57.Типовые энергетические преобразователи – стабилизаторы.
С т а б и л и з а т о р постоянного напряжения включается в канал передачи энергии от источника (сети постоянного тока или выпрямителя) к нагрузке. Он должен значительно снижать уровень пульсаций, т.е. служить хорошим фильтром. Фильтрующие свойства стабилизатора зависят от его частотной характеристики. По принципу действия различают параметрические и компенсационные стабилизаторы.
Параметрические стабилизаторы используют нелинейный эффект сопротивления элемента, подключаемого параллельно нагрузке. На рабочем участке вольт-амперная характеристика регулирующего элемента обеспечивает небольшое изменение напряжения в широком диапазоне вариации тока. Наиболее распространены параметрические стабилизаторы с использованием стабилитрона (рис.13.19,а).
Рис.13.19. Параметрический стабилизатор (а) и стабилизация с усилением (б).
Значение напряжения
стабилизации
различных стабилитронов находится в
пределах от единиц до сотен вольт при
токах через стабилитрон от миллиампер
до ампер.
Основной
характеристикой стабилизатора является
коэффициент стабилизации (по входному
напряжения), определяемый как отношение
изменения входного напряжения к
изменению выходного
.
Параметрические стабилизаторы напряжений применяются при малых выходных токах. Максимальная выходная мощность ограничивается предельными значениями тока стабилизации. Мощность нагрузки может быть увеличена включением на выходе эмиттерного повторителя (рис.13.19,б).
Для повышения стабильности выходного напряжения применяются двухкаскадные или мостовые схемы, а также более сложные транзисторные структуры.
Высококачественные
параметрические стабилизаторы нашли
широкое применение в качестве источников
опорного напряжения (
)
в других устройствах, в том числе мощных
стабилизаторах.
К о м п е н с а ц
и о н н ы е
стабилизаторы используют принцип
отрицательной обратной связи для
поддержания выходного напряжения.
Компенсационный принцип стабилизации
напряжения предусматривает его сравнение
с входным сигналом источника опорного
напряжения (
),
усилении (
)
разностного сигнала обратной связи с
выхода элемента сравнения (
)
и изменение с помощью регулирующего
элемента (
)
тока и, следовательно, выходного
напряжения (рис.13.20,а).
Рис.13.20. Структура компенсационного стабилизатора (а) и упрощенная схема (б)
Стабилизаторы напряжения характеризуются рядом основных параметров:
- номинальным
входным
и выходным
напряжениями;
- номинальным
выходным током
и пределами его изменения;
- относительной
нестабильностью выходного напряжения
;
- коэффициентом
стабилизации
по входному напряжению;
- уровнем пульсаций выходного напряжения;
- выходным сопротивлением;
- температурным коэффициентом изменения выходного напряжения;
- коэффициентом полезного действия.
Регулируемый элемент ( ) преимущественно выполняется на основе силового транзистора (или транзисторной сборки), которой обеспечивает заданный ток нагрузки.
Силовой полупроводниковый элемент (транзистор) может работать при воздействии непрерывного напряжения управления (в линейном усилительном режиме) или под действием импульсного сигнала управления (в режиме переключения). По этому признаку стабилизаторы делятся на непрерывные и импульсные.
Компенсационные
стабилизаторы непрерывного
типа (аналоговые)
различаются исполнением опорного
источника (
),
органа сравнения и усилителя сигнала
в цепи обратной связи. Простейшая схема
представляет собой эмиттерный повторитель
с фиксированным стабильным напряжением
базы (рис.13.3). Источником опорного
напряжения служит параметрический
стабилизатор, включающий
и стабилитрон
.
Функции сравнения выходного напряжения
с входным, усиления и регулирования
осуществляет проходной транзистор.
Увеличение входного напряжения приводит
к увеличению коллекторного тока и
соответственно уменьшению тока
управления, что вызывает увеличение
эквивалентного сопротивления
эмиттер-коллектор и компенсации
избыточного напряжения.
Коэффициент стабилизации приведенной схемы совпадает с коэффициентом стабилизации входящего в устройство параметрического стабилизатора. По существу простейший компенсационный стабилизатор можно рассматривать как схему параметрического стабилизатора с выходным эмиттерным повторителем.
Существенно
повысить коэффициент стабилизации
можно включив в цепь обратной связи
усилитель на транзисторе
(рис.13.21).
Р
ис.13.21
Компенсационный стабилизатор с усилителем
в цепи обратной связи