9. Стабилизаторы напряжения. Классификация. Параметры. Область применения.

Стабилизатор напряжения – это электронное устройство, которое обеспечивает постоянство выходного напряжения или тока нагрузки. Стабилизаторы напряжения подразделяются на параметрические, компенсационные и ключевые. Основными параметрами стабилизаторов являются:

• выходное напряжение U_вых;

• выходной ток I_вых;

• пределы изменения входного напряжения Δ U_вх;

• пределы изменения выходного тока Δ I_вых;

• рассеиваемая мощность P_рас;

• коэффициент нестабильности по напряжению K_HV и току K _HI :

; ;

• температурный коэффициент напряжения и др.

П араметрические стабилизаторы напряжения строятся на основе стабилитронов или стабисторов (рис.101).

Схема состоит из балластного резистора R_б и стабилитрона VD. При изменении входного напряжения U_вх напряжение на выходе стабилизатора будет изменятся незначительно, т.к. оно определяется малоизменяющимся обратным напряжением стабилитрона U_стаб.. При этом будет только изменятся ток через стабилитрон I_стаб.. Расчет стабилизатора сводится к тому, чтобы выбрать величину сопротивления R_б, при котором ток через стабилитрон лежит в пределах: I_ст.min<I_ст<I_ст.max при изменении напряжения U_вх в заданных пределах.

Р ассмотренная выше схема параметрического стабилизатора напряжения отличается низким КПД и небольшими нагрузочными токами. Нагрузочной ток можно повысить, если на выходе поставить эмиттерный повторитель (рис.102).

Транзистор VT выбирается исходя из заданного тока нагрузки.

Компенсационный стабилизатор напряжения представляет собой устройство автоматического регулирования. Он включает в себя усилитель и регулирующий элемент, в качестве которого применяются транзисторы (рис.103).

П ринцип работы компенсационного стабилизатора напряжения заключается в том, что при изменении входного напряжения U_вх или тока нагрузки I_н изменяется выходное напряжение U_вых. Это изменение U_вых поступает на вход усилителя, усиливается и изменяет напряжение на регулирующем элементе U_р таким образом, чтобы стабилизировать выходное напряжение U_вых.

Для схемы стабилизатора U_вх=U_p+U_вых. При изменении входного напряжения на величину U_вх имеем: . Необходимо, чтобы U_pU_вх, а U_вых0. В качестве усилителя могут использоваться транзисторные каскады, ОУ и т.д. В настоящее время в качестве стабилизаторов напряжения широко используются интегральные схемы серии К142. Они построены на принципе компенсационных стабилизаторов напряжения и подразделяются на универсальные стабилизаторы и стабилизаторы с фиксированным напряжением.

Универсальные стабилизаторы напряжения имеют внешний делитель напряжения, с помощью которого выходное напряжение можно регулировать в широких пределах. К ним относятся микросхемы К142ЕН1, К142ЕН2, К142ЕН3, К142ЕН10.

Микросхемы с фиксированным напряжением имеют внутренний делитель напряжения и настроены на определенное выходное напряжение. К таким ИС относятся 142 ЕН5, ЕН6, ЕН8 и др. Схемы имеют защиту от короткого замыкания. Выходное напряжение определяется буквой в конце маркировки

Ключевые стабилизаторы напряжения обеспечивают значительно больший КПД за счет того, что транзисторный ключ работает в ключевом режиме. При этом снижаются массогабаритные характеристики стабилизатора. Однако в ряде случаев такие стабилизаторы являются источником импульсных помех, что снижает информационную надежность электронной аппаратуры.

К лючевые стабилизаторы содержат накопительную индуктивность (дроссель) L, включенную последовательно с нагрузкой Rн. Для сглаживания пульсаций в нагрузке параллельно ей включен конденсатор Сф. Ключевой транзистор VT включен между источником питания Uвх и накопительной индуктивностью L. Устройство управления включает и выключает транзистор VT в зависимости от значения напряжения на нагрузке Uн

При открытом состоянии транзистора напряжение поступает на выход, и одновременно энергия запасается в дросселе. При отключении транзистора в нагрузке течет ток за счет емкости Сф и самоиндукции дросселя L.

По виду управления ключевые стабилизаторы подразделяются на импульсные и релейные. В первых частота управляющих сигналов постоянна, задается внешним генератором, однако в процессе работы изменяется скважность.

В релейных стабилизаторах напряжения управляющие сигналы формируются с помощью компаратора и зависят от выходного напряжения

Рис 2. Схема релейного стабилизатора напряжения (а) и временная диаграмма его работы (б)