Стабилизаторы напряжения

Стабилизатор – устройство, автоматически поддерживающее напряжение (ток) на заданном уровне с заданной степенью точности.

Стабилизатор предназначен для устранения влияния дестабилизирующих факторов на выходное напряжение питания.

• Нестабильность сетевого напряжения – норма от 10 до 15% (180-240вольт)

• Изменение тока нагрузки (сопротивления)

• Изменение температуры окружающей среды

• Нестабильность элементов стабилизатора

• Основные параметры стабилизаторов:

• Номинальное выходное напряжение

• Максимальный выходной ток

• Минимальное входное напряжение – напряжение, при котором сохраняются основные параметры стабилизатора

• Максимальное входное сопротивление – если превысить это напряжение, то стабилизатор выйдет из строя

• Коэффициент стабилизации – отношение относительных приращений на входе и выходе стабилизатора

Коэффициент стабилизации показывает, во сколько раз устраняет нестабильность по току.

• Внутреннее сопротивление стабилизатора – характеризует отношение тока нагрузки при изменении тока нагрузки. Сопротивление показывает, как сильно зависит от тока нагрузки.

• ТКН – температурный коэффициент напряжения – характеризует степень стабильности нагрузки при изменении температуры окружающей среды

В основе любого стабилизатора есть два узла.

• Источник опорного напряжения – оно определят, на каком уровне необходимо поддерживать напряжение

• Управляющий элемент – регулирует выходное напряжение таким образом, чтобы он оставалось неизменным. По режиму работы управляющего элемента стабилизатора делятся на непрерывные (линейные) и ключевые (импульсные)

Линейные стабилизаторы

Линейные стабилизаторы работают по принципу понижения части напряжения, т.е. на вход стабилизатора подаётся заведомо большее напряжение, чем необходимо. Излишнее напряжение гасится стабилизатором. Элемент, на котором гасится излишек напряжения – балласт. По способу делятся на параллельные и последовательные.

Стабилизатор на основе стабилитрона

1 Схема

В качестве опорного напряжения в этой схеме используется стабилитрон.

Стабилитрон – полупроводниковый диод, который работает на обратной ветви ватт, в зоне электрического пробоя, в этой зоне напряжение на p-n переходе изменяется мало, а ток изменяется значительно.

Последовательно со стабилитроном включен балластный (гасящий резистор) R_b для создания требуемого режима работы стабилитрона.

Работает схема стабилизатор следующим образом: при увеличении входного напряжения напряжение на стабилитроне возрастает. Так как это напряжение увеличилось, то ток через стабилитрон тоже увеличится, смещая рабочую точку по графику вниз. Общий ток через R_{балластное} резко возрастает, следовательно, падение напряжения на нём тоже увеличивается, т.е. выходное напряжение стабилизатора приходит к норме или почти не изменяется.

При уменьшении напряжения на входе происходит обратный процесс: рабочая точка смещается вверх, ток через R_{баластное} уменьшается, а значит уменьшается падение напряжения.

При изменении тока через нагрузку рабочая точка сдвигается так, чтобы общий ток стабилитрона и ток нагрузки был постоянен, т.е. при увеличении тока нагрузки ток через стабилитрон должен уменьшиться, а при снижении тока нагрузки ток через стабилитрон увеличится.

Формулы 1

Обычно для такого стабилизатора коэффициент стабилизации составляет от 5 до 20.

Необходимо отметить, что в параллельных стабилизаторах при отсутствии тока нагрузки возможно повреждение стабилитрона.