В параметрических стабилизаторах используются нелинейные элементы и стабилизация напряжения (тока) осуществляется за счет нелинейности их воль- амперных характеристик.

Данные характеристики приведены на рис. 1.

Вольт – амперные характеристики нелинейных элементов:

1- для стабилизации напряжения; 2 - для стабилизации тока.

Для стабилизации переменного напряжения используются дроссели с насыщенным ферромагнитным сердечником. Для стабилизации постоянного напряжения - кремниевые стабилитроны и стабисторы. В стабилизаторах тока используются полевые и биполярные транзисторы.

Компенсационные стабилизаторы представляют собой систему автоматического регулирования, содержащую цепь отрицательной обратной связи. Эффект стабилизации в данных устройствах достигается за счет изменения параметров управляемого прибора, называемого регулирующим элементом, при воздействии на него сигнала обратной связи. В компенсационных стабилизаторах напряжения сигнал обратной связи является функцией выходного напряжения, а в стабилизаторах тока – функцией выходного тока.

В зависимости от вида регулирования они, в свою очередь, подразделяются на непрерывные, импульсные и непрерывно-импульсные стабилизаторы.

Основными параметрами, с помощью которых оцениваются стабилизаторы: нестабильность выходного напряжения или тока; выходное сопротивление; уровни пульсаций на входе и выходе; температурный коэффициент; к.п.д.

Стабилизаторы с непрерывным регулированием. В зависимости от способа включения регулирующего элемента разделяются на последовательные и параллельные. В последовательных стабилизаторах регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой, в параллельных – параллельно нагрузке. В стабилизаторах постоянного напряжения регулирующий элемент может быть включен в цепь как постоянного, так и переменного тока через выпрямитель и фильтр. При изменении u_вх изменяется напряжение на нагрузке u_вых и на выходе измерительного элемента ИЭ1 появляется сигнал рассогласования. Сигнал рассогласования, усиленный усилителем У, воздействует на регулирующий элемент РЭ. Напряжение на нем изменяется , а выходное напряжение возвращается к своему первоначальному значению.

Импульсные стабилизаторы. Также как и непрерывные бывают последовательные т параллельные. В зависимости от способа управления широтно-, частотно- , фазо-, амплитудно-импульсные, релейные. Наибольшее распространение – с широтно- импульсным способом управления. Непрерывно- ключевые стабилизаторы. Они содержат два контура регулирования – непрерывный и импульсный.

Параметрические стабилизаторы напряжения. Наиболее широко используются стабилизаторы параллельного типа с использованием кремниевых стабилитронов.

1. ВАХ стабилитрона

2. схема простейшего параметрического стабилизатора.
Схема простейшего параметрического стабилизатора состоит из стабилитрона VD и резистора R. При небольшом увеличении выходного напряжения ток через стабилитрон VD резко увеличивается , что приводит к увеличению тока через резистор R. На резисторе увеличивается падение напряжения , которое вычитается из напряжения источника питания, и напряжение на нагрузке остается неизменным. Если же происходит уменьшение напряжения на нагрузке, то это приводит к уменьшению тока, протекающего через стабилитрон VD и резистор R, падение напряжения на резисторе R уменьшается и напряжение на нагрузке остается неизменным.

Для повышения коэффициента стабилизации параметрические стабилизаторы можно включать последовательно, при этом результирующий коэффициент стабилизации будет равен произведению коэффициентов стабилизации отдельных каскадов. При последовательном включении стабилизаторов значительно уменьшается к.п.д. стабилизатора.

Параметрические стабилизаторы применяются в маломощных цепях, где требуются высокостабильные источники напряжения.

Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с непрерывным регулированием.

Компенсационные стабилизаторы с непрерывным регулированием – это система автоматического регулирования , в которой с заданной степенью точности поддерживается выходное напряжение Uвых. Стабилизатор содержит регулирующий элемент РЭ, схему сравнения СС и усилитель У в цепи обратной связи. Входное напряжение через регулирующий элемент поступает на выход стабилизатора. Стабилизация выходного напряжения происходит за счет изменения падения напряжения на РЭ. Падение напряжения на РЭ уменьшается при снижении выходного напряжения Uвых и возрастает при его увеличении. В устройстве сравнения происходит алгебраическое суммирование выходного напряжения и стабильного опорного напряжения, после этого сигнал ошибки поступает в усилитель, который этот сигнал усиливает и подает на РЭ.

В простейшем стабилизаторе функцию РЭ выполняет транзистор VT1, транзистор VT2, резисторы R2…R5 и стабилитрон VD1 входят в состав устройства сравнения усилителя.

Компенсационные стабилизаторы непрерывного действия наряду со стабилизацией выходного напряжения подавляют так же пульсации входного напряжения на частотах до нескольких килогерц. Компенсационные непрерывные стабилизаторы в основном применяются, когда мощность нагрузки невелика и требуется высокая стабильность напряжения при суммарном воздействии дестабилизирующих факторов, а так же при близких значениях напряжений и нагрузки.

1. Структурная схема компенсационного стабилизатора непрерывного действия.

2. электрическая схема простейшего транзисторного компенсационного стабилизатора непрерывного действия
Контрольные вопросы:

1. Может ли изменения температуры окружающей среды, вызывать изменение напряжения A) да B) нет C) только изменение тока D) только изменение сопротивления E) только изменение мощности.

2. Как включаются параметрические стабилизаторы для увеличения коэффициента стабилизации A) параллельно B) последовательно C) от способа включения параметрических стабилизаторов коэффициент стабилизации не зависит D) через фильтр E) через усилитель

3. Какие элементы используются в семах стабилизации постоянного напряжения A) полевые транзисторы B) биполярные транзисторы C) полевые транзисторы и биполярные D) выпрямительные диоды E) кремниевые стабилитроны и стабисторы

4. Элементы, используемые для стабилизации тока A) кремниевые стабилитроны и стабисторы B) тиристоры

C) полевые транзисторы и биполярные D) варикапы E) туннельные диоды

 

 

Лекция 13.

Импульсные стабилизаторы и параметрические стабилизаторы переменного напряжения.

Типы импульсных преобразователей применяемых в стабилизаторах. Принципиальная схема стабилизатора постоянного тока с широтно-импульсным преобразователем. Использование феррорезонанса напряжений и токов в стабилизаторах. Принципиальные схемы феррорезонансных стабилизаторов напряжения. Принцип действия, достоинства и недостатки рассматриваемых схем, характеристики и область применения.

Импульсные стабилизаторы. Также как и непрерывные бывают последовательные и параллельные. В зависимости от способа управления широтно-, частотно- , фазо-, амплитудно-импульсные, релейные. Наибольшее распространение – с широтно- импульсным способом управления.

Отличительной особенностью импульсных стабилизаторов является работа регулирующего элемента в ключевом режиме, что позволяет уменьшить рассеиваемую на нем мощность, повысить к.п.д. схемы и улучшить массогабаритные показатели источника электропитания.

Структурная схема импульсного стабилизатора с ШИМ приведена на рис.

Регулирующим элемент управляет широтно-импульсным модулятором (ШИМ). На вход регулирующего элемента с постоянной частотой поступают импульсы определенной длительности. Регулирующий элемент периодически подключает источник постоянного тока к входу фильтра. Напряжение на входе фильтра представляет собой последовательность однополярных прямоугольных импульсов определенной длительности , имеющих постоянную частоту. Фильтр отфильтровывает переменную составляющую, и на его выходе выделяется постоянная составляющая напряжения. при изменении выходного напряжения, вследствие изменений напряжения на входе или тока нагрузки, на выходе ИЭ (измерительный элемент) появляется сигнал рассогласования. Сигнал рассогласования, усиленный усилителем, воздействует на ШИМ, что вызывает изменение длительности импульсов на его выходе, а следовательно, и на входе фильтра. В результате постоянная составляющая напряжения на выходе стабилизатора возвращается к своему первоначальному значению.В стабилизаторах с частотно – импульсным управлением изменение выходного напряжения приводит к изменению выходного частоты управляющих импульсов при их постоянной длительности, за счет чего выходное напряжение поддерживается неизменным. В стабилизаторах с фазовым управлением изменение выходного напряжения приводит к изменению фазы импульсов, управляющих РЭ. В стабилизаторах с амплитудной модуляцией при изменении сигнала рассогласования изменяется амплитуда импульсов на выходе РЭ при их неизменной длительности и постоянной частоте. В релейных стабилизаторах напряжения цепь обратной связи содержит элемент, имеющий релейную характеристику. Релейный элемент запирает РЭ (регулирующий элемент), когда выходное напряжение стабилизатора превышает напряжение его срабатывания, и открывает его, когда напряжение на выходе станет меньше напряжения отпускания. В результате напряжение на выходе поддерживается неизменным в определенном пределе, определяемом разностью между напряжениями срабатывания и отпускания релейного элемента.

В импульсных стабилизаторах РЭ может быть включен в цепь переменного тока. Такие схемы применяются для стабилизации как постоянного так и переменного напряжений.

Структурная схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения с РЭ, включенным в цепь первичной обмотки трансформатора представлена на рис. 2. а) схема б) зависимости u₁ (t) u₀(t).

Регулирующий элемент управляется широтно-. импульсным модулятором через УС. Частота переключения регулирующего элемента во много раз превышает частоту тока сети. Амплитуда низкочастотной составляющей напряжения на первичной обмотке трансформатора (рис.б) будет изменяться при изменении длительности импульсов, поступающих на вход регулирующего элемента, за счет чего постоянная составляющая выходного напряжения будет поддерживаться неизменной. По сравнению с со стабилизаторами с непрерывным регулированием импульсные стабилизаторы имеют более высокий кпд и улучшенные массогабаритные