряжения

Для нормальной работы электронной аппаратуры часто требуются напряжения питания более стабильные, чем могут обеспечить обычные источники напряжения постоянного тока.

Повышение устойчивости питающего напряжения достигается применением специальных стабилизаторов напряжения.

Стабилизатором называют устройство, поддерживающее постоянным, напряжение на нагрузке, при изменении самой нагрузки или входного напряжения. В цепях постоянного тока наибольшее распространение получили параметрические и компенсационные стабилизаторы напряжения.

Основным параметром, характеризующим качество работы стабилизатора напряжения, является коэффициент стабилизации

,

где - приращения входного и выходного напряжений;

- номинальные значения входного и выходного напряжений.

Наиболее простым стабилизатором напряжения является параметрический, обеспечивающий значительно меньший коэффициент стабилизации, чем компенсационный. На нем подробнее и остановимся

3.3.1 Параметрический стабилизатор напряжения

Схема стабилизатора (рис.3.11,а) содержит стабилитрон, включенный в обратном направлении, балластное сопротивление и сопротивление нагрузки На рис.3.11,б показана вольт–амперная характеристика стабилитрона, включенного в обратном направлении. При малых входных напряжениях ( , напряжение на стабилитроне ( будет также малым и ток стабилитрона ( будет ничтожно мал, так что можно считать его как бы отключенным от схемы. При этом и напряжения на резисторах и будут распределяться пропорционально их сопротивлениям, а зависимость будет приблизительно прямо пропорциональной. Когда входное напряжение возрастет настолько, что напряжение на стабилитроне достигнет величины пробоя, ток через стабилитрон резко возрастет. Это приведет к большому падению напряжения на балластном сопротивлении , а выходное напряжение и при изменении входного напряжения в определенных пределах, будет оставаться почти неизменным.

Рис.3.11 Схема параметрического стабилизатора напряжения (а) и его

вольтамперная характеристика (б).

Сказанное иллюстрируется основной характеристикой параметрического стабилизатора, показанной на рис.3.12.

Величина балластного сопротивления зависит от пределов изменения входного напряжения, тока нагрузки ( ) и параметров стабилизатора ( ). Предельные значения определяются из выражений

Обозначения соответствующих величин приведены на рис 3.11. Выходная характеристика параметрического стабилизатора показана на рис.3.12.

Рис.3.12. Зависимость для параметрического стабилизатора напряжения

Для получения большего значения коэффициента стабилизации целесообразно выбрать значение ближе к .