Параметрические и компенсационные стабилизаторы напряжения и тока

§ 7.2. Параметрические и компенсационные стабилизаторы

напряжения и тока

Многие электротехнические и радиоэлектронные устройства питаются от источников, выходное напряжение или ток которых должны оставаться почти неизменными при изменении дестабилизирующих факторов в широких пределах.

Дестабилизирующими факторами могут быть колебания напряжения питающей сети, изменение частоты напряжения питания, величины нагрузки, температуры и влажности окружающей среды и др.

Различные устройства допускают   различную  нестабильность  напряжения питания . Так, например, для электронного микроскопа она не должно превышать 0,005 %, для радиовещательных станций — 2—3 % и т. д.

Компенсационные стабилизаторы, поддерживающие неизменным напряжение или ток на стороне потребителя электрической энергия с требуемой точностью яря изменении дестабилизирующих факторов, называют стабилизаторами напряжения (тока).

Стабилизаторы подразделяют на две группы — параметрические и компенсационные.

Параметрическими называют стабилизаторы с нелинейными элементами (барретеры, термисторы, дроссели и др.), параметры которых с изменением напряжения (тока) изменяются таким образом, что напряжение (ток) потребителя остаются почти неизменными по величине.

Нелинейные элементы, применяемые в параметрических стабилизаторах напряжения, имеют вольт-амперную характеристику, удовлетворяющую условию

, а в стабилизаторах тока — .

В компенсационных стабилизаторах (рис. 7.5) предусматривается наличие измерительного элемента 3, в котором происходит сравнение стабилизируемой величины с эталонной и вырабатывается сигнал рассогласовании, и промежуточного устройства 2, в котором сигнал рассогласования преобразуется, усиливается и поступает на регулирующий элемент 1, изменяя его состояние таким образом, чтобы поддерживать стабилизируемую величину напряжения (тока) с требуемой точностью. Регулирующий элемент 1 может работать либо в непрерывном, либо в импульсном режиме. В компенсационных стабилизаторах может обеспечиваться стабилизация при суммарном воздействии дестабилизирующих факторов. В компенсационных стабилизаторах в качестве регулирующего элемента используются управляемые нелинейные элементы (транзисторы, тиристоры и др.).

Основными параметрами стабилизатора являются коэффициент стабилизации и выходное сопротивление.

В общем виде под коэффициентом стабилизации следует понимать отношение относительного изменения дестабилизирующей величины к вызванному ею относительному изменению стабилизируемой величины. Например, коэффициент стабилизации тока нагрузки по входному напряжению

Различают интегральный и дифференциальный коэффициенты стабилизации. Интегральный коэффициент определяет стабилизацию в заданном диапазоне изменения дестабилизирующей величины, дифференциальный — в бесконечно малом диапазоне, который сводится к точке. Обычно дестабилизирующие факторы изменяются в широких пределах, поэтому практическое значение имеет интегральный коэффициент стабилизации. Так, например, интегральный (усредненный) коэффициент стабилизации напряжения по входному напряжению при заданной зависимости U_вых=f(U_вх) и известных величинах U_вх.ном, U_вх.max U_вх.min определяется выражением

где   – изменение напряжения на входе, определяемое из графика U_вых=f(U_вх);  _ном=U_{вых.ном}/ U_вх.ном—коэффициент передачи напряжения в номинальном режиме.

Выходным сопротивлением стабилизатора называют отношение изменения напряжения на выходе стабилизатора к вызвавшему его изменению тока нагрузки при постоянном входном напряжении , а также при неизменных других дестабилизирующих факторах:

Знак «минус» показывает, что с ростом тока нагрузки выходное напряжение уменьшается и наоборот.

Параметрические стабилизаторы  являются  простейшими стабилизирующими устройствами.  В  качестве нелинейных элементов в них можно  использовать теплозависимые  сопротивления — барретеры и термисторы, кремниевые и газоразрядные стабилитроны,  а при больших мощностях — дроссели с ферромагнитными сердечниками.

На рис. 7.6, а представлена схема параметрического стабилизатора жен и я с кремниевым стабилитроном. Кремниевым стабилитронам присущ, кш и всякому полупроводниковому прибору, недостаток — зависимость параметров от температуры окружающей среды.

Зависимость напряжения стабилизации от температуры принято оценивать температурным коэффициентом напряжения (ТКU),  который представляет собой отношение изменения напряжения на стабилитроне к вызвавшему его изменению температуры при постоянном токе стабилизации I_ст:

Знак температурного коэффициента стабилизация кремниевого стабилитрона при прямом включении отрицателен: , при обратном включении — положителен: .

Разные знаки ТКU дают возможность, соединяя последовательно и встречно несколько стабилитронов различных типов, осуществлять температурную компенсацию их напряжения. На рис. 7.6, б показана схема стабилизатора с кремниевом стабилитроном