3. Стабілізатори

Нормальна робота більшості радиоелектроприладів неможлива без підтримання напруги живлення в заданих межах стабілізації. Наприклад, нестабільність напруги живлення для станцій радіомовлення та радіостанцій зв'язку повинна складати 2..3%, для клистронних генераторів - не більше 0,1%, для електронних мікроскопів - не більше 0,005%, для підсилювачів постійного струму та вимірювальних приладів високого класу точності - не більше 0.001%. Прилади РЕА з точки зору потреби до стабільності напруги живлення можна поділити на три групи.

Стабільність першої групи - мала, другої - середня, третьої - висока. Допустимі межі вимірювання напруг живлення складають згідно по групам ± 2...5, +0,5 2, ±0,0001...0,5%.

Так, як коливання напруги мережи живлення бувають повільними (на протязі декілька годин) та швидкими, тому пристрій, який підтримує значення напруги живлення в заданих межах, повинен роботи автоматично та безперервно.

Усякий стабілізатор постійної напруги поряд з стабілізацією постійної складової вихідної напруги сглажує пульсації, тобто є і сгладжуючим фільтром.

Дестабілізуючими факторами поряд з коливаннями напруги мережі живлення можуть бути зміни опіру навантаження, температура зовнішнього середовища, частоти напруги живлення та інше.

Стабілізатором напруги називається пристрій, який автоматично підтримує з заданою точністю напругу на навантаженні при дії дестабілізуючих факторів у заданих межах.

Стабілізатори напруги характеризуються наступними основними параметрами:

коефіцієнтом стабілізації по напрузі

K_ст =U_вх, U_н.ном. / U_вх.ном.U_н

де U_вх, U_н - абсолютне відхилення вхідної напруги та напруги навантаження від номінальних значень U_вх.ном. та U_ном. відповідно коефіцієнтом зглажування пульсацій k_ст. = р_вх. / p_вих. , де р_вх., p_вих. коефіцієнти пульсацій на вході та виході стабілізатора, відповідно;

виходним опіром R_вих. = U_н / I_н.,

де U_н - зміна вихідної напруги стабілізатора; I_н - зміна струму навантаження;

номінальною вихідною напругою

U_{вих.ном.} = U_н.

та межею його регулювання U_вих.

U_вих. = U_н.макс. - U_н.мин.,

де U_н.макс.,U_н.мин. - верхнє та нижнє значення діапазону регулювання вихідної напруги;

номінальним струмом навантаження I_н, межею його зміни I_н.

I_н = I_н.макс. - I_н.мин.,

де I_н.макс. , I_н.мин. - верхнє та нижнє значення струму навантаження;

температурним коефіцієнтом напруги ТКН

ТКН = U_н / Т,

де Т - зміна температури;

коефіцієнтом корисної дії  = Р_н / Р_вх = U_н I_н / U_вх I_вх,

де Р_н – потужність, яка споживається навантаженням; Р_вх - потужність, яка надходить на вхід стабілізатора.

Стабілізатори напруги по методу стабілізації розділяють на параметричні, компенсаційні, компенсаційно-параметричні, а по способу включення регулювального елемента - на послідовні, паралельні та змішані.

Найбільше поширення одержали параметричні та компенсаційні з послідовним або паралельним включенням регулюючого елемента.

При параметричному методі стабілізації здійснюється така зміна параметрів стабілізуючого елемента, яка приводить до компенсації дестабілізуючих факторів, які визивають зміни напруги на вході стабілізатора. Найбільше поширення набули стабілізатори з використовуванням напівпровідникових стабілітронів.

Найпростіша схема параметричного стабілізатора зображена на рис. 2.5, б, в якій стабілізатор включений паралельно навантаженню R_н і вихдна напруга стабілізатора U_н дорівнює напрузі стабілізації стабілітрона. Характеристика стабілітрона (рис. 2.5, а) має робочу область

I_н = I_{ст..макс.} – I_ст.мин.,

дє I_{ст.макс.} , I_ст.мин. - паспортні дані максимального та мінімального струму стабілітрона.

При вхідній номінальній напрузі U_вх.ном. - значення вихідної напруги дорівнює U_н.ном. (робоча точка А) та через стабілітрон тече струм I_ст.ном.. При зміні вхідної напруги та при R_н =соnst, здійснюється зміщення робочої точки стабілітрона та змінюється струм через стабілітрон. При збільшенні U_вх струм через стабілітрон збільшується, що призводить до збільшення падіння напруги на баластному резисторі R_б, в результаті чого вихідна напруга стабілізатора практично залишається постійною; при зменшенні U_вх струм через стабілітрон зменшується, що приводить до зменшення падіння напруги на R_б, в наслідок чого вихідна напруга стабілізатора практично незмінна.

Вибір типа стабілізатора треба робити згідно із заданою напругою стабілізації. При виборі робочої точки стабілітрона необхідно враховувати, що мінімальний струм стабілізації I_ст.мин. повинен бути більше паспортного значення I_ст.мин., максимальний струм стабілізації I_{ст.макс}, повинен бути менше паспортного значення I_{ст.макс}.

Значення баластного резистора при цьому дорівнює

R_б = (U_вх.мин. – U_ст.) / (I_ст.мин. + I_н.Макс.),

збільшити коефіцієнт стабілізації даного стабілізатора можна шляхом збільшення R_б, або шляхом послідовного включення стабілізаторів (рис. 2.6), при цьому напруга стабілізації VD1 повинна бути більше ніж напруга стабілізації VD2.

Д ля того щоб отримати напругу більшу за номінальне значення напруги стабілізації, використовують послідовне включення стабілітронів (рис. 2.7).

Якщо струм через стабілітрон I_{ст.Макс} більше паспортного значення I_{ст.Макс}, то використовують схеми з підсилювальними регулюючими елементами, які включаються чи то при паралельному навантаженню (рис. 2.5, в), або послідовно з навантаженням (рис. 2.5, г).

Недостатком параметричних стабілізаторів є відносно низький коефіцієнт стабілізації, але завдяки простоті вони отримали широке розповсюдження.

При компенсаційному методі стабілізації здійснюється порівняння стабілізованої вихідної величини зі зразковою. Результатом порівняння є напруга або струм, які, діючи на регулюючий елемент, зменшують дію дестабілізуючого фактора.