7.2 Параметричні стабілізатори змінної напруги

Параметричні стабілізатори змінної напруги будуються з використанням електричних реакторів, або на основі резонансу напруг і струмів (ферорезонансні стабілізатори).

Принцип роботи ПСЗН першого типу ми вже розглядали. Відмітимо недоліки: низький cosφ = 0,2…0,3; великі габаритні розміри дроселів; низький коефіцієнт стабілізації. Тому такі стабілізатори застосовуються рідко. Для усунення вказаних недоліків в стабілізаторі паралельно дроселю вмикається ємність. Такий стабілізатор називається ферорезонансним, рис. 7.4.

Рис. 7.4 – Ферорезонансний стабілізатор

L_л – ненасичений дросель;

L_н – насичений дросель.

Ввімкнення ємності паралельно насиченому дроселю дозволяє змістити робочу ділянку нелінійного елемента в область малих струмів. При малих вхідних напругах індуктивністю L_н велика і струм І_L малий. І_р (результуючий струм) практично дорівнює І_с. при певному значенні U_м виникає резонанс струмів в паралельному контурі І_L = І_с і результуючий струм практично близький до нуля. При подальшому збільшенні U_м індуктивність L_н зменшується, індуктивний струм стає більшим ємнісного і починається процес стабілізації. Через протидію ємнісного струму стабілізація починається раніше і коефіцієнт стабілізації вищий.

Ферорезонансний стабілізатор досить чутливий до змін частоти мережі, в ньому суттєво створюється форма стабілізованої напруги.

7.3 Параметричний стабілізатор постійної напруги

Використовується пристрій з різко нелінійною залежністю напруги від струму – стабілітрон, стабістор. Схема ввімкнення стабілітрона вибирається так, щоб при коливаннях вхідної напруги вихідна напруга практично не змінювалась. Схема параметричного стабілізатора приведена на рис.7.5,а

Рис. 7.5 – Параметричний стабілізатор та його характеристики

Стабілітрон Д працює при зворотному зміщенні (в області пробою) вмикаються паралельно навантажувальному опорі R_н, на якому потрібно підтримувати постійну напругу. Робоча точка в режимі стабілізації може переміщуватися в межах всієї робочої ділянки характеристики від І_стmin до І_стmax, рис.7.5. оскілки характеристика стабілітрона майже горизонтальна, то і напруга на навантаженні практично не змінюється. Послідовно з паралельно ввімкненими стабілітроном і опором навантаження вмикається балансний опір R_б.

При зміні напруги U₁ (R_н = const) змінюється величина струму через балансний опір за рахунок зміни струму стабілітрона. В результаті весь приріст вхідної напруги падає на балансному опорі, а вихідна напруга майже не змінюється. Якщо змінюється струм навантаження І_н (U₁ = const), то відбувається перерозподіл струму між стабілітроном і навантаженням (змінюється І_ст) майже без загального струму І₁, що споживається від джерела живлення U₁. вихідна напруга на навантаженні залишається практично незміною.

Визначимо режим роботи і показники стабілізатора при коливаннях вхідної напруги (U₁ = U₀₁ ± ∆U₁) i R_н = const. Стабілітрон вибирається за номінальною напругою стабілізації, U_ст, яка повинна дорівнювати U_Rн. Диференційний опір діода на робочій ділянці характеристики R_g будуть рахувати постійним (сталим), причому R_g » R_б.

R_g ≈ R_вих

Для забезпечення режиму стабілізації необхідно вибрати початкові значення струмів І_ост і І₀₁ ( точка А на рис. 7.5, б) за відомими значеннями І_стmax і І_стmin знаходимо:

А вхідні струм і напруга дорівнюють відповідно:

(1)

(2)

Знаючи навантаження R_н і напругу на ньому U₂ знаходимо:

Із рівності (1) визначаємо струм І₁ і далі величину R_б по формулі:

В режимі стабілізації U₂ і І_н залишається постійними (сталими). Із співвідношень (1)і(2) витікає

Тоді стабілізація буде здійснюватися при коливаннях вхідної напруги, рівних:

Враховуючи що:

Знаходимо коефіцієнт стабілізації:

Коефіцієнт стабілізації можна підвищити, якщо вибрати стабілітрон з малим R_g і збільшивши R_б. але R_б можна збільшити лише підвищуючи U₁, що не завжди доцільно. Для підвищення коефіцієнта стабілізації в параметричному стабілізаторі можна використати каскад включення стабілітронів. При необхідності стабілізувати напругу, номінальної робочої напруги, можна використовувати послідовне включення стабілітронів, сума номінальних робочих напруг яких дорівнює потрібній вихідній напрузі.

Параметричний стабілізатор дозволяє регулювати вихідну напругу, не забезпечує високу стабільність і великі струми навантаження, відзначається температурним дрейфом. Він звичайно використовується як джерело опорної напруги в потужних компенсаційних стабілізаторах.