2. Стабілізатори постійної напруги Якість роботи електронної схеми в значній мірі залежить від стабільності напруги джерела живлення і значення його вихідного опору. Напруга живлення повинна залишатися сталою при зміні напруги і частоти мережі, а також при допустимих коливаннях температури, вологості, атмосферного тиску оточуючого середовища. Значення вихідного опору джерела живлення повинно бути достатньо малим. Для стабілізації змінної напруги на вході випрямляча можна використовувати електромагнітний стабілізатор. Однак, в цьому випадку коефіцієнт стабілізації незначний. При зміні напруги мережі на напруга на виході стабілізатора змінюється на . Найбільш широке розповсюдження отримали стабілізатори постійної напруги, які вмикають між випрямлячем і споживачем. Стабілізатори постійної напруги, які побудовані на електронних лампах, транзисторах і операційних підсилювачах називають електронними. Електроні стабілізатори забезпечують малий вихідний опір і великих коефіцієнт стабілізації напруги в широкому діапазоні частот. Основні параметри електронних стабілізаторів постійної напруги: 1.Коефіцієнт стабілізації напруги, який дорівнює відношенню відносного приросту напруги на вході до відносного приросту напруги на виході стабілізатора
2.Абсолютний коефіцієнт стабілізації
3.Вихідний опір стабілізатора для змінного струму, який характеризує зміну вихідної напруги при зміні струму навантаження
4.Кофіцієнткорисної дії , дорівнює відношенню потужності в навантаженні до номінальної вхідної потужності
5.Статичний вихідний опір
6.Відносна нижня границя зміни вхідної напруги
7. Відносна верхня границя зміни вхідної напруги
2.1. Параметричний стабілізатор постійної напруги на кремнієвому стабілітроні В параметричних стабілізаторах постійної напруги використовуються прилади з нелінійною залежністю напруги від струму навантаження. Електрична принципова схема параметричного стабілізатора на кремнієвому стабілітроні наведена на рис.2.1 і складається з кремнієвого стабілітрона і баластного (обмежуючого) резистора Rб.
Рис.2.1. Схема параметричного стабілізатора постійної напруги на кремнієвому стабілітроні Для забезпечення режиму параметричного стабілізатора необхідно вибрати початкові значення струмів стабілізації і значення баластного опору
Вихідний опір стабілізатора при . Параметричні стабілізатори на кремнієвому стабілітроні не дозволяють регулювати вихідну напругу, не забезпечують високого коефіцієнта стабілізації і великих значень струмів навантаження. Такі стабілізатори переважно застосовуються в якості джерел опорної напруги в більш потужних компенсаційних стабілізаторах. Компенсаційні стабілізатори постійної напруги В компенсаційних стабілізаторах постійної напруги відбувається порівняння фактичного значення вихідної напруги з опорною напругою і в залежності від значення і знаку цієї різниці автоматично відбувається дія на регулюючий елемент, яка направлена на зменшення цієї різниці. В стабілізаторах послідовного типу (рис.2.2) регулюючий елемент РЕ вмикається між випрямлячем і навантаженням і виконує роль баластного опору. Підсилювач постійного струму ППС побудований таким чином, що при зростанні напруги на виході, сигнал з виходу ППС закриває регулюючий елемент, його електричний опір зростає, спад напруги на ньому збільшується, а вихідна напруга стабілізатора залишається практично незмінною. При зменшенні напруги реакція стабілізатора буде зворотна.
Рис.2.2. Структурна схема компенсаційного стабілізатора послідовного типу В компенсаційних стабілізаторах паралельного типу (рис.2.3) регулюючий елемент ввімкнений паралельно опору навантаженню, а послідовно з ним ввімкнений баластний опір . Схема підсилювача постійного струму ППС побудована таким чином, що при зростанні напруги на виході стабілізатора вихідний сигнал ППС збільшує струм через регулюючий елемент. За рахунок цього струму зростає спад напруги на резисторі Rб, а напруга на навантаженні практично не змінюється.
Рис.2.3. Структурна схема компенсаційного стабілізатора паралельного типу Регулюючий елемент можна розглядати як генератор струму , який має внутрішній опір . Коефіцієнт підсилення за струмом підсилювача постійного струму, а його вхідний опір . Вихідний опір компенсаційного стабілізатора послідовного типу
де – вихідний опір підсилювача постійного струму, який буде складати
де – сумарний коефіцієнт підсилення за струмом компенсаційного стабілізатора послідовного типу, – вхідний опір підсилювача постійного струму. Коефіцієнт стабілізації стабілізатора послідовного типу
де ?н – відносна нижня границі зміни вхідної напруги стабілізатора, Коефіцієнт корисної дії такого стабілізатора
Для стабілізаторів паралельного типу вихідний опір і коефіцієнт стабілізації можна визначити за цими ж виразами, замінивши в них на . Порівняння параметрів послідовних і паралельних компенсаційних стабілізаторів постійної напруги Стабілізатори послідовного типу чутливі до перенавантаження за струмом, оскільки струм навантаження і струм і струм регулюючого елемента зростають одночасно в однаковій мірі. Паралельні стабілізатори нечутливі до перенавантаження за струмом, оскільки в граничному випадку при короткому замиканні на виході вхідна напруга прикладається до баластного резистора. При одному і тому ж значенні вихідної напруги в послідовних стабілізаторах потрібні менш високовольтні регулюючі транзистори. При одному і тому ж значенні струму в навантаженні в паралельних стабілізаторах необхідно застосовувати регулюючі транзистори, які розраховані на значно більші струми ніж в послідовних стабілізаторах. Коефіцієнт корисної дії в стабілізаторах послідовного типу значно вищий ніж у стабілізаторах паралельного типу. Вихідний опір в послідовних стабілізаторах вищий ніж у паралельних. При зростанні кількості каскадів регулюючого елемента різниця в значенні вихідного опору зменшується. Коефіцієнт стабілізації вихідної напруги буде вищий в послідовних стабілізаторах, оскільки він крім вихідного опору залежить також від внутрішнього опору Ri, який є більший від баластного резистора Rб, для паралельних стабілізаторів. При реалізації конкретних схем компенсаційних стабілізаторів паралельні стабілізатори, за основними електричними параметрами, можуть бути практично рівноцінні, в порівнянні з послідовними, а з урахуванням нечутливості до перенавантаження навіть більш оптимальними. Компенсаційні стабілізатори послідовного типу на транзисторах Однокаскадний стабілізатор послідовного типу без підсилювального елемента Це компенсаційний стабілізатор послідовного типу в якого в якості підсилювального і регулюючого елемента використовується один транзистор, який представляє собою емітерний повторювач напруги, на вхід якого подається опорна напруга параметричного стабілізатора на кремнієвому стабілітроні. Електрична принципова схема такого стабілізатора зображена на рис.2.4.
Рис.2.4. Схема компенсаційного стабілізатора послідовного типу без підсилювального елемента Вихідний струм стабілізатора є струмом емітера транзистора і струмом регулюючого елемента . Внутрішній опір стабілізатора, який зібраний за такою схемою буде складати
Вихідна напруга стабілізатора буде завжди меншою від опорної напруги на стабілітроні Еквівалентний опір кола бази транзистора буде залежати від обмежуючого резистора і від диференціального опору стабілітрона і буде складати . Вихідний опір стабілізатора визначається, як вихідний опір емітерного повторювача і описується наступним виразом
Значення вихідного опору можна зменшити збільшуючи значення струму емітера транзистора, переважно складає біля одного ома. Коефіцієнт стабілізації напруги для розглянутої схеми буде складати
