1. Выбор и анализ структурной схемы.

Стабилизатором постоянного напряжения называют устройство, поддерживающее автоматически и с требуемой точностью постоянное

напряжение на нагрузке при воздействии дестабилизирующих факторов в обусловленных пределах или стабилизатором напряжения принято называть устройство, включаемое в канал передачи энергии с целью уменьшения относительных изменений напряжения потребителем энергии при воздействии различных факторов.

Дестабилизирующие факторы можно разделить на внешние и внутренние. К внешним факторам относятся изменение входного питающего напряжения, сопротивления нагрузки, колебания температуры окружающей среды, а также ряд других: воздействия электрических и магнитных полей, излучений, влаги, атмосферного давления и т.п.

К внутренним дестабилизирующим факторам относятся изменения напряжений источников внутри самого стабилизатора, изменение параметров (нестабильность) различных элементов схем транзисторов, резисторов и т.д.

Стабилизаторы напряжений характеризуются следующими параметрами:

Номинальное входное напряжение Uвх - номинальное напряжение источника электроэнергии, осуществляющего питание нагрузки через стабилизатор заданным номинальным током.

Номинальное выходное напряжение Uн - стабилизированное напряжение, поступающее с выхода стабилизатора для питания нагрузки.

Номинальный выходной ток Iн-ток, потребляемый нагрузкой.

Относительная нестабильность выходного напряжения характеризует допустимое относительное отклонение стабилизированного напряжения от его номинального значения при воздействии различных дестабилизирующих факторов. Параметр определяется выражением:

где, ΔUн- абсолютное отклонение стабилизированного напряжения от номинального значения.

Коэффициент стабилизации Кст- характеризует стабильность выходного напряжения Uн при изменении входного напряжения Uвх и показывает, во сколько раз улучшается стабильность выходного напряжения по сравнению со стабильностью питающего напряжения.

Кст= (ΔUвх/ Uвх)/( ΔUн/Uн)

где ΔUвх- абсолютное изменение питающего напряжения.

Выходное сопротивление Rвых- характеризует стабильность выходного напряжения Uн при изменении тока нагрузки Iн и неизменном напряжении источника питания Uвх:

Rвых= ΔUн/Δ Iн

Температурный коэффициент напряжения - характеризует степень стабильности напряжения Uн при изменениях температуры

= ΔUн/ΔТс

Коэффициент полезного действия η - характеризует экономичность стабилизатора и определяется как отношение мощности, потребляемой нагрузкой, к мощности, поступающей на вход стабилизатора.

η=Pн/Pвх=(Uн *Iн)/(Uвх*Iвх)

По используемому принципу действия полупроводниковые стабилизаторы напряжения (ПСН) делятся на параметрические и компенсационные.

Параметрическими называют стабилизаторы, у которых регулирующий элемент воздействует выходное напряжение таким образом, чтобы приблизить его к заданному без оценки их разности. В таких стабилизаторах нет обратной связи с выхода стабилизатора на вход РЭ, поэтому управляющий сигнал не зависит от выходного напряжения.

Рис.1. Схема параметрического стабилизатора.

Схема простейшего стабилизатора напряжения, называемого параметрическим, приведена на рис.1. В этой схеме стабильность выходного напряжения определяется в основном параметрами стабилитрона. Колебания входного напряжения или тока нагрузки приводят к изменению тока через стабилитрон, однако напряжение на стабилитроне, подключенном параллельно нагрузке, изменяется незначительно. Это наиболее простые, но и наименее совершенные стабилизаторы.

Более высокое качество стабилизации напряжения можно получить при использовании компенсационных стабилизаторов, представляющих собой автоматические регуляторы, в которых фактическое выходное напряжение сравнивается с опорным напряжением, подаваемым с источника опорного напряжения И на элемент сравнения (ЭС) (рис.2). Возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается усилителем (У) и воздействует на регулирующий элемент (Р) стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось достичь эталонного уровня. В качестве источника опорного напряжения обычно используют параметрический стабилизатор, работающий с малыми токами нагрузки, реже — гальванические батарейки.

Рис.2. Структурная схема последовательного компенсационного стабилизатора.

По способу включения регулирующего элемента различают последовательную и параллельную схемы стабилизации напряжений. В первом случае РЭ включается последовательно с нагрузкой, во втором –параллельно.

В стабилизаторах последовательного типа (рис.3) регулирующий элемент включен последовательно с источником входного напряжения U_BX и нагрузкой R_H. Если по тем или иным причинам (например, из-за нестабильности U_BX или при изменении R_u) напряжение на выходе Uвых отклонилось от своего номинального значения, то разность опорного и выходного напряжения изменится. Это напряжение усиливается и воздействует на регулирующий элемент. При этом сопротивление регулирующего элемента автоматически меняется и напряжение Uвх распределится между P и Rн таким образом, чтобы компенсировать произошедшие изменения напряжения на нагрузке.

В схеме параллельного типа (рис.3) при отклонении напряжения на выходе от номинального выделяется сигнал рассогласования, равный разности опорного и выходного напряжений. Далее он усиливается и воздействует на регулирующий элемент, включенный параллельно нагрузке. Ток регулирующего элемента Ip изменяется, падение напряжения на сопротивление R1 также меняется, а напряжение на выходе Uвых = Uвх – I_вхRl остается стабильным.

Рис. 3. Структурная схема параллельного стабилизатора.