Стабилизаторы напряжения.

Стабилизаторы напряжения поддерживают  напряжение на нагрузке постоянным U _вых = constant при изменяющихся входном напряжении стабилизатора U _вх и токе нагрузки I _н в своих ограниченных диапазонах. Стабилизатор напряжения включается между сглаживающим фильтром и нагрузкой (рис. 12.12).

        Рис. 12.12. Подключение стабилизатора напряжения.

По типу стабилизаторы напряжения делятся на параметрические (пассивные) стабилизаторы, и компенсационные (активные) стабилизато-ры. По принципу действия компенсационные стабилизаторы бывают с непрерывным и импульсным регулированием.

Параметрический стабилизатор напряжения. Схема такого стабилиза-тора напряжения приведена на рис. 12.13.

Рис. 12.13. Схема параметрического стабилизатора напряжения.

Принцип действия параметрического стабилизатора напряжения основан на особенности вольт-амперной характеристики стабилитрона, на обратной ветви которой имеется участок со слабой зависимостью напряжения при значительных изменениях силы тока (см. рис. 11.12). Так при увеличении напряжения U _вх увеличится ток стабилитрона I _ст , увеличится ток I _о , увеличится падение напряжения на резисторе R _б, а выходное напряжение U _ст увеличится весьма незначительно. При уменьшении U _вх – аналогично, но ноборот.

Для работы схемы должно выполняться условие: U _вх >1,2 U _ст . Для приведенной схемы:

;   ;   .

Тогда .

Коэффициент стабилизации своей величиной показывает, как эффективно стабилизатор напряжения поддерживает выходное напря-жение на заданном уровне. Количественно он равен отношению относительного изменения напряжения на входе стабилизатора к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора.

В результате несложного анализа приведенной схемы парамет-рического стабилизатора напряжения окончательно можно получить:

Практически коэффициент стабилизации таких стабилизатров напряжения, построенных на современных стабилитронах лежит в диапазоне: К_ст = 20 ÷ 40.

Достоинства параметрических стабилизаторов напряжения.

· Единственным достоинством является его простота.

Недостатки параметрических стабилизаторов напряжения.

· Малые токи нагрузки таких стабилизаторов напряжения.

· Небольшие значения коэффициентов стабилизации К_ст = 20 ÷ 40.

· Низкий КПД, так как значительная часть мощности рассеивается на R _б и стабилитроне.

Компенсационные стабилизаторы напряжения. Такие стабилизаторы строятся по принципу замкнутой системы регулирования напряжения. Структурная схема компенсационного стабилизатора напряжения приведена на рис. 12.14.

Рис. 12.14. Структурная схема компенсационного стабилизатора.

Выходное напряжение U _вых стабилизатора через делитель напряжения ДН поступает на один из входов усилителя Ус, на второй вход которого приходит напряжение U _оп с выхода источника опорного напряжения ИОН. Усилитель усиливает разность указанных сигналов, и управляет регулирующим элементом РЭ, изменяя его сопротивление. В результате выходное напряжение стабилизатора приближается к заданному. Для нормальной работы такого стабилизатора необходимо, чтобы выполнялись следующие условия:

Используя схему рис. 12.14 можно записать уравнение компенсационного стабилизатора в виде:

где U _оп – опорное напряжение с выхода ИОН, U _вых – выходное напряже-ние стабилизатора, К_д – коэффициент передачи делителя напряжения ДН, К₀ – коэффициент усиления усилителя Ус с регулирующим элементом РЭ.

Решая полученное выражение относительно U _вых , получим:

Так как К₀К_д>>1, то . Из этого следует, что выходное напряжение такого стабилизатора не зависит от изменения U_вх, и пропор-ционально опорному напряжению U _оп.

Упрощенная схема компенсационного стабилизатора напряжения с непрерывным регулированием приведена на рис 12.15.

Рис. 12.15. Упрощенная схема компенсационного стабилизатора.

Делитель напряжения ДН выполнен на резисторах R ₁ и R ₂. Коэффициент передачи такого делителя:

Источник опорного напряжения U _оп представляет собой параметрический стабилизатор напряжения, построенный на элементах R _б и VD 1. Усилитель построен на операционном усилителе ОУ, а регулирующий элемент РЭ – на транзисторе VT 1 по схеме эмиттерного повторителя.

Достоинства компенсационных стабилизаторов напряжения.

· Выходной ток значительно больше, чем у параметрических стабилиза-торов напряжения (ограничен параметрами регулирующего транзистора).

· Стабилитрон VD 1 работает в режиме холостого хода, так как ОУ имеет большое входное сопротивление.

· Стабилизатор обладает малым выходным (внутренним) сопротивлением (сотые доли Ом).

Недостатки компенсационных стабилизаторов напряжения.

· Невысокий КПД. Значительная часть мощности рассеивается регулирующим элементом РЭ (Р_рэ= I _н ( U _вх - U _вых )). Поэтому регулирующий элемент РЭ часто устанавливают на радиатор для отвода тепла.