Как определить коэффициент стабилизации

8

3. Расчет параметрических стабилизаторов напряжения

Простейшим стабилизатором напряжения является параметрический, схема которого представлена на рис. 6.

Рис. 6. Параметрический стабилизатор напряжения без термокомпенсации

Расчет параметрического стабилизатора обычно сводится к расчету сопротивления балластного резистора Ro и выбору типа стабилитрона.

Основными электрическими параметрами стабилитрона являются

Uст – напряжение стабилизации

Iст.макс — максимальный ток стабилитрона на рабочем участке вольт-амперной

Iст.мин — минимальный ток стабилитрона на рабочем участке вольт-амперной

Rд — дифференциальное сопротивление на рабочем участке вольт-амперной

Методику расчета рассмотрим на примере:

Дано: Uвых = 9 В; Iн = 10 мА; Δ Iн = ± 2 мА; ΔU_вх = ± 10% U_вх

1). По справочнику выбираем стабилитрон типа Д814Б с параметрами:

Uст = 9 В; Iст.макс = 36 мА; Iст.мин = 3мА; Rд = 10 Ом

2). Рассчитаем необходимое входное напряжение, определяемое по формуле

Где n_ст — коэффициент передачи стабилизатора

Для оптимальных условий работы стабилизатора рекомендуется выбирать n_ст в пределах от 1,4 до 2.

Примем n_ст = 1,6 тогда

Uвх = 1,6 · 9 = 14,4 В

3). Рассчитаем сопротивление балластного резистора Ro

Ro = (Uвх -Uвых) / (Iст + Iн )

Ток Iст выбирают из следующих соображений: Iст ≥ Iн.

При одновременном изменении Uвх на величину ΔU_вх и Iн на величину ΔIн ток стабилитрона не должен выходить за пределы Iст.макс и Iст.мин .

По этой причине обычно выбирают Iст из середины диапазона допустимых значений.

Принимаем Iст = 15мА

Тогда Ro = (14,4 — 9) / (15 + 10 ) = 216 Ом

Выберем стандартное значение сопротивления резистора Ro по параметрическому ряду Е24 (см. приложение 1)

Принимаем Ro = 220 Ом

Для выбора типа резистора необходимо рассчитать рассеиваемую на корпусе резистора мощность

Р = I 2 Rо; Р = (25· 10 -3 ) 2 · 220 = 0,138 Вт

Принимаем стандартное значение мощности рассеяния на резисторе 0,25 Вт

Выбираем тип резистора МЛТ-0,25-220 Ом ± 10 %

4). Произведем проверку правильности выбора режима работы стабилитрона в схеме стабилизатора напряжения

Iст.мин = (Uвх — ΔU_вх — Uвых ) / Rо — ( Iн + ΔIн )

Iст.мин = (14,4 — 1,44 — 9 ) · 10 3 / 220 — ( 10 + 2 ) = 6 мА

Iст.макс = (Uвх + ΔU_вх — Uвых ) / Rо — ( Iн — ΔIн )

Iст.макс = (14,4 + 1,44 — 9 ) · 10 3 / 220 — ( 10 — 2 ) = 23 мА

Если рассчитанные значения токов Iст.мин и Iст.макс выходят за пределы допустимых значений, то необходимо или выбрать другое значение Iст, или изменить сопротивление резистора Rо, или заменить стабилитрон.

5). Коэффициент стабилизации по напряжению для параметрического стабилизатора определяется по формуле

Кст = (Rо / Rд + 1) / n_ст

Кст = (220 / 10 + 1) / 1,6 = 14,3

6). Выходное сопротивление параметрического стабилизатора напряжения

Rвых = Rо = 10 Ом

На рис. 7 представлена схема параметрического стабилизатора напряжения с термостабилизацией.

Для повышения температурной стабильности выходного напряжения в этой схеме последовательно со стабилитроном включены несколько кремниевых диодов. Температурный коэффициент напряжения (ТКН ) диода по знаку противоположен ТКН стабилитрона, однако меньше по модулю. Поэтому для температутной компенсации Uст требуется несколько диодов. Кремниевые стабилитроны, включенные в прямом направлении также могут быть использованы для термостабилизации. Количество термостабилизирующих элементов по отношению модуля ТКН стабилитрона к модулю ТКН элемента (диода). Результат деления округляется до целого числа.

Численные значения ТКН стабилитронов и диодов приведены в справочниках. Для кремниевых стабилитронов малой мощности, включенных в прямом направлении, ТКН несущественно отличаются друг от друга для разных типов и находятся в пределах

(1,4 …..1,7) мВ/ о С. Поэтому в расчетах допускается использовать значение из середины этого диапазона.

Коэффициент стабилизации стабилизатора определение

Стабилизатор — это устройство, предназначенное для автоматического поддержания в заданных пределах напряжения или тока при изменении входного напряжения, тока нагрузки, температуры, давления, влажности, вибрации и других дестабилизирующих факторов.
Основными параметрами стабилизаторов являются:

1. Коэффициент стабилизации
2. Нестабильность выходного напряжения
3. Внутреннее сопротивление стабилизатора
4. Температурная нестабильность
5. Коэффициент сглаживания пульсаций
6. Коэффициент полезного действия

Коэффициент стабилизации

выходного напряжения можно определить как отношение нестабильности выходного напряжения к нестабильности входного напряжения:

Нестабильность выходного напряжения

(статическая ошибка) измеряется как отношение изменения выходного напряжения к его номинальному значению:

Измерение нестабильности выходного напряжения производится при постоянной нагрузке (ток нагрузки не должен изменяться).

Внутреннее сопротивление стабилизатора

можно определить как

Измерение внутреннего сопротивления стабилизатора производится при неизменном входном напряжении ().

Нестабильность выходного напряжения

в зависимости от тока нагрузки. Этот параметр применяется вместо внутреннего сопротивления.

Температурная нестабильность

Для выходного напряжения она определяется следующим образом:

Коэффициент сглаживания пульсаций

вычисляется следующим образом:

Коэффициент полезного действия

определяется как отношение выходной мощности к мощности, потребляемой стабилизатором:

Следует отметить, что мы перечилили только основные параметры стабилизаторов. Для стабилизаторов переменного тока дополнительно оговариваются требования по стабильности частоты сети переменного тока, нестабильность входного импеданса и его реактивной составляющей, коэффициент мощности. Кроме того важными параметрами являются габариты, масса и надежность стабилизатора, но эти требования относятся уже к любому радиоэлектронному устройству.

Наибольший вклад в общую нестабильность выходного напряжения вносят нестабильности по напряжению, току и температуре и, в зависимости от этого, получается результирующая нестабильность стабилизатора:

Cтабилизаторы классифицируются в зависимости от стабильности на стабилизаторы:

• низкой точности δ = 2 . 5%
• средней точности δ = 0,5 . 2%
• высокой точности δ = 0,1 . 0,5%
• прецизионные δ Дата последнего обновления файла 07.06.2015

1. Сажнёв А.М., Рогулина Л.Г., Абрамов С.С. “Электропитание устройств и систем связи”: Учебное пособие/ ГОУ ВПО СибГУТИ. Новосибирск, 2008г. – 112 с.
2. Алиев И.И. Электротехнический справочник. – 5-е издание, стереотипное. – М.: ИП РадиоСофт, 2010. – 384с.
3. Гейтенко Е.Н. Источники вторичного электропитания. Схемотехника и расчёт. Учебное пособие. – М., 2008. – 448 с.
4. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов / В.М.Бушуев, В.А. Деминский, Л.Ф. Захаров и др. – М.,2009. – 384 с.
5. Денисов А.И., Зволинский В.М., Руденко Ю.В. Вентильные преобразователи в системах точной стабилизации. – К.: Наукова думка, 1997. – 250 с.

Вместе со статьей «Параметры стабилизаторов» читают:

Коэффициент стабилизации стабилизатора определение

Хочешь узнать ответ

Стабилизатор применяется для обеспечения нагрузки стабильным, заданным напряжением, независимо от скачков и колебаний напряжения питания.

Основными параметрами стабилизатора напряжения являются следующие:

— коэффициент стабилизации Кст

— выходное сопротивление Rвых

— коэффициент полезного действия h

— температурный коэффициент ТКН

Коэффициент стабилизации

— это отношение относительного изменения напряжения на входе стабилизатора к соответствующему относительному изменению напряжения на его выходе (при этом Rн считаем постоянным).

Чем больше коэффициент стабилизации, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении входного.

Выходное сопротивление

[Ом] — это отношение изменения напряжения на выходе стабилизатора к изменению выходного тока (тока нагрузки), которое вызвало изменение выходного напряжения (при этом Uвх считаем постоянным).

Чем меньше выходное сопротивление, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении тока нагрузки.

Коэффициент полезного действия (КПД)

[%] — это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку, к мощности, потребляемой от источника питания.

Если учесть, что Pвх=Pн+Pст, где Pн — мощность, рассеиваемая нагрузкой, а Pст — мощность, рассеиваемая стабилизатором, то можно записать эту формулу по другому:

Температурный коэффициент (ТКН)

[%/ 0 C] — это отношение относительного изменения выходного напряжения стабилизатора к вызвавшему его изменению температуры окружающей среды.

Компенсационный стабилизатор параллельного типа

В схеме параллельного стабилизатора при отклонении напряжения на выходе от номинального выделяется сигнал рассогласования, равный разности опорного и выходного напряжений. Далее он усиливается и воздействуя на регулирующий элемент, включённый параллельно нагрузке. Ток регулирующего элемента IP изменяется, на сопротивлении резистора R1 изменяется падение напряжения, а на напряжение на выходе U1 = U0 – IBXR1 = const остаётся стабильным.

Типовая схема компенсационного стабилизатора напряжения параллельного типа приведена ниже. В качестве гасящего устройства в этих стабилизаторах применяются резисторы (R1 на схеме) или при высоких требованиях с стабильности выходного напряжения стабилизатора применяется стабилизатор тока описанный выше, имеющий большое внутреннее сопротивление.

Схема простого компенсационного стабилизатора напряжения параллельного типа

В основном расчёт элементов компенсационного стабилизатора параллельного типа производится аналогично стабилизатору последовательного типа.

Стабилизаторы параллельного типа имеют невысокий КПД и применяются сравнительно редко, в случае стабилизации повышенных напряжений и токов, а также при переменных нагрузках в отличие от стабилизаторов последовательного типа. Их недостатком является то, что при возможном резком увеличении тока нагрузки (например, при коротком замыкании на выходе) к регулирующему элементу будет прикладываться повышенное напряжение, величина которого может превысить допустимое значение. Это обстоятельство необходимо учитывать при эксплуатации стабилизатора.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Параметры стабилизаторов напряжения

Важнейшими параметрами стабилизатора напряжения являются коэффициент стабилизации K ст, выходное сопротивление R вых и коэффициент полезного действия η.

Коэффициент стабилизации определяют из выражения K ст= [ ∆u вх/ u вх] / [ ∆u вых/ u вых]

где u вх, u вых — постоянные напряжения соответственно на входе и выходе стабилизатора; ∆u вх — изменение напряжения u вх; ∆u вых — изменение напряжения u вых, соответствующее изменению напряжения ∆u вх.

Чем больше коэффициент стабилизации, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении входного. У простейших стабилизаторов величина K ст составляет единицы, а у более сложных — сотни и тысячи.

Васильев Дмитрий Петрович Профессор электротехники СПбГПУ

Таким образом, коэффициент стабилизации — это отношение относительного изменения напряжения на входе к соответствующему относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора.

Выходное сопротивление стабилизатора определяется выражением R вых= | ∆u вых/ ∆i вых|

где ∆u вых— изменение постоянного напряжения на выходе стабилизатора; ∆i вых— изменение постоянного выходного тока стабилизатора, которое вызвало изменение выходного напряжения.

Выходное сопротивление стабилизатора является величиной, аналогичной выходному сопротивлению выпрямителя с фильтром. Чем меньше выходное сопротивление, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении тока нагрузки. У простейших стабилизаторов величина R вых составляет единицы Ом, а у более совершенных — сотые и тысячные доли Ома. Необходимо отметить, что стабилизатор напряжения обычно резко уменьшает пульсации напряжения.

Коэффициент полезного действия стабилизатора η ст — это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку Р н, к мощности, потребляемой от входного источника напряжения Р вх: η ст = Р н / Р вх

Традиционно стабилизаторы разделяют на параметрические и компенсационные.

Интересное видео о стабилизаторах напряжения:

Параметрические стабилизаторы

Являются простейшими устройствами, в которых малые изменения выходного напряжения достигаются за счет применения электронных приборов с двумя выводами, характеризующихся ярко выраженной нелинейностью вольт-амперной характеристики. Рассмотрим схему параметрического стабилизатора на основе стабилитрона (рис. 2.82).

Проанализируем данную схему (рис. 2.82, а), для чего вначале ее преобразуем, используя теорему об эквивалентном генераторе (рис. 2.82, б). Проанализируем графически работу схемы, построив на вольт-амперной характеристике стабилитрона линии нагрузки для различных значений эквивалентного напряжения, соответствующих различным значениям входного напряжения (рис. 2.82, в).

Из графических построений очевидно, что при значительном изменении эквивалентного напряжения u э (на ∆u э), а значит, и входного напряжения u вх, выходное напряжение изменяется на незначительную величину ∆u вых.

Абрамян Евгений Павлович Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Причем, чем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона (т. е. чем более горизонтально идет характеристика стабилитрона), тем меньше ∆uвых.

Определим основные параметры такого стабилизатора, для чего в исходной схеме стабилитрон заменим его эквивалентной схемой и введем во входную цепь (рис. 2.82, г) источник напряжения, соответствующий изменению входного напряжения ∆u вх (на схеме пунктир):

K ст= ( ∆u вх/ u вх) : ( ∆u вых/ u вых) Так как обычно R н>> r д Следовательно, K ст≈ u вых / u вх· [ ( r д+ R 0) / r д]

Обычно параметрические стабилизаторы используют для нагрузок от нескольких единиц до десятков миллиампер. Наиболее часто они используются как источники опорного напряжения в компенсационных стабилизаторах напряжения.

Импульсный

Электроэнергия с нестабильными показателями с помощью коротких импульсов передается в накопительный механизм стабилизатора, роль которого выполняет индуктивная катушка либо конденсатор. Накопленное электричество выходит в качестве нагрузки с иными параметрами.

Можно выделить два типа стабилизации напряжения:

1. С помощью работы с длительными импульсами и паузами между ними. Этот этап работы называется принципом широтно-импульсной модуляции; 2. С помощью сравнения выходного напряжения, которое имеет минимальные и максимальные показатели.

Если эти показатели выше максимально допустимых, то накопитель прекращает выполнять свою непосредственную функцию – накапливать электроэнергию и начинает разряжаться. В таком случае выходное напряжение падает до минимума. При таких условиях накопитель снова начинает выполнять свою функцию. Этот процесс получил название — принцип двухпозиционного управления.

Импульсный выравниватель тока могут преобразовать напряжение до необходимых показателей.

Выделяют такие разновидности:

• Понижающий – когда выходное напряжение ниже, чем входное, но имеет такую же полярность; • Повышающий — когда выходное напряжение выше, чем входное, но имеет такую же полярность; • Понижающе-повышающий – выходное напряжение может быть как выше, так и ниже входного, однако, иметь такую же полярность. Оборудование необходимо использовать, когда входное и выходное U сильно разнится, однако входное напряжение может иметь отклонения в разные стороны; • Инвертирующий – выходное напряжение выше либо ниже входного. Полярность входного и выходного напряжения может быть разной.

Основные достоинства:

— энергопотери практически равны нулю.

Основные недостатки:

— выходное напряжение имеет импульсные помехи.

Стабилизаторы переменного напряжения

Основное предназначение стабилизатора переменного входного напряжения, не влияет, какие показатели оно имеет на входе. Выходное напряжение должно иметь идеальную синусоиду, даже если наблюдаются скачки либо обрывы на линии.

Существуют такие виды стабилизаторов:

1. Накопительные; 2. Корректирующие.

Стабилизаторы-накопители

Данные приборы изначально копят в себе электричество, которое получают от сторонних источников. После этого электроэнергия начинает генерироваться, обретает постоянные характеристики и выходит.

Система «двигатель – генератор»

Основное предназначение стабилизатора – превращение электроэнергии в кинетическую при помощи электрического двигателя. После этого генератор превращает ее обратно в обычную электроэнергию, при этом ток имеет постоянные параметры.

Клюевой элемент системы – это маховик, в котором накапливается кинетическая энергия и происходит стабилизация напряжения. Маховик имеет плотное соединение с двигающимися частями двигателя и генератором. Маховик имеет достаточно большие габариты и высокий уровень инерции и сохраняет скорость, на которую оказывает влияние лишь частота фаз. Исходя из того, что маховик вращается на постоянной скорости и с постоянным напряжением.

Стабилитрон. Параметрические стабилизаторы напряжения

Доброго времени суток. Сегодня мой пост о стабилизаторах напряжения. Что же это такое? Прежде всего, любой радиоэлектронной схеме для работы необходим источник питания. Источники питания бывают разные: стабилизированные и нестабилизированные, постоянного тока и переменного тока, импульсные и линейные, резонансные и квазирезонансные. Такое большое разнообразие обусловлено различными схемами, от которых будут работать электронные схемы. Ниже приведена таблица сравнения схем источников питания.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Для питания электронных схем, которые не требуют высокой стабильности питающего напряжения постоянного тока или большой выходной мощности, целесообразно применять простые, надёжные и дешевые линейные источники напряжения. Основой любого линейного источника напряжения является параметрический стабилизатор напряжения. Основой таких устройств является элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой, у которого напряжение на электродах мало зависит от протекающего через элемент тока. Одним из таких элементов является стабилитрон.

Стабилитрон представляет собой особую группу диодов, режим работы которых характеризуется обратной ветвью вольт-амперной характеристики в области пробоя. Рассмотрим поподробнее вольт-амперную характеристику диода.

Вольт-амперная характеристика диода

Принцип работы стабилитрона

Когда диод включён в прямом направлении (анод – «+», катод – «–»), то он свободно начинает пропускать ток при напряжении U_пор, а при включении в обратном направлении (анод – «–», катод – «+») через диод может проходить лишь ток I_обр, который имеет значение нескольких мкА. Если увеличивать обратное напряжение U_обр на диоде до определённого значения U_обр.max произойдёт электрический пробой диода и если ток достаточно вели, то происходит тепловой пробой и диод выходит из строя. Диод можно заставить работать в области электрического пробоя, если ограничить ток, который проходит через диод (напряжение пробоя для разных диодов составляет 50 – 200 В).

Стабилитрон же разработан таким образом, что его вольт-амперная характеристика в области пробоя обладает высокой линейностью, а напряжение пробоя достаточно постоянно. Таким образом можно сказать, что стабилизация напряжения стабилитроном осуществляется при его работе на обратной ветви вольт-амперной характеристики, в области же прямой ветви стабилитрон ведёт себя аналогично обыкновенному диоду. Стабилитрон обозначается следующим образом

Обозначение стабилитрона

Основные параметры стабилитрона

Рассмотрим основные параметры стабилитрона по его вольт-амперной характеристике.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Напряжение стабилизации U_ст определяется напряжением на стабилитроне при протекании тока стабилизации I_ст. В настоящее время выпускаютя стабилитроны с напряжением стабилизации от 0,7 до 200 В.

Максимально допустимый постоянный ток стабилизации I_ст.max ограничен значением максимально допустимой рассеиваемой мощности P_max, зависящей в свою очередь от температуры окружающей среды.

Минимальный ток стабилизации I_ст.min определяется минимальным значением тока через стабилитрон, при котором ещё полностью сохраняется работоспособность прибора. Между значениями I_ст.max и I_ст.min вольт-амперная характеристика стабилитрона наиболее линейна и напряжение стабилизации изменяется незначительно.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона r_СТ – величина, определяемая отношением приращения напряжения стабилизации на приборе ΔU_CT к вызвавшему его малому приращению тока стабилизации Δi_CT.

Стабилитрон, включённый в прямом направлении, как обычный диод, характеризуется значениями постоянного прямого напряжения U_пр и максимально допустимого постоянного прямого тока I_пр.max.

Параметрический стабилизатор

Основная схема включения стабилитрона, которая является схемой параметрического стабилизатора, а также источником опорного напряжения в стабилизаторах других типов приведена ниже.

Схема включения стабилитрона

Данная схема представляет собой делитель напряжения, состоящий из балластного резистора R1 и стабилитрона VD, параллельно которому включено сопротивление нагрузки R_Н. Такой стабилизатор напряжения обеспечивает стабилизацию выходного напряжения при изменении напряжения питания U_П и тока нагрузки I_Н.

Рассмотрим принцип работы данной схемы. Увеличении напряжения на входе стабилизатора приводит к увеличению тока который проходит через резистор R1 и стабилитрон VD. За счёт своей вольт-амперной характеристики напряжение на стабилитроне VD практически не изменится, а соответственно напряжение на сопротивлении нагрузки R_н тоже. Таким образом практически всё изменение напряжение будет приложено к резистору R1. Таким образом достаточно легко подсчитать необходимые параметры схемы.

Расчёт параметрического стабилизатора.

Исходными данными для расчёта для расчёта простайшего параметрического стабилизатора напряжения являются:

входное напряжение U0;

выходное напряжение U1 = U_st – напряжение стабилизации;

Для примера возьмём следующие данные: U0 = 12 В, U1 = 5 В, I_H = 10 мА = 0,01 А.

1. По напряжению стабилизации выбираем стабилитрон типа BZX85C5V1RL (U_st = 5,1 В, дифференциальное сопротивление r_st = 10 Ом).

2. Определяем необходимое балластное сопротивление R1:

3. Определяем коэффициент стабилизации:

4. Определяем коэффициент полезного действия

Увеличение мощности параметрического стабилизатора

Максимальная выходная мощность простейшего параметрического стабилизатора напряжения зависит от значений I_ст.max и P_max стабилитрона. Мощность параметрического стабилизатора может быть увеличена, если в качестве регулирующего компонента использовать транзистор, который будет выступать в качестве усилителя постоянного тока.

Параллельный стабилизатор

Схема ПСН с параллельным включением транзистора

Схема представляет собой эмиттерный повторитель, параллельно транзистору VT включено сопротивление нагрузки R_H. Балластный резистор R1 может быть включён как в коллекторную, так ив эмиттерную цепи транзистора. Напряжение на нагрузке равно

Схема работает следующим образом. При увеличении тока через резистор R_H, а соответственно и напряжения (U1 = U_CT) на выходе стабилизатора, происходит увеличение напряжения база-эмиттер (U_EB) и коллекторного тока I_K, так как транзистор работает в области усиления. Возрастание коллекторного тока приводит к увеличению падения напряжения на балластном резисторе R1, что компенсирует рост напряжения на выходе стабилизатора (U1 = U_CT). Поскольку ток I_СТ стабилитрона является одновременно базовым током транзистора, очевидно, что ток нагрузки в этой схеме может быть в h_21e раз больше, чем в простейшей схеме параметрического стабилизатора. Резистор R2 увеличивает ток через стабилитрон, обеспечивая его устойчивую работу при максимальном значении коэффициента h21e, минимальном напряжении питания U0 и максимальном токе нагрузки I_Н.

Коэффициент стабилизации будет равен

где R_VT – входное сопротивление эмиттерного повторителя

где R_e и R_b – сопротивления эмиттера и базы транзистора.

Сопротивление R_e существенно зависит от эмиттерного тока. С уменьшением тока эмиттера сопротивление R_e быстро возрастает и это приводит к увеличению R_VT, что ухудшает стабилизирующие свойства. Уменьшить значение R_e можно за счёт применения мощных транзисторов или составных транзисторов.

Последовательный стабилизаттор

Параметрический стабилизатор напряжения, схема которого представлена ниже, представляет собой эмиттерный повторитель на транзисторе VT с последовательно включённым сопротивлением нагрузки R_H. Источником опорного напряжения в данной схеме является стабилитрон VD.

Схема ПСН с последовательным включением транзистора

Выходное напряжение стабилизатора:

Схема работает следующим образом. При увеличении тока через резистор R_H, а соответственно и напряжения (U1 = U_ST) на выходе стабилизатора происходит уменьшение отпирающего напряжения UEB транзистора и его базовый ток уменьшается. Это приводит к росту напряжения на переходе коллектор – эмиттер, в результате чего выходное напряжение практически не изменяется. Оптимальное значение тока опорного стабилитрона VD определяется сопротивлением резистора R2, включённого в цепь источника питания U0. При постоянном значении входного напряжения U0 базовый ток транзистора I_B и ток стабилизации связаны между собой соотношением I_B + I_ST = const.

Коэффициент стабилизации схемы

где R_k – сопротивление коллектора биполярного транзистора.

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения может быть существенно увеличен при введении в его схему отдельного вспомогательного источника с U’0 > U1 и применении составного транзистора.

Схема ПСН с составным транзистором и питанием стабилитрона от отдельного источника напряжения

Теория это хорошо, но необходимо отрабатывать это всё практически ПОПРОБЫВАТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ

Стабилизаторы напряжения: схемы, параметры, принцип работы

Параметры стабилизаторов напряжения

Важнейшими параметрами стабилизатора напряжения являются коэффициент стабилизации K_ст, выходное сопротивление R_вых и коэффициент полезного действия η.

Коэффициент стабилизации определяют из выражения K_ст= [ ∆u_вх/ u_вх] / [ ∆u_вых/ u_вых]

где u_вх, u_вых — постоянные напряжения соответственно на входе и выходе стабилизатора; ∆u_вх — изменение напряжения u_вх; ∆u_вых — изменение напряжения u_вых, соответствующее изменению напряжения ∆u_вх.

Чем больше коэффициент стабилизации, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении входного. У простейших стабилизаторов величина K_ст составляет единицы, а у более сложных — сотни и тысячи.

Выходное сопротивление стабилизатора определяется выражением R_вых= | ∆u_вых/ ∆i_вых|

где ∆u_вых— изменение постоянного напряжения на выходе стабилизатора; ∆i_вых— изменение постоянного выходного тока стабилизатора, которое вызвало изменение выходного напряжения.

Выходное сопротивление стабилизатора является величиной, аналогичной выходному сопротивлению выпрямителя с фильтром. Чем меньше выходное сопротивление, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении тока нагрузки. У простейших стабилизаторов величина R_вых составляет единицы Ом, а у более совершенных — сотые и тысячные доли Ома. Необходимо отметить, что стабилизатор напряжения обычно резко уменьшает пульсации напряжения.

Коэффициент полезного действия стабилизатора η_ст — это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку Р_н, к мощности, потребляемой от входного источника напряжения Р_вх: η_ст = Р_н / Р_вх

Традиционно стабилизаторы разделяют на параметрические и компенсационные.

Интересное видео о стабилизаторах напряжения:

Параметрические стабилизаторы

Являются простейшими устройствами, в которых малые изменения выходного напряжения достигаются за счет применения электронных приборов с двумя выводами, характеризующихся ярко выраженной нелинейностью вольт-амперной характеристики. Рассмотрим схему параметрического стабилизатора на основе стабилитрона (рис. 2.82).
Проанализируем данную схему (рис. 2.82, а), для чего вначале ее преобразуем, используя теорему об эквивалентном генераторе (рис. 2.82, б). Проанализируем графически работу схемы, построив на вольт-амперной характеристике стабилитрона линии нагрузки для различных значений эквивалентного напряжения, соответствующих различным значениям входного напряжения (рис. 2.82, в).
Из графических построений очевидно, что при значительном изменении эквивалентного напряжения u_э (на ∆u_э), а значит, и входного напряжения u_вх, выходное напряжение изменяется на незначительную величину ∆u_вых.

Определим основные параметры такого стабилизатора, для чего в исходной схеме стабилитрон заменим его эквивалентной схемой и введем во входную цепь (рис. 2.82, г) источник напряжения, соответствующий изменению входного напряжения ∆u_вх (на схеме пунктир):

Обычно параметрические стабилизаторы используют для нагрузок от нескольких единиц до десятков миллиампер. Наиболее часто они используются как источники опорного напряжения в компенсационных стабилизаторах напряжения.

Компенсационные стабилизаторы

Представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования. Характерными элементами компенсационного стабилизатора являются источник опорного (эталонного) напряжения (ИОН), сравнивающий и усиливающий элемент (СУЭ) и регулирующий элемент (РЭ).

Напряжение на выходе стабилизатора или некоторая часть этого напряжения постоянно сравнивается с эталонным напряжением.

В зависимости от их соотношения сравнивающим и усиливающим элементом вырабатывается управляющий сигнал для регулирующего элемента, изменяющий его режим работы таким образом, чтобы напряжение на выходе стабилизатора оставалось практически постоянным.

В качестве ИОН обычно используют ту или иную электронную цепь на основе стабилитрона, в качестве СУЭ часто используют операционный усилитель, а в качестве РЭ — биполярный или полевой транзистор.

Чаще всего регулирующий элемент включают последовательно с нагрузкой. В этом случае стабилизатор называют последовательным (рис. 2.83, а).

Иногда регулирующий элемент включают параллельно нагрузке, и тогда стабилизатор называют параллельным (рис. 2.83, б. Здесь СУЭ и ИОН с целью упрощения не показаны). В параллельном стабилизаторе используется балластное сопротивление R_б, включаемое последовательно с нагрузкой.

В зависимости от режима работы регулирующего элемента стабилизаторы разделяют на непрерывные и импульсные (ключевые, релейные).

В непрерывных стабилизаторах регулирующий элемент (транзистор) работает в активном режиме, а в импульсных — в импульсном.

Рассмотрим типичную принципиальную схему непрерывного стабилизатора (рис. 2.84, а).
Эта схема соответствует приведенной выше структурной схеме последовательного стабилизатора. Для того чтобы выполнить наиболее просто анализ этой схемы на основе тех допущений, которые были рассмотрены при изучении операционного усилителя,изобразим эту схему по-другому. При этом цепи питания операционного усилителя для упрощения рисунка изображать не будем.
Из схемы (рис. 2.84, б) очевидно, что на элементах R2, R3, DA и VT построен неинвертирующий усилитель на основе ОУ с выходным каскадом в виде эмиттерного повторителя на транзисторе VT, а входным напряжением для него является выходное напряжение параметрического стабилизатора напряжения на элементах R1 и VD. В соответствии с указанными выше допущениями получаем:

Подставляя выражение для i_R2 в предыдущее уравнение, получим − u_ст/ R₃· R₂= u_ст – u_вых. Следовательно, u_вых = u_ст· ( 1 + R₂/ R₃)

Последнее выражение в точности повторяет соответствующие выражения для неинвертирующего усилителя (входным напряжением является напряжение u_ст).

Полезно отметить, что ООС охватывает два каскада — на операционном усилителе и на транзисторе. Рассматриваемая схема является убедительным примером, демонстрирующим преимущество общей отрицательной обратной связи по сравнению с местной.