Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с непрерывным регулированием

Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения представляют собой систему автоматического регулирования, которая обеспечивает постоянство выходного напряжения с высокой степенью точности при изменениях напряжения сети, тока нагрузки, а также при иных внешних возмущениях (частота тока питающей среды, влажность и т.д.). Компенсационные стабилизаторы с непрерывным регулированием могут быть выполнены на транзисторах и в интегральном исполнении.

В зависимости от способа выполнения регулирующего элемента стабилизаторы подразделяются на последовательные и параллельные. В стабилизаторах первого типа регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой, в стабилизаторах второго типа – параллельно.

Рис. 11. Структурные схемы стабилизаторов постоянного

напряжения компенсационного типа: а – с последовательным

включением РЭ; б – с параллельным включением РЭ

На рис.11 изображены структурные схемы стабилизаторов постоянного напряжения компенсационного типа. Стабилизатор последовательного типа (рис.11,а) состоит из регулирующего элемента РЭ, включенного последовательно с нагрузкой, схемы сравнения СС и усилителя постоянного тока. Схема сравнения стабилизатора включает в себя источник опорного напряжения и сравнивающий делитель. В схеме сравнения сравниваются выходное и опорное напряжения. Сигнал разности этих двух напряжений подается на вход У. При изменении выходного напряжения на выходе СС появляется сигнал разности, который усиливается У и поступает на вход РЭ. Изменение сигнала на входе РЭ приводит к изменению на нем падения напряжения, в результате чего напряжение на выходе возвращается к своему первоначальному значению с определенной степенью точности.

Параллельная схема стабилизатора (рис.11,б) состоит из тех же элементов, что и последовательная. Отличие заключается в том, что РЭ включен параллельно нагрузке, а последовательно с ней включено балластное сопротивление. При изменении выходного напряжения появляется сигнал на выходе схемы сравнения, который усиливается У и воздействует на РЭ таким образом, что ток последнего изменяется. Изменение тока РЭ вызывает изменение тока через балластное сопротивление R_б, что приводит к изменению напряжения на нем, в результате чего компенсируются изменения выходного напряжения с определенной степенью точности.

Качественные параметры рассмотренных схем примерно одинаковы. Схема с последовательным включением РЭ имеет более высокий КПД.

Достоинство параллельной схемы заключается в том, что при постоянном входном напряжении ток, потребляемый стабилизатором от выпрямителя, не зависит от тока нагрузки. Это свойство параллельного стабилизатора особенно ценно в том случае, если ток нагрузки имеет импульсный характер. Стабилизаторам с непрерывным регулированием присущи следующие основные свойства, определяющие их широкое использование:

1. Высокая точность стабилизации выходного напряжения, при этом стабилизатор одинаково хорошо ослабляет как медленные изменения выходного напряжения, так и переменную составляющую (пульсацию).

2. Малое динамическое внутреннее сопротивление.

Недостатком стабилизаторов является сравнительно низкий КПД (0,5…0,7), обусловленный потерей мощности на РЭ и в балластном сопротивлении, а также невысокие массогабаритные показатели. Несмотря на указанные недостатки, в настоящее время стабилизаторы такого типа широко применяются для питания различной электронной аппаратуры.

При использовании в качестве РЭ в стабилизаторе последовательного типа транзистора приращение (ошибка) выходного напряжения ( U_вых) зависит от приращений входного напряжения и тока нагрузки. На ошибке стабилизатора U_вых наиболее сказываются изменения опорного напряжения и напряжения питания усилителя постоянного тока.

Помимо стабилизации схема с РЭ на транзисторе обладает свойствами фильтра, т.е. уменьшает переменную составляющую входного напряжения.

Коэффициент сглаживания стабилизатора примерно равен коэффициенту стабилизации К_ст К.

Для увеличения коэффициентов стабилизации и сглаживания пульсации в коллекторную цепь усилителя постоянного тока (УПТ) включается стабилизатор тока, причем для питания УПТ используется дополнительный параметрический стабилизатор на кремниевом стабилитроне и полевом транзисторе, аналогичный параметрический стабилизатор применяется и для получения опорного напряжения.

Компенсационный стабилизатор параллельного типа состоит из регулирующего транзистора; балластного резистора R_б; усилителя постоянного тока; источника опорного напряжения; делителя напряжения с параллельно подключенной емкостью С_н и дополнительного источника для питания усилителя постоянного тока.

С целью повышения КПД резистор R_б заменяют стабилизатором тока.

Основным достоинством параллельных стабилизаторов является неизменность потребляемого ими тока при импульсном изменении тока нагрузки. Это облегчает реализацию сглаживающего фильтра на входе стабилизатора. Схема нечувствительна к перегрузкам по току и короткому замыканию на входе.

Для нормальной работы таких схем стабилизаторов необходимо согласовать по току регулирующий транзистор с усилителем постоянного тока. Поэтому в большинстве случаев регулирующий элемент выполняется на схеме составного транзистора (схема Дарлингстона).

В настоящее время промышленность выпускает составные транзисторы, выполненные в одном корпусе. Усилитель постоянного тока может быть реализован на дискретных элементах либо на операционном усилителе.

В последнее время в аппаратуре связи находят широкое применение стабилизаторы с непрерывным регулированием в интегральном исполнении.

Промышленность выпускает ряд интегральных схем серии К142ЕН на различные выходные напряжения, токи нагрузки и мощности.

Если схемы интегральных стабилизаторов не могут обеспечить необходимый ток нагрузки, допускается подключение внешнего регулирующего транзистора.