Стабилизаторы напряжения и тока
Тема: Стабилизаторы напряжения и тока.
Вопрос 1. Общие сведения.
Стабилизатором называют устройство, автоматически поддерживающее с заданной точностью напряжение или ток в нагрузке при изменении питающего напряжения или сопротивления нагрузки в обусловленных пределах.
Основным параметром стабилизатора напряжения является коэффициент стабилизации напряжения, а стабилизатора тока - коэффициент стабилизации тока
Kст U=; Kст I= при Rн=const,
где Uвх, Uвых, Iвых - номинальные напряжения на входе и выходе стабилизатора и номинальный ток нагрузки;
DUвх, DUвых, D Iвых - изменения напряжений на входе и выходе стабилизатора и изменение тока нагрузки.
Влияние нагрузки Rн оценивается по внешним характеристикам Uвых(Iвых) и Iвых(Rн) или выходным (внутренним) сопротивлением стабилизатора
Rвых= при Uвх=const.
Рекомендуемые материалы
Для стабилизатора напряжения Rвых << Rн, а для стабилизатора тока - Rвых>>Rн.
Применяют два типа стабилизаторов: параметрические и компенсационные.
В параметрических стабилизаторах используются элементы с нелинейной вольтамперной характеристикой (ВАХ), обеспечивающие постоянство напряжения при значительных изменениях тока для стабилизаторов напряжения и постоянство тока при изменении напряжения в стабилизаторах тока. Такими элементами могут быть стабилитроны, бареттеры или транзисторы.
Вопрос 2. Компенсационные стабилизаторы напряжения.
Компенсационные стабилизаторы напряжения имеют большие коэффициенты стабилизации и меньшее Rвых при более высоком КПД. Структурная схема такого стабилизатора приведена на рис.6.1. Стабилизатор состоит из источника эталонного напряжения (1), измерительного элемента (2) и регулирующего элемента (3).
На входы измерительного элемента подаются эталонное напряжение U0 и Uвых. Если Uвых не равно U0 появляется сигнал рассогласования, который поступает на вход регулирующего элемента. Под действием этого сигнала падение напряжения на регулирующем элементе меняется таким образом, чтобы Uвых оставалось постоянным
Uвых=Uвх-DU=const.
В качестве источника эталонного напряжения чаще всего используется стабилитрон, а роль регулирующего элемента выполняет транзистор или составной транзистор. В большинстве современных стабилизаторов измерительный элемент выполняется на операционном усилителе.
В работе предлагается исследовать компенсационный стабилизатор на транзисторе, схема которого показана на рис.6.2. Источник эталонного напряжения выполнен на стабилитроне VD, режим которого задается резистором R2. Транзистор VT2 выполняет роль измерительного элемента. Изменение Uвых приводит к изменению Iб2 и соответственно к изменению Iк2. Изменение Iк2 вызывает противоположное изменение Iб1, так что Uвых= Uвх-Uкэ1 остается практически неизменным.
Kcm U=h21/(h11+R1); Rвых=.
В настоящее время широко применяются стабилизаторы в интегральном исполнении. Например, микросхема К142ЕН1 представляет собой регулируемый стабилизатор с выходным напряжением 3-12 В на ток до 150 мА. В схеме предусмотрена защита от перегрузки и коротких замыканий на выходе.
Вопрос 3. Стабилизатор тока.
Схема стабилизатора тока показана на рис.6.3. На базе транзистора VT поддерживается постоянный потенциал, задаваемый параметрическим стабилизатором на стабилитроне VD. Нагрузка Rн включена в коллекторную цепь транзистора VT, который работает по схеме ОБ, где Iк=aIэ.
Ток эмиттера Iэ определяется напряжением Uэб=U0-R2Iэ
Благодаря этому устанавливается режим работы
Iэ=(U0-Uэб)/R2=const
У современных транзисторов a®1, таким образом, получается устройство, выходной ток которого Iвых=Iк » Iэ, не зависит от Rн, а определяется только U0 и R2. Режим стабилизации поддерживается до тех пор, пока транзистор VT работает в активном режиме, т.е. Uвх>DU+IвыхRн, где DU - напряжение насыщения транзистора.
Отсюда максимальное значение сопротивления нагрузки, при котором сохраняется рабочий режим стабилизатора
Rн max=.
Коэффициент стабилизации тока
Kст=Iвых/(Uвхh22).
Выходное сопротивление стабилизатора
Rвых=.
Контрольные вопросы
1. Каково назначение электронных стабилизаторов?
2. Как устроен и как работает параметрический стабилизатор напряжения и тока?
3. Поясните назначение элементов схемы компенсационного стабилизатора напряжения?
Рекомендуем посмотреть лекцию "Управление процессами коммуникации".
4. От каких элементов зависит коэффициент стабилизации?
5. Как можно осуществить регулирование Uвых стабилизатора напряжения?
6. Поясните принцип действия стабилизатора тока.
7. Как можно изменить выходной ток стабилизатора?
8. Почему стабилизатор тока может работать только на нагрузку с R меньше Rнmax?
9. Почему стабилизатор тока и стабилизатор напряжения имеют разные выходные сопротивления?