Общие сведения. Многие устройства, источником питания которых служит выпрямитель, требуют для нормальной работы высокой стабильности питающего напряжения

Многие устройства, источником питания которых служит выпрямитель, требуют для нормальной работы высокой стабильности питающего напряжения. Между тем выходное напряжение выпрямителя значительно меняется при колебаниях напряжения в сети переменного тока и при изменении нагрузки. В этих случаях между выпрямителем и нагрузкой включают стабилизатор.

Стабилизатором называют устройство, автоматически поддерживающее на нагрузке напряжение с требуемой точностью при изменении питающего напряжения и сопротивления нагрузки в обусловленных пределах.

Основным параметром, характеризующим стабилизатор, является коэффициент стабилизации, который представляет собой отношение относительного изменения напряжения на входе к изменению относительного напряжения на выходе стабилизатора:

.

Качество работы стабилизатора под нагрузкой оценивается внеш- ней характеристикой U_вых (I_вых) или выходным сопротивлением:

.

Применяют два типа стабилизаторов напряжения: параметрические и компенсационные.

В параметрических стабилизаторах используются элементы с нелинейной вольтамперной характеристикой, обеспечивающей постоянство напряжения на элементе при значительных изменениях протекающего через него тока. Такими элементами могут быть полупроводниковые стабилитроны. Коэффициент стабилизации для этого типа стабилизаторов достигает 30...50. Недостатками являются небольшой коэффициент полезного действия, не превышающий 0,3, и большое внутреннее сопротивление (5…20 Ом).

Компенсационные стабилизаторы напряжения обладают большим коэффициентом стабилизации и меньшим внутренним сопротивлением. Они представляют собой систему автоматического регулирования с отрицательной обратной связью.

Блок-схема компенсационного стабилизатора приведена на рис. 3.1. Она состоит из регулирующего элемента Р, управляющего элемента У и источника опорного напряжения ИОН.

Принцип действия компенсационного стабилизатора основан на непрерывном сравнении напряжения нагрузки U_вых (или части его) с опорным (образцовым) напряжением. Разность DU = U_оп – U_вых
усиливается и подается на регулирующий элемент (обычно транзистор), сопротивление которого изменяется в зависимости от величины и знака DU, компенсируя изменения U_вых.

В данной работе предлагается исследовать простейший компенсационный стабилизатор, схема которого приведена на рис. 3.2. В качестве источника опорного напряжения используется параметрический стабилизатор на стабилитроне VD, режим работы которого задается резистором R1. Управляющим элементом служит транзистор VT2, потенциал эмиттера которого постоянен, а база подключена через делитель R3, R4 на часть выходного напряжения.

Изменение U_вых приводит к изменению напряжения на эмиттерном переходе VT2, изменению тока базы I_Б2 и тока коллектора I_К2. Но I_К2 + I_Б1 = I₁ » const, поэтому изменение I_К2 вызывает противоположное изменение тока I_Б1, который управляет падением напряжения на регулирующем транзисторе VT1.

Пусть U_вых уменьшилось, тогда уменьшится DU = U_бэ2 и соответственно I_Б2 и I_К2. Ток базы регулирующего транзистора I_Б1 увеличивается, транзистор VT1 откроется и U_КЭ1 уменьшится. Это поддержит U_вых в заданных пределах, так как U_вых = U_вх – U_КЭ1.

На рис. 3.3 изображена диаграмма входного напряжения (U_вх), выходного напряжения (U_вых) и падения напряжения на транзисторе VT1 (U_КЭ1) от времени.

В последнее время широко применяются компенсационные стабилизаторы в интегральном исполнении. Например, микросхема К142ЕН1 представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения с пределами регулирования от 3 до 12 В на ток до 150 мА. Он имеет защиту от перегрузки и коротких замыканий на выходе.