Компенсационные стабилизаторы напряжения и тока
Стабилизаторами напряжения (тока) называются устройства, автоматически поддерживающие напряжение (ток) на стороне потребителя с заданной степенью точности.
По принципу действия стабилизаторы делятся на два принципиальных вида:
1) Стабилизаторы непрерывного действия, регулирующий элемент (РЭ) которых представляет собой плавно регулируемое сопротивление;
2) Импульсные (ключевые) стабилизаторы, регулирующий элемент которых представляет собой периодически замыкающийся и размыкающийся ключ; стабилизация в этом случае достигается путем регулирования времени нахождения ключа в закрытом или открытом состоянии.
Оба вида стабилизаторов, в свою очередь делятся на параметрические и компенсационные.
Компенсационные стабилизаторы, характеризующиеся наличием элементов, контролирующих величину выходного напряжения и вырабатывающих сигнал ошибки. Последний, через систему обратной связи (ОС) воздействует на РЭ, поддерживая выходное напряжение постоянным
Компенсационные стабилизаторы непрерывного действия могут быть выполнены как с последовательным (рис а), так и с параллельным (рис б) включением регулирующего элемента (РЭ) относительно нагрузки.
В данных стабилизаторах любые изменения выходного напряжения в схеме сравнения (СС) сравниваются с опорным (эталонным) напряжением. При этом сигнал рассогласования с выхода СС через УПТ поступает на регулирующий элемент РЭ. В схеме с последовательным включением РЭ компенсация осуществляется за счет изменения падения напряжения на самом регулирующем элементе. В схеме с параллельным включением РЭ поддержание уровня выходного напряжения осуществляется за счет изменения тока в нем, в результате чего изменяется падение напряжения на Rг, включенном последовательно с нагрузкой.
Структурные схемы компенсационных стабилизаторов с непрерывным регулированием последовательного (а) и параллельного (б) типов
На этих рисунках введены следующие обозначения:
РЭ – регулирующий элемент непрерывного действия,
УПТ – усилитель постоянного тока,
СС – схема сравнения,
Rг– гасящее сопротивление
RH– нагрузка.
Принцип работы компенсационного импульсного стабилизатора можно видеть по структурной схеме приведенной на рис.1.
Входное напряжение поступает на ключ К и далее, через фильтр Ф, на выходные клеммы устройства. Проходя через фильтр, напряжение выделят постоянную составляющую. Т.е. импульсы напряжения усредняется, «размазываясь» по всему периоду T.
Часть выходного напряжения снимаемое
с измерительного элемента ИЭ, сравнивается
с эталонным опорным напряжением ОЭ, и
их разность, определяющая собой сигнал
ошибки, через усилитель У подается на
элемент преобразования сигнала ЭПС.
Дело в том, что в отличии от стабилизатора
непрерывного действия выходное напряжение
усилителя в данном случае не может быть
непосредственно использовано для
управления регулирующим элементом, так
как для этой цели необходимо иметь
напряжение форма которого определяется
выбранным видом ключа. Поэтому сигнал
с усилителя У подается на ЭПС, с которого
в преобразованном виде он поступает на
ключ, периодически замыкая и размыкая
его с некоторой частотой
.
Сигнал, воздействующий на ключ, изменяет
относительную длительность замкнутого
состояния ключа, поддерживая постоянным
выходное напряжение стабилизатора.
Частота может быть фиксированной и нефиксированной. В первом случае структурная схема должна содержать в себе задающий генератор ЗГ (рис.1), определяющий частоту . Во втором случае частота определяется автоколебаниями схемы стабилизатора.
Качественные параметры компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения.
Коэффициент стабилизации по входному напряжению – отношение относительных приращений напряжения на входе и выходе стабилизатора при постоянном токе нагрузки.
Качественные параметры компенсационных стабилизаторов постоянного тока.
Коэффициент стабилизации стабилизатора тока по входному напряжению:
где , - ток и его приращение в нагрузке соответственно. определяется при постоянном сопротивлении нагрузки ( =const).