Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

Классификация и параметры стабилизаторов напряжения тока. Характеристики стабилитрона и нагрузочного сопротивления. Компенсационный транзистор постоянного напряжения с непрерывным регулированием. Различные параметры мощности импульсного стабилитрона.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

При питании различных устройств радиоаппаратуры часто требуется поддерживать постоянство питания напряжения. Изменение этого напряжения может протекать по причине изменения напряжения первичного источника питания, из-за изменения сопротивления нагрузки либо условий работы питаемой аппаратуры. Для поддержки постоянства питающего напряжения используется автоматическое устройство - стабилизатор напряжения.

Стабилизатор должен автоматически реагировать как на медленные так и на достаточно быстрые изменения питающего напряжения.

Качество стабилизатора может быть охарактеризовано следующими параметрами.

1. Коэффициент стабилизации напряжения.

Ксти=?U0вх /U0вх:?U0вых /U0вых, In=const

(или коэффициент стабилизации тока)

2. Внутреннее сопротивление

Ri=?U/?I

3. Коэффициент сглаживания пульсации

K=U_вхг/U_вх0=U_выхг/U_вых0

4. Температурный коэффициент не стабильности

г=?U_вых/?t^o_окр

5. Коэффициент полезного действия

Ю=P_n/(P_n+P_cn)

Где Рст-мощность потребляемая самим стабилизатором

Классификация стабилизаторов

По принципу действия:

1. Параметрическая (основана на элементах с нелинейными вольт-амперными характеристиками: газовые стабилитроны, п/п стабилитронами, бареттеры.)

2. Компенсационные стабилизаторы (может быть с непрерывным или импульсным регулированием).

По способу включения регистрирующего элемента по отношению к нагрузке: параллельное и последовательные.

Малая стабилизация: мал 2 - 5%; ср 0.5 - 2%; высокое 0.1 - 0.5%; очень высокое менее 0.1%. Клистронный генератор до 1%.

Параметры стабилизатора напряжения тока

Unn используется не линейность В-А характеристик определительных приборов для стабилизации напряжения (газотроны - приборы с хол. катодом заполненным инертным газом, и п/п стабилитроны - плоскостные диоды, изготовленные специальным образом).

П/п стабилитроны включаются в обратном направлении и используется пологий участок его ВАХ.

Стабилизатор тока использует пологий участок бареттера (газонаполненный прибор с натянутой внутри нитью вольфрама или стали. Он обладает высоким температурным коэффициентом сопротивления.)

Полупроводниковые параметрические стабилизаторы постоянного напряжения.

Строим характеристики стабилитрона и нагрузочного сопротивления



Общая характеристика строится на основании двух зависимостей:

I0=I н+ Icт;

Uвых= Uст= IнRн;

Отложив на оси ординат значение U0, подаваемое на вход, строим внешнюю характеристику источника до стабилизатора. Как видно при изменении входного напряжения от U0min до U0max напряжение на нагрузки изменяется от Uвых1 до U0вых2 причем ?Uвых значительно меньше ? U0.

На рабочем участке характеристика стабилитрона практически линейна, поэтому связь между напряжением и током присутствует в следующем виде

Uст= U0+ rgIст,

где rг - динамическое сопротивление стабилитрона.

Учитывая это выражение можно составить эквивалентную схему стабилитрон

По схеме видно:

?U₀=(?I_ст+?I_н) R_г+?U_вых (1)

?I_ст=?U_вых/r_д ?I_н=?U_вых/R_н (2)

Из (1) K_cт=?U₀ U_вых /?U_вых U₀ (3)

Так как rг мало Кст =(U_вых/U₀) (R_r/r_г) (1+R_г/R_н)<< R_r/r_г чем больше rг, тем больше Кст.

При U0=const ?I_н?-?I_ст, чтобы Uвых почти не изменилось ?Iст вызывает ?Uвых = - ?Iст rг.

r_i=?U_вых/?I_н?r_д

Выходное сопротивление стабилитрона определяется динамическим сопротивлением стабилитрона и не зависит от величины Rr.

Температурный коэффициент г стабилитрона определяется ТКН стабилитрона. Для уменьшения г включается после диода или стабилитрона ТКН в положительном направлении диода отрицателен. В итоге при изменении температуры напряжение изменяется незначительно. КПД мал и определяется следующим выражением:

Для увеличения точности стабилитрона применяется многоканальные схемы.

Выходное сопротивление равно приблизительно динамическому сопротивлению стабилитрона Д1. Т.о. повышает стабильность по входному напряжению, однако поток и нагрузка остается такой же как и в однокаскадном.

Параметры стабилизатора.

Переменное напряжение.

Принцип действия основан на использовании нелинейных элементов с малым динамическим сопротивлением потока. Таким элементом может являться дроссель с насыщенным сердечником. Простейший стабилитрон содержит дроссель с насыщенным сердечником и линейный дроссель.



Предположим что Zн= ?. Если выбрать диапазон изменения Uс, то видно что соответствующие ему ?Uвых значительно меньше ? Uвх, что и говорит обо эффекте стабилизации.

Непостоянна по потерям не имеет практического применения.

1. Cos.ц очень низок и составляет 0.2 ? 0.3.

2. Большой ток требуется для захода в область насыщения, следовательно большие габариты дросселей.

3. Коэффициент стабилизации невелик, что привело к использованию более сложных схем, где параллельный пелин дросселя подключается специально в выбранный конденсатор.

Динамическая емкость позволяет сместить рабочий участок в область малых токов. При малых напряжениях индукция дросселя велика, ток в дросселе мал и результирующий ток имеет емкостную характеристику. Параметры выбраны так, что при определении напряжения в схеме возникает резонанс токов, схема называется феррорезонансной. ? Uн меньше ? Uлн, следовательно повысится коэффициент стабилизации.

Недостатки:

1. Относительно большие габариты.

2. Сложность обеспечения резонанса на низких частотах.

3. Чувствителен к частоте питающего напряжения. При изменении f на 1 ? 2% > U на 2 ? 3.5%.

4. Наличие искажения формы напряжения. Однако Cos.ц выше чем U стабилизации без С. На практике используется следующая схема:

U2 >U1, что бы обеспечить стабильное понижение напряжения при снижении входного напряжения.

Частично включенная нагрузка в контур, позволяет увеличить добротность и одновременно за счет увеличения Lн уменьшиться С.

Uвых = U2 - Uк

Достоинство феррорезонаторной стабилизации напряжения: простота, высокая надежность, высокий КПД (до 0.85), стойкость к перегрузкам и механического воздействия.

Один способ стабилизации переменного напряжения на п/п приборов.

Другой способ.

Компенсационные стабилизаторы напряжения и тока

Компенсационные стабилизаторы являются устройствами автоматического регулирования с импульсным и непрерывным регулированием.

Компенсационные стабилитроны могут классифицироваться также по виду стабилизируемого напряжения: постоянного и переменного.

М.б. комбинированные с использованием одновременно стабилизации по переменному и постоянному току, а также с использованием одновременно импульсного и непрерывного регулирования.

По способу включения регулирующего элемента стабилизаторы бывают с последовательным и переменным регулированием.



С1 - используется для уменьшения пульсации выходного напряжения. Сн - препятствует самовозбуждению так как из за большого коэффициента усиления в ЦОС такие устройства склонны к самовозбуждению.

VД2 и VД3 обеспечивает температурную компенсацию.

R3 и R4 задают режим работы РЭ по постоянному току.

Применение в качестве регулирующего элемента в качестве составного примера имеющего общий коэффициент усиления по току h21c = h21 (11) h21 (12) h21 (13) позволяет составить мощный транзистор VT11 с маломощным усилителем, а также повысить коэффициент стабилизации.

Kст= мpKy бUвых/Uв

ri=-1/ SpKy б

мp - коэффициент усиления по напряжению составного транзистора,

б - коэффициент деления выходного делителя,

ri - внутреннее сопротивление,

Sp - крутизна регистрационного транзистора.

Компенсационный транзистор постоянного напряжения с непрерывным регулированием.

Они могут быть выполнены как на транзисторах, так и на электронных лампах.

Структурные схем...