Принцип стабілізації. Види стабілізаторів. Стабілітрон. Параметричні стабілізатори напруги

НАПРУГИ І СТРУМУ

5.1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Для нормальної роботи пристроїв зв'язку необхідно, щоб напруга живлення або струм, які споживаються цими пристроями, були постійними. А напруга або струм на виході випрямних пристроїв, перетворювачів постійної напруги або акумуляторних батарейзмінюються в часі в широких межах під дією дестабілізуючих факторів: коливання напруги живлення і зміни навантаження на виході випрямного пристрою, а також зміни навколишньої температури, зменшення напруги акумуляторних батарей в процесі їх розряду та ін.

Напруга промислових мереж змінного струму, що живлять випрямлячі установки, згідно з ГОСТ 5237-69 може змінюватися в межах -15...+5 % від номінального значення. Для нормальної роботи пристроїв зв'язку зміна напруги чи струму електроживлення має перевищувати 5…0,1 % свого номінального значення.

Для зменшення впливу факторів, що дестабілізують, застосовують стабілізатори. Стабілізатором напруги чи струмуназивається пристрій, що автоматично підтримує незмінною напругу або струм на навантаженні із заданим ступенем точності при зміні дестабілізуючих факторів.

Вплив дестабілізуючих факторів може відбуватися у часі як повільно, так і дуже швидко – стрибком. Тому стабілізатори мають діяти автоматично.

Залежно від роду стабілізованої напруги або струму стабілізатори поділяються на стабілізатори постійної напруги (струму) та стабілізатори змінної напруги(Струму). За способом стабілізації вони поділяються на параметричні, компенсаційні та імпульсні.

В даний час найбільш часто застосовують компенсаційні стабілізатори напруги (струму) на напівпровідникових приладах, які в свою чергу поділяються за ознаками, наведеними нижче.

За способом включення регулюючого елемента та навантаження: з послідовним та паралельним включенням. За режимом роботи регулюючого елемента: з безперервним та імпульсним регулюванням.

Якість роботи стабілізатора характеризується коефіцієнтами стабілізації, які показують, у скільки разів відносна зміна вихідної напруги (струму) менша від відносної зміни вхідної напруги:

При Iном = const.

,

D Uвх = Uвх. max-Uвх. min,

D Uвих = Uвих. max-Uвих. min,

D Iвх = Iвх. max-Iвх. min,

D Iвих = Iвих. max-Iвих. min.

Важливим параметромстабілізатора є температурний коефіцієнт по напрузі ТКН, або g н, що показує зміну вихідної напруги при зміні температури довкілляпри постійними вхідному напрузі (U вх = const) і струмі навантаження (I н = const).

Енергетичним показником якості роботи стабілізатора є ККД (h), що дорівнює відношенню активної потужності, що віддається стабілізатором у навантаження, до активної потужності, що споживається стабілізатором від мережі: h = Р вих /Р вх.

Внутрішній опір стабілізатора r i, дорівнює відношенню збільшення вихідної напруги D Uвих до збільшення струму навантаження D Iн при постійному вхідному напруженні Uвх = const, r i= D Uвих/D Iн.

У стабілізаторах напруги внутрішній опір може досягати тисячних доль ома.

5.2. ПАРАМЕТРИЧНІ СТАБІЛІЗАТОРИ

Параметричнимназивається такий стабілізатор, у якому стабілізація напруги (струму) здійснюється за рахунок використання властивостей нелінійних елементів, що входять до його складу. У параметричних стабілізаторах дестабілізуючий фактор (зміна вхідної напруги або струму навантаження) впливає безпосередньо на нелінійний елемент, а зміна вихідної напруги (або струму) щодо заданого значення визначається лише ступенем нелінійності вольт-амперних характеристик нелінійного елемента.

Параметричний стабілізатор змінного струму напруги на дроселі з насиченим сердечником.Параметрична стабілізація змінної напруги здійснюється за допомогою елементів, що мають нелінійну вольт-амперну характеристику для змінного струму. Такою характеристикою (рис. 5.1) має дросель, що працює в режимі насичення магнітопроводу. Робоча ділянка характеристики дроселя - нелінійна ділянка аб, Що відповідає насиченому стану магнітопроводу.

У схемі стабілізатора насичений дросель L2включається паралельно до навантаження Zн (рис. 5.2). Як баластний опір застосовується дросель L 1, що працює в режимі насичення магнітопроводу і має лінійну вольт-амперну характеристику.

Принцип дії схеми ось у чому. У разі збільшення змінної напруги на вході стабілізатора Uвих.пер збільшиться напруга на виході Uвих.пер на навантаженні та баластному лінійному дроселі L 1. Струм через насичений дросель різко зросте. Але при цьому падіння напруги на дроселі L 1 зросте, а на дроселі L 2 та навантаженні Zн збільшиться незначно. При зменшенні вхідної напруги процеси стабілізації відбуваються аналогічно.

Переваги такого стабілізатора:

простота устрою;

великий діапазон робочих напруг

Недоліки:

низький ККД (0,4 ... 0,6), так як стабілізатори працюють при великих струмах;

мінімальний коефіцієнт потужності - 0,6;

малий коефіцієнт стабілізації через великий динамічний опір Rд ( Дост<10);

спотворення форми кривої змінної напруги на навантаженні;

великі маса та габарити.

5.3. ФЕРРОРЕЗОНЛНСНІ СТАБІЛІЗАТОР

ЗМІННОЇ НАПРУГИ

У ферорезонансному стабілізаторі паралельно насиченому дроселю L 2 включаємо конденсатор З(Рис. 5.3). Резонансна частота контуру L 2Cблизька до частоти стабілізованого змінною напруги, але не дорівнює їй.

Принцип роботи ферорезонансного стабілізатора змінної напруги можна пояснити, скориставшись вольт-амперними характеристиками дроселя L 2 та конденсатора З, наведеними на рис. 5.4. Шляхом геометричного складання напруг U L2 та U Cотримаємо криву напруги на контурі L 2C. При малій вхідній напрузі дросель ненасичений, індуктивність його велика і результуючий струм має ємнісний характер (0 вна рис. 5.4). При резонансі струмів у контурі L 2C(точка, крапка в) результуючий струм через контур L 2Cдорівнюватиме нулю. При подальшому збільшенні вхідної напруги струм через контур має індуктивний характер. вб). На цій ділянці характеристик при різкому збільшенні струму напруга на контурі, а отже, і на навантаженні змінюється незначно.

Для поліпшення показників якості стабілізатора схему ферорезонансного стабілізатора доповнюють ще однією обмоткою дроселя. Вона розміщується на магнітопроводі ненасиченого дроселя L1(Рис. 5.5). Обмотка компенсаційного дроселя Lдо включається так, щоб падіння напруги на ній було спрямоване зустрічно напруги на контурі U L 2С. При цьому результуюча напруга на виході становитиме суму напруги на контурі та компенсаційній обмотці. Uви x.пер = L L 2 C+Uк. Тому зміна вихідної напруги D Uви x.пер =D U L 2 C+D Uдо буде менше, ніж знімається тільки з контуру L2C. Дросель L2включений за схемою автотрансформатора, що підвищує, для зменшення ємності конденсатора Зта отримання більшої напруги на виході стабілізатора.

Переваги ферорезонансних стабілізаторів:

високий ККД (0,85…0,9) та коефіцієнт потужності (до 0,9);

високий коефіцієнт стабілізації за напругою (до 40);

широкий діапазон потужностей;

великий термін експлуатації;

простота пристрою н надійність роботи;

стійкість до механічних впливів.

Недоліки:

значну зміну вихідної напруги від зміни вхідної напруги внаслідок залежності реактивних опорів від частоти;

наявність електромагнітних перешкод (великі поля розсіювання індуктивності);

великі габарити та маса;

спотворення форми стабілізованої напруги на навантаженні.

5.4. СТАБІЛІЗАТОРИ ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ

У параметричних стабілізаторах постійної напруги як лінійні елементи застосовують резистори, а як нелінійні - напівпровідникові (кремнієві) стабілітрони і напівпровідникові стабистори.

Кремнієвий стабілітрон- Це площинний діод. Його вольт-амперна характеристика наведена на рис. 5.6, а. Робочою частиною характеристики є зворотна гілка в області

пробою, де незначне збільшення напруги викликає суттєве збільшення струму через стабілітрон. Однак електричний пробій переходу не призводить до пошкодження стабілітрона. Таким чином, якщо стабілітрон включений у зворотному напрямку, то при значних змінах струму, що протікає через нього (від Iст minдо I ст max) напруга на ньому залишається практично постійною. Якщо ж зворотна напруга на стабілітроні перевищить допустиму, потужність, що виділяється в стабілітроні, перевищує допустиму. В результаті при цьому електричний пробій переходить у тепловий, і тоді настає незворотна руйнація p-n перехіда.

Стабістор- це напівпровідниковий прилад, напруга на якому в прямому напрямку змінюється незначно при значних змін струму, що протікає по ньому. Стабістор входить у ланцюг стабілізації у прямому напрямку.

Принципова схема параметричного стабілізатора напруги на стабілітроні VD наведена на рис. 5.7. Опір баластного резистора Rб підбирається те щоб падіння напруги у ньому становило (0,5…3) Uн.

У разі збільшення напруги на вході стабілізатора Uнапруга на його виході Uвих, тобто. на навантаженні Rн, прагне збільшення. Але невелике збільшення напруги D Uст на стабілітроні VDвикликає різке збільшення струму через нього. При цьому збільшується падіння напруги на баластному резисторі. Rб, а напруга на навантаженні Rн змінюється незначно. Приріст напруги на вході стабілізатора D Uвх розподіляється між зміною напруги на баластному резистора D U Rб у стабілітроні D Uст: D Uвх-D U Rб+D Uст. Оскільки опір баластного резистора Rб набагато більше опору стабілітрона Rд ( Rб >> Rд), то майже вся зміна вхідної напруги виділяється на опорі стабілітрона Rд і напруга на навантаженні залишається стабільною.

Коефіцієнт корисної дії такого стабілітрона не перевищує 30%, а коефіцієнт стабілізації Дост =50. Для більшого коефіцієнта стабілізації застосовують каскадне включення стабілітронів, але при цьому різко зменшується ККД стабілізатора. Для отримання напруги, більшої, ніж допускають параметри одного стабілітрона, застосовують послідовне їх включення (рис. 5.8, б).

При підвищенні температури навколишнього середовища кремнієвих стабілітронів зворотне падіння напруги збільшується, а пряме - зменшується. Отже, кремнієві стабілітрони, включені у зворотному напрямку, мають позитивний температурний коефіцієнт напруги ТКН, а ті ж стабілітрони, включені в прямому напрямку, негативним ТКН. Для термокомпенсації послідовно зі стабілітроном включають діод з негативним ТКН або ж стабілітрон у прямому напрямку, що має негативний ТКН (рис. 5.8). Для повної компенсації позитивного ТКН одного стабілітрону необхідно включати послідовно кілька стабілітронів у прямому напрямку, що мають негативний ТКН.

Параметричні стабілізаторипостійної напруги на кремнієвих стабілітронах мають такі недоліки:

невелика допустима потужність у навантаженні (0,5...3 Вт),

невисокий коефіцієнт стабілізації (до 30);

великий вихідний опір стабілізатора (6...20 Ом);

залежність параметрів стабілітрона від температури;

низький ККД (до 30%).

Через ці недоліки параметричні стабілізатори на кремнієвих стабілітронах застосовуються для стабілізації напруги живлення допоміжних вузлів апаратури зв'язку, де не потрібні високі показники якості.

Переваги: ​​простота схеми, малі габарити та маса.

Параметричні стабілізатори на кремнієвих стабілітронах широко використовуються в компенсаційних стабілізаторах напруги як джерела опорної напруги.

У двокаскадному параметричному стабілізаторі схема якого наведена на рис. 5.8, б, вихідний каскад, що складається із стабілітрона VD 1 і гасить резистора Rб2 живиться від попереднього стабілізатора, виконаного на стабілітронах VD 2, VD 3, та резистора Rб1. Коефіцієнт стабілізації такої схеми дорівнює добутку коефіцієнтів стабілізації окремих каскадів.

Параметричні стабілізатори постійного струмувиконується на нелінійних елементах, струм яких залежить від прикладеного до них напруги. Як такий елемент використовується польовий транзистор або МОП-транзистор збідненого типу. З показників цих транзисторів, наведених на рис. 5.9, видно, що при постійній напрузі затвор-витік струм стоку змінюється незначно при зміні напруги сток-виток.

На рис. 5.10 наведена схема параметричного стабілізатора постійного струму польовому транзисторіз укороченою участю затвор-витік. Транзистор увімкнений послідовно з опором навантаження Rн.

Недоліком цієї схеми є неможливість точно встановити значення струму, що стабілізується, через розкид параметрів польових транзисторів. Але, включивши в коло витоку резистор автоматичного зміщення (рис. 5.11), можна побудувати регульований стабілізатор струму.

Стабілізатори струму застосовують у параметричних стабілізаторах постійної напруги для стабілізації вхідного струму. Його включають замість опору, що гасить (рис. 5.12), що підвищує коефіцієнт стабілізації. При зміні вхідної напруги вхідний струм, струм стабілізатора, а отже, і вихідна напругазмінюються трохи. Застосування транзисторного стабілізатора струму замість резистора, що гасить, дає можливість підвищити ККД параметричного стабілізатора напруги, так як він працює при менших значеннях вхідної напруги.

5.5. КОМПЕНСАЦІЙНІ СТАБІЛІЗАТОРИ

ПОСТОЯННОГО НАПРУЖЕННЯ З НЕПРЕРИВНИМ РЕГУЛЮВАННЯМ

Компенсаційні стабілізатори напруги з безперервним регулюваннямявляють собою замкнуті системи автоматичного регулювання або системи управління відхиленням. Вони виконуються за структурними схемами, наведеними на рис. 5.13.

Вихідна напруга вимірюється вимірювальним елементом та порівнюється з опорною напругою у схемі порівняння (СС). При відхиленні вихідної напруги від заданого значення на виведенні СС виділяється сигнал неузгодженості, що посилюється підсилювачем (У) і подається на регулюючий елемент (РЕ). Під впливом сигналу неузгодженості змінюється внутрішній опір РЕ, отже, і падіння напруга у ньому. Зміна напруги на РЕ компенсує відхилення вихідної напруги Uвих від заданого значення з певним ступенем точності. Таким чином, після закінчення процесу стабілізації напруга на виході буде стабілізована:

Uвих = Uвх + U R е = const.

Принципова схема компенсаційного стабілізатора постійної напруги з послідовним включенням РЕ та навантаження Rн наведено на рис. 5.14. Функції СС виконує міст, що складається з резисторів R2, R3, R4та стабілітрона VD1. Функцію підсилювача – транзистор VT2, функцію РЕ - транзистор VT1. Опорною напругою є напруга стабілізації стабілітрона VD1, який разом із резистором R2утворює параметричний стабілізатор постійної напруги. Він живиться від вихідної напруги стабілізатора, яка прикладена до діагоналі моста ( аб). До іншої діагоналі моста підключена ділянка емітер-база транзистора VT2(Вхід підсилювача). Резистор R1є навантаженням у ланцюги колектора підсилювача VT2.

Стабілізація напруги Uвих на навантаженні здійснюється в такий спосіб. Допустимо, що напруга на вході стабілізатора Uвх поменшало. Вихідна напруга Uвих стабілізатора при цьому спочатку теж зменшиться. В результаті зменшиться падіння напруги на резисторі R4наступного дільника R3, R4. Це зменшення напруги U2порівнюється з опорною напругою стабілітрона VD1і надходить на основу транзистора VT2. Потенціал емітера VT2залишається незмінним, оскільки визначається опорним напругою U оп. Отже, позитивний потенціал бази VT2зменшиться, що викличе зменшення струму колектора VT2, внаслідок чого зменшаться падіння напруги на резисторі R1та потенціал бази транзистора VТ1щодо колектора. Різниця потенціалів між базою та емітером VT1стала більшою. В результаті зменшиться опір ділянки емітер-колектор регулюючого транзистора VT1і падіння напруги на ньому, а напруга на навантаженні Rн відновиться приблизно до номінального значення.

Схема компенсаційного стабілізатора з послідовним включенням регулюючого транзистора і навантаження має високий коефіцієнт стабілізації. Дост.н напруги та малим вихідним опором тільки при малому струмі навантаження (не більше 10 мА). Причиною малої стабілізації у цій схемі є те, що у регулювальному транзисторі VT1зі зміною вхідної напруги змінюється і струм бази Iб.р, що призводить до зниження якості стабілізації.

Для збільшення коефіцієнта стабілізації за напругою Дост.н необхідно, щоб струм колектора Iк.у VT2був багато більше струму бази Iб2 ( Iк.у >> 10 Iб.р).

При виконанні цієї умови падіння напруги на резисторі R1визначається в основному струмом колектора підсилювача VT2 Iк.у, а зміна струму бази Iб.р тепер вже залежатиме від падіння напруги на резисторі R1. Виконання умови Iк.у >> 10 Iб.р досягається застосуванням складеного регулюючого транзистора та живленням підсилювача від окремого стабілізованого джерела живлення.

p align="justify"> Принципова схема живлення підсилювача від окремого стабілізованого джерела наведена на рис. 5.15. Тут живлення підсилювача VT3здійснюється сумою стабілізованих напруг Uвих + U VD2. Напруга U VD2 , що стабілізується параметричним стабілізатором VD2та баластному резисторі R3, виходить від окремого джерела Uвх2.

У компенсаційному стабілізаторі постійної напруги є можливість регулювати напругу на виході Uвих. Це здійснюється зміною опору змінного резистора R4. Змінюючи напругу з урахуванням підсилювального транзистора, можна змінювати його колекторний струм Iк.у, а отже, і падіння напруги від цього струму на резисторі R1, у результаті змінюється опір переходу емітер-колектор регулюючого транзистора. Внаслідок цього змінюватиметься стабілізована напруга Uвих у певних межах.

Для стабілізації параметрів підсилювача при зміні температури навколишнього середовища схемах компенсаційних стабілізаторів застосовують диференціальний підсилювач постійного струму.

Принципова схема такого підсилювача з емітерним зв'язком наведена на рис. 5.16. Підсилювач підключається до вихідної напруги стабілізатора Uвих.ст. На один вхід Uвх2 подається частина напруги з виходу стабілізатора через стежить дільник R5, R6. На інший вхід підсилювача Uвх1 подається опорна напруга зі стабілітрона VDта резистора R1.

Зміна температури навколишнього середовища викликає зміну колекторних струмів транзисторів VT1і VT2. А оскільки ці транзистори пов'язані загальним резистором у ланцюзі емітерів R3збільшення струму колектора одного з транзисторів викликає зменшення

струму колектора іншого. В результаті струм через резистор R3та напруга на виході підсилювача Uвих.у змінюються незначно. У диференціальному підсилювачі постійного струму компенсується температурний дрейф напруги емітер-база транзисторів. VT1і VT2.

Принципова схема напівпровідникового стабілізатора напруги з паралельно увімкненим транзистором наведена на рис. 5.17. Вона складається з регулюючого транзистора VT1, баластного резистора R б, підсилювального елемента на транзисторі VT2та резисторі R3, джерела опорної напруги (ІОН) VD1і Rб1 , дільника напруги R1, RP, R2, додаткового джерела U 0 та Rб2, VD2для живлення підсилювального елемента схеми та вихідної ємності З.

Стабілізація напруги здійснюється в такий спосіб. При збільшенні вхідної напруги починає збільшуватися напруга на виході Uвих. Збільшиться і падіння напруги на резисторі R2 Uвих2. Потенціал бази стане негативнішим щодо емітера. Струм колектора підсилювального транзистора VT2збільшиться. Це викликає збільшення падіння напруги на резисторі R3. Внаслідок цього збільшиться негативний потенціал на базі регулюючого транзистора VT1що призведе до зростання колекторного струму Iк1 і викличе зростання загального струмусхеми I 1 = Iк1 + Iн. Отже, збільшиться падіння напруги на баластному резисторі Rб, що викликає зменшення напруги на виході стабілізатора до початкового значення. Регулювання вихідної напруги здійснюється змінним резистором RP.

Основні переваги стабілізаторів з паралельним включенням РЕ порівняно зі стабілізаторами з послідовним включенням РЕ: сталість вхідного струму при змінах опору навантаження (при постійному вхідному напрузі) та нечутливість до коротких замикань на виході.

Недолік: низький ККД.

Структурну схему компенсаційного стабілізатора постійного струму з послідовним включенням РЕ наведено на рис. 5.18. Напруга на вимірювальному елементі ІЕ лінійно залежить від зміни струму навантаження Iн. Принцип дії схеми ось у чому. При зміні опору навантаження Rн починає змінюватися струм навантаження Iн, що викликає зміну; падіння напруги на ІЕ. Напруга на ІЕ порівнюється з опорною напругою, і їхня різниця подається на вхід підсилювача постійного струму УПТ, посилюється і впливає на регулюючий елемент РЕ.

Опір регулюючого елемента змінюється так, що відбувається компенсація відхилення струму навантаження Iн від номінального значення.

Принципова схема компенсаційного стабілізатора струму наведено на рис. 5.19. Тут функцію вимірювального елемента виконує резистор R4. Припустимо, що опір навантаження зменшився. Струм навантаження Iн збільшився, падіння напруги на резисторі R4також збільшилося. В результаті позитивний потенціал на базі підсилювального транзистора VT3зростає. Потенціал емітера VT3, що визначається джерелом опорної напруги на стабілізаторі VD1, не зміниться. Струм колектора VT3та падіння напруги на резисторі R1збільшуються, знижуючи потенціал бази складового транзистора регулюючого елемента VT1, VT2. Струм бази складеного транзистора зменшується. Падіння напруги на переході емітер-колектор транзистора VT1збільшується, зменшуючи напругу на опорі навантаження Rн. Збільшення струму, що з'явилося, компенсується і підтримується на заданому рівні з певним ступенем точності. Стабілізація струму, що протікає через опір навантаження, що змінюється, здійснюється за рахунок автоматичної зміни напруги, що прикладається до цього опору.

5.6. КОМПЕНСАЦІЙНИЙ СТАБІЛІЗАТОР

ЗМІННОЇ НАПРУГИ

Для стабілізації змінної напруги як регулюючий елемент використовуються феромагнітні пристрої, опір яких змінному струму змінюється в залежності від постійного струму, що формується ланцюгом зворотного зв'язку.

Найпростіша функціональна схема компенсаційного стабілізатора змінної напругинаведено на рис. 5.20. Відхилення вихідної змінної напруги Uвих.пер від номінального значення вимірюється вимірювальним елементом ІЕ та порівнюється з опорною напругою. Отриманий результат порівняння сигнал неузгодженості посилюється підсилювачем постійного струму УПТ. Посилений струм Iу надходить в обмотку управління ОУ реактора насичення РН і змінює ступінь підмагнічування магнітопроводу РН. Від цього змінюється опір його робочої обмоткиРО змінному струму, а отже, і падіння напруги на ній, що компенсує відхилення діючої або амплітудної вихідної напруги від номінального значення. Живлення УПТ здійснюється від окремого випрямляча ВСВ.

Переваги стабілізатора змінної напруги з реактором насичення:

високий коефіцієнт стабілізації (кілька сотень);

високий ККД (0,9);

мінімальна чутливість до зміни частоти вхідної напруги.

Недоліки:

великі маса та габарити;

велика інерційність спрацьовування: відхилення вихідної напруги компенсується через десятки-сотні мілісекунд після появи відхилення;

сильне спотворення форми кривої вихідної змінної напруги, у якому переважає третя гармоніка;

велика різниця між вхідною та вихідною напругою.

Найкращі показники якості стабілізації змінної напруги можна отримати, застосовуючи як регулюючий елемент трансформатори та автотрансформатори з перерозподілом напруги. Вони потужність розділена на регульовану і нерегулируемую. Стабілізується в них напруга тієї частини потоку потужності, яка пов'язана зі зміною вхідної напруги U вх. Тому регулюючий елемент такого стабілізатора виконується на невелику потужність, яка визначається струмом навантаження та зміною вхідної напруги Uвх.

Трансформатор з перерозподілом напруги (ТрПН) має три окремі магнітопроводи. а, b, з(Рис. 5.21). На двох магнітопроводах ( аі b) є обмотки управління W l aі W 1 b, призначені для зміни ступеня підмагнічування залежно від постійних напруг, що підводяться до них. U y aі U y b.

Основний потік потужності передається ненасиченим трансформатором на магнітопроводі з. Трансформатори на магнітопроводі аі bпризначені зміни напруги. Первинні їх обмотки з'єднуються між собою послідовно і підключаються паралельно до первинної обмотки. W 1 трансформатора на магнітопроводі з, що передає основний потік потужності. Усі вторинні обмотки трансформаторів W 2 a, W 2 bі W 2 cз'єднані між собою послідовно. Причому обмотка W 2авключена зустрічно з обмотками W 2 cі W 2 b.

Напруга на виході такого пристрою дорівнює геометричній сумі напруг, що знімаються з усіх вторинних обмоток W 2 a, W 2 c:

Uвих = U 2a + W 2b + W 2c .

При збільшенні вихідної напруги Uвих.пер зростуть напруження обмоток D U 2 a, D U 2 b, D U 2 c. Для зменшення відхилення вихідної напруги D Uвих треба збільшувати | U 2 a| та зменшувати |D U 2 b|. А для цього ступінь підмагнічування магнітопроводу атреба зменшувати, а магнітопроводи b- Збільшувати. Це здійснюється за допомогою схеми керування.

Таким же регулюючим елементом може бути автотрансформатор з перерозподілом напруги (АТрПН).

5.7. КОМПЕНСАЦІЙНІ СТАБІЛІЗАТОРИ

НА МІКРОСХЕМАХ

В даний час промисловість випускає інтегральні компенсаційні стабілізатори постійної напруги з безперервним регулюванням серії К142ЕН трьох груп:

1. К142ЕН1; К142ЕН2; К142ЕН2А; КН2ЕН2Б та К142ЕНЗ; К142ЕН4 - з регульованою вихідною напругою від 3 до 30 В.

2. К142ЕН5; К142ЕН5А; К142ЕН5Б - з фіксованою вихідною напругою 5 і 6 В.

4. К142ЕН6 - з двополярною регульованою вихідною напругою від 5 до 15 В.

Переваги інтегральних стабілізаторів постійної напруги компенсаційного типу з безперервним регулюванням:

високий коефіцієнт стабілізації ( Kст.н > 1000);

малий вихідний опір ( Rвих. min £ 10 - 4 Ом);

безінерційність роботи;

висока надійність;

відсутність перешкод.

Недоліки:

необхідність застосування радіаторів, що збільшують габарити та масу;

низький ККД (0,4 … 0,5).

Найчастіше застосовуються стабілізатори К142ЕН1 та К142ЕН2. Крім основного свого призначення вони використовуються як активні фільтри, що згладжують, стабілізаторів струму, порогових пристроїв, пристроїв захисту і т.д.

На рис. 5.22 наведено схему інтегрального стабілізаторакомпенсаційного типу та один із способів її включення. Регулюючий елемент стабілізатора виконаний на складовому транзисторі VT4, VT3. Джерелом опорної напруги є параметричний стабілізатор на стабілітроні VD1. Опорна напруга зі стабілітрону VD1надходить на вхід емітерного повторювача на транзисторі VT5та резисторах R1, R2. З термокомпенсуючого діода VD2та резистора R2на вхід транзистора VT6подається постійна стабілізована напруга. Транзистор VT6включений за схемою емітерного повторювача, навантаженням якого є резистор R3. Напруга на резисторі R3постійно і дорівнює напрузі на резисторі R2. Підсилювач постійного струму виконаний на транзисторах VT7і VT2. Польовий транзистор VT2є колекторним навантаженням транзистора VT7. Транзистор VT2має великий диференціальний опір, що підвищує коефіцієнт посилення постійного струму і зменшує вплив зміни вхідної напруги на вихідне.

Для захисту стабілізатора від короткого замикання та перевантажень у схему включений транзистор VT9. Вимкнення стабілізатора можна здійснити за допомогою транзистора VT8. Для роботи стабілізатора потрібно підключити до схеми дільник зворотнього зв'язку R8, R9, який має джерелом опорної напруги утворює схему управління. Крім того, до схеми слід підключити резистори схеми захисту R5-R7та вихідний конденсатор З.

Схема працює в такий спосіб. При збільшенні вхідної напруги починає зростати і вихідна напруга Uвих. Збільшується напруга на нижньому плечі R9 U R 9 , а отже, позитивний потенціал на базі транзистора VT7збільшиться. Його базовий та колекторний струм зростуть. Збільшиться падіння напруги на навантаженні транзистора VT7, тобто. на VT2що призведе до зменшення струмів бази регулюючого елемента VT3, VT4, які закриваються, та напруга колектор-емітер транзистора VT4зростає. Це призводить до зменшення вихідної напруги до початкового значення. Регулювання вихідної напруги у схемі здійснюється змінним резистором R8.

Захист стабілізатора від короткого замикання та перевантажень здійснюється замиканням складеного регулюючого транзистора. У нормальному режимі та при невеликих навантаженнях по струму напруга на резисторі R7(датчик струму) менше напруги на резисторі R5. На базі транзистора VT9- негативний потенціал щодо його емітера. Транзистор VT9закритий. При значних навантаженнях та короткому замиканнінапруга на резисторі R7зростає. І як тільки напруга на резисторі R7перевищить напругу на резисторі R5, потенціал бази транзистора R9стане позитивним щодо його емітера. Транзистор VT9відкривається, і його базовий та колекторний струми збільшуються. Зростання струму колектора VT9призводить до зменшення струмів бази транзисторів VT3, VT4. Вони закриваються, струм у ланцюзі навантаження обмежується.

Дистанційне вимкнення стабілізатора здійснюється подачею зовнішнього позитивного сигналу на базу транзистора VT8. Він відкривається, а складовий регулюючий транзистор VT3, VT4замикається. Напруга на виході стабілізатора зменшується до нуля.

5.8. ІМПУЛЬСНІ СТАБІЛІЗАТОРИ

Стабілізатор напруги (струму), регулюючий елемент який працює в режимі періодичного перемикання, називається стабілізатором з імпульсним регулюваннямабо імпульсним стабілізатором (ключовим).

Імпульсні стабілізатори поділяються:

за способом включення регулюючого елемента - на послідовні та паралельні;

за способом управління (регулювання) - на стабілізатори з широтно-імпульсною модуляцією - широтно-імпульсні (ШІМ); з частотно-імпульсною модуляцією – частотно-імпульсні (ЧІМ);

релейні чи двопозиційні.

Відмінною особливістюю імпульсних стабілізаторів є високий ККД стабілізатора загалом (до 0,9). Це наслідком імпульсного режиму роботи регульованого елемента, в якому виділяється найбільш значна частина потужності, що втрачається на елементах схеми стабілізатора. Регулюючим елементом в імпульсних стабілізаторах є періодично замикається і розмикається транзисторний ключ. У режимі перемикання транзистор більшу частину часу перебуває в режимах насичення та відсічення. У цих режимах потужність, що виділяється в транзисторах, мала, тому що або напруга, або струм транзистора дуже невеликі. А активний режим перемикання відбувається дуже швидко. Тому потужність, що втрачається на регулювальному елементі, невелика.

Принцип дії імпульсного стабілізатора постійної напруги полягає у наступному. Постійна вхідна напруга Uвх за допомогою регулюючого елемента перетворюється на імпульсне і надходить на вихід, на навантаження, а також у вигляді імпульсів. Тому для отримання на виході постійної напруги в імпульсному стабілізаторі необхідний фільтр, що згладжує. При зміні тривалості керуючих імпульсів відповідно змінюється тривалість імпульсів вихідної напруги, отже, змінюється середнє значення напруги на навантаженні. Якщо тепер у схему управління ввести сигнал, пропорційний відхилення середньої напруги на навантаженні від заданого, то у схемі буде здійснюватися стабілізація вихідної напруги.

Структурна схема імпульсного стабілізатора напруги наведено на рис. 5.23. Стабілізатор має у своєму складі: регулюючий елемент РЕ, що згладжує фільтр СФта схему управління, що складається зі схеми порівняння СС, підсилювача Ута перетворювача П. Схема порівняння та підсилювач такі самі, як і в компенсаційних стабілізаторах безперервної дії. Як перетворювач застосовуються генератори імпульсів: мультивібратори, тригери.

5.9. СТАБІЛІЗАТОРИ

З ДВОХПОЗИЦІЙНИМ РЕГУЛЮВАННЯМ

У стабілізаторах з двопозиційним регулюванням змінюється частота роботи ключа, і тривалість його замкнутого стану. При цьому регулюючий елемент перемикається із замкнутого стану в розімкнене і назад, коли вихідна напруга досягає порога спрацьовування або відпускання системи, що стежить, керуючої роботою регулюючого елемента.

Принципова схема імпульсного стабілізатора двопозиційної (релейної) напруги наведена на рис. 5.24. Вона включає наступні елементи: регулюючий елемент на складовому транзисторі VT11, VT12, фільтр ( LCн, VD2), схему порівняння та підсилювач постійного струму ( R1, RP, R2, VDвін, Rг, VT y), тригер на тунельному діоді VDтг, транзисторі VT4та резисторі R8, проміжний підсилювач ( VT3, R3, R4, R5). Замикання регулюючого транзистора здійснюється за допомогою транзистора VT2. Елементи R6, Rзап, VD1, Ззап забезпечують надійне замикання регулюючого транзистора. Ланцюжок R9, З 1збільшує частоту автоколивань стабілізатора.

Принцип дії схеми ось у чому. На вхід стабілізатора подається постійна напруга Uвх. Припустимо, що напруга на виході стабілізатора зменшилася до значення, що дорівнює напруги спрацьовування тригера VT4і VDтг. Тригер спрацьовує, транзистор VT4закривається, і струм його колектора стрибком зменшується до нуля. Струм через резистор R5не протікає, позитивний потенціал його бази зменшився і він закривається. Струм через R3не протікає, потенціал бази VT2підвищується, та VT2закривається. Транзистори VT12і VT11відкриваються, конденсатор Ззап заряджається через резистор R6напруга на вході фільтра в точках А, Бстрибком зростає до напруги Uвх, діод VD2закривається, оскільки потенціал його катода стає позитивним. Струм через регулюючий транзистор VT11і дросель починає збільшуватися, а напруга на виході стабілізатора зменшується, поки не зменшиться до значення рівного струму навантаження Iн, після чого починає зростати.

При збільшенні вихідної напруги потенціал бази VT y стає позитивнішим і струм його колектора зростає. Коли напруга на виході досягне значення Uвих+D Uтг /a (де a - коефіцієнт передачі дільника), струм колектора VT y досягне струму спрацьовування, тригер спрацьовує, транзистор VT4відкривається, і струм його колектора стрибком збільшиться до максимального значення. Транзистори VT3і VT2відкриваються. Конденсатор Ззап підключається через VT2до ділянки база-емітер транзисторів VT12, VT11, і вони закриваються. У цей час дросель розряджається через діод VD2. Поки що струм дроселя Lбільше струму навантаження, напружено на виході стабілізатора збільшується, а потім починає зменшуватися. А разом з цим зменшиться позитивна напруга на базі підсилювального транзистора. VT y та струми його бази та колектора зменшуються. Коли напруга на виході зменшиться до значення Uвих - D Uтг /a, струм колектора VT y зменшиться до значення струму відпускання тригера. Тригер спрацьовує, транзистори VT4, VT3, VT2закриваються, а транзистори VT12і VT11відкриваються. Знову починає збільшуватися струм колектора регулюючого транзистора VT11, А значить, і струм дроселя. Надалі процес безперервно повторюється. В результаті середнє значення вихідної напруги з певним ступенем точності залишається незмінним.

Позитивні якості стабілізатора з релейним управлінням: простота схеми і відносно велика швидкодія.

Недолік: наявність пульсацій на виході.

5.10. ІМПУЛЬСНІ СТАБІЛІЗАТОРИ

З ШИРОТНО-ІМПУЛЬСНИМ РЕГУЛЮВАННЯМ

Спосіб управління роботою регулюючого транзистора імпульсного стабілізатора, при якому на базу подається керуючий сигнал з постійним періодом повторення і змінюється залежно від зміни вихідної напруги тривалістю імпульсу, називається широтно імпульсним. Пристрій, що перетворює безперервний сигнал імпульси різної тривалості, називається широтно-імпульсним модулятором, а такий стабілізатор - стабілізатором з широтно-імпульсною модуляцією. У широтно-імпульсному сигналі за постійності періоду повторення імпульсів Ті = const змінюється коефіцієнт заповнення Kз = tн/ Tн. Розрізняють два способи зміни тривалості імпульсів при відхиленні вихідної напруги стабілізатора - першого та другого роду.

Якщо відхилення вихідної напруги стабілізатора викликає зміну режиму роботи генератора імпульсів (ГІ), на виході якого формуються імпульси тривалості, що змінюється, то такий спосіб формування імпульсного сигналу називається широтно-імпульсною модуляцією першого роду. Структурна схема імпульсного стабілізатора постійної напруги із ШІМ першого роду наведена на рис. 5.25, а.

Якщо напруга на виході стабілізатора Uвих порівнюється з лінійно змінною напругою Uпл ( t), які мають постійний період повторення Т(рис. 5.26), а тривалість імпульсів щодо постійних значень nTвизначається моментом порівняння цих напрузі, то такий спосіб формування імпульсного сигналу називається широтно-імпульсною модуляцією другого роду. Структурну схему такого стабілізатора наведено на рис. 5.25, б.

Процес формування імпульсного сигналу в широтно-імпульсному модуляторі другого роду показаний на рис. 5.26. Тут на верхньому малюнку-графіці показані пилкоподібні імпульси з переднім фронтом, що лінійно змінюється. Uпл ( t). На цьому ж графіку крива Uвих ( t) зображує напругу, що змінюється, на виході стабілізатора. На нижньому графіку показані імпульси, ширина (тривалість) яких змінюється зі зміною вихідної напруги стабілізатора. Початки імпульсів верхнього та нижнього графіків збігаються, а закінчення визначаються вихідною напругою. В результаті виходять імпульси, ширина яких пропорційна відхиленням вихідної напруги.

Принципова схема стабілізатора із ШІМ наведена на рис. 5.27. Вона трохи відрізняється від схеми релейного стабілізатора (див. рис. 5.24). На вхід підсилювача подаються пилкоподібна напруга Uупр і постійне зміщення з дільника схеми порівняння на R8, R9, R10. Коли напруга на базі підсилювального транзистора досягне значення, при якому струм колектора VT y виявиться рівним струму спрацьовування тригера ( VD2) (t 1 на рис. 5.27, б), тригер на тунельному діоді та VT4спрацьовують. Транзистори VT4, VT3і VT2відкриваються, a VT12і VT11закриваються. Напруга на виході фільтра (точки А, Б) стрибком зменшиться до нуля. Коли пилкоподібна напруга на базі транзистора VT4зменшиться ( t 2 на рис. 5.27 б) до значення, при якому струм колектора підсилювального транзистора стане рівним струму відпускання тригера, тригер спрацює, транзистори VT4, VT3і VT2закриваються, a VT12і VT11відкриваються. Напруга на виході фільтра стрибком збільшиться і стане рівним вхідному напрузі Uвх. Надалі тригер і регулюючий транзистор безперервно перемикатимуться під впливом зовнішнього змінного сигналу. При збільшенні напруги на вході стабілізатора час відкритого стану транзисторів VT12і VT11зменшується. Тому зменшується тривалість імпульсу на вході фільтра, а середнє значення вихідної напруги повертається до свого первісного значення з певним ступенем точності.

Схема імпульсного стабілізатора напруги, в якій регулюючий елемент виконаний на складовому транзисторі VT11, VT12, VT13наведено на рис. 5.28. На початку роботи схеми складовий транзистор замкнений позитивною напругою від зовнішнього джерела Eдод. На вхід диференціального підсилювача на транзисторах VT4, VT5надходять дві напруги: частина вихідної напруги з дільника R4, RP, R6та опорна напруга зі стабілітрона VD4. Вони порівнюються. Сигнал неузгодженості посилюється і подається на мультивібратор на транзисторах VT7, VT8. Зміна вихідної напруги Uвих викликає зміну тривалості генерованих мультивібратором імпульсів та їх шпаруватості Q=T/tн, де tн – тривалість негативних імпульсів. З виходу мультивібратора негативний імпульс посилюється струмом емітерним повторювачем на транзисторі VT6та подається на базу транзистора VT13відкриваючи складовий транзистор схеми на час дії імпульсу мультивібратора Падіння напруги на транзисторі змінюється та веде до відновлення вихідної напруги до колишнього значення. Отже, в

Цю схему автоматичне регулювання вихідної напруги здійснюється за рахунок негативного зворотного зв'язку, як і в стабілізаторах безперервної дії.

5.11. СТАБІЛІЗАТОРИ НАПРУГИ

НА ТИРИСТОРАХ

На тиристорах стабілізатори напруги можуть бути виконані на значно більшу потужність (до 1000 × А) при великих ККД - до 95%. Крім того, тиристори дозволяють поєднувати функції випрямлення, регулювання та стабілізації, а також стабілізувати як постійну, так і змінну напругу.

Функціональна схема тиристорного стабілізатора постійної напруги наведена на рис. 5.29. Вона містить випрямляч, напруга на виході якого має бути стабілізована схемою. Принцип стабілізації у цій схемі ґрунтується на зміні

кута включення тиристора a т. Зміна вихідної напруги стабілізатора після схеми порівняння надходить на підсилювач, після якого подається на схему управління, де формуються імпульси, що управляють. Фаза залежить від відхилення вихідної напруги. При збільшенні вихідної напруги стабілізатора Uвх збільшується. Це призводить до зменшення часу роботи тиристора, а отже, і зменшення струму через трансформатор Тр. Напруга на виході трансформатора зменшиться і зменшить напругу на виході стабілізатора Uвих до колишнього значення.

На рис. 5.30 наведено схему стабілізованого джерела живлення на тиристорах. Напруга мережі випрямляється бруківкою на діодах VD2-VD5та тиристорах VS1, VS2. Управління тиристорами здійснюється від диференціального магнітного підсилювача МУ, напруга на яку подається через трансформатор Тр2. Стабілізація напруги його первинної обмотки здійснюється стабілітронами VD8і VD9. Ця стабілізація забезпечує сталість амплітуди струму тиристорами за зміни напруги мережі. Живлення обмотки управління МУ (W y) здійснюється від допоміжного мостового випрямляча VD10-VD13. Сигнал управління на цю бруківку подається з виходу другого каскаду підсилювача на транзисторі VT3.

Робота схеми відбувається в такий спосіб. Зміна вихідної напруги після схеми порівняння та посилення сигналу управління подається в обмотку W y диференціального магнітного підсилювача. Струм, що змінюється, в обмотці управління викликає зміну кута включення тиристорів a т, що призводить вихідну напругу до колишнього значення.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1 Що таке стабілізатор напруги та стабілізатор струму?

2 Поясніть призначення стабілізаторів напруги та струму.

3 Які стабілізатори називаються параметричними?

4 Намалюйте параметричну схему стабілізатора напруги на дроселі з насиченим сердечником і поясніть її роботу.

5 Намалюйте схему ферорезонансного стабілізатора змінної напруги та поясніть принцип її роботи.

6 Назвіть переваги ферорезонансних стабілізаторів.

7 Намалюйте вольт-амперну характеристику кремнієвого стабілітрона.

8 Поясніть принцип дії стабілітрона.

9 Назвіть особливості параметричного стабілізатора на кремнієвому стабілітроні.

10 Намалюйте схему параметричного стабілізатора постійного струму на польовому транзисторі та поясніть її роботу.

11 Що таке компенсаційні стабілізатори постійної напруги?

12 Перерахуйте основні елементи схеми компенсаційного стабілізатора.

13 Намалюйте схему компенсаційного стабілізатора з послідовним увімкненням регулюючого елемента.

14 Намалюйте принципову схемустабілізатора із застосуванням складеного транзистора та поясніть її особливості.

15 Намалюйте схему компенсаційного стабілізатора постійної напруги з паралельним включенням регулюючого елемента та поясніть принцип її роботи.

16 Намалюйте схему компенсаційного стабілізатора постійного струму з послідовним включенням регулюючого елемента та поясніть її роботу.

17 Намалюйте функціональну схему компенсаційного стабілізатора змінної напруги та поясніть принцип її роботи.

18 Поясніть роботу стабілізатора змінної напруги на трансформаторі з перерозподілом напруги.

19 Поясніть особливості компенсаційного стабілізатора на мікросхемі.

20 Поясніть роботу стабілізатора напруги.

21 Намалюйте структурну схемуімпульсного стабілізатора напруги та поясніть її роботу.

22 Намалюйте принципову схему двопозиційного стабілізатора напруги та поясніть її роботу.

23 Поясніть принцип дії стабілізатора із широтно-імпульсним регулюванням.

24 У чому полягає сутність роботи стабілізатора напруги на тиристорах?

Параметричний стабілізатор напруги- це пристрій, в якому стабілізація вихідної напруги досягається за рахунок сильної нелінійності вольт-амперної характеристики електронних компонентів, використаних для побудови стабілізатора (тобто за рахунок внутрішніх властивостей електронних компонентів без побудови спеціальної системи регулювання напруги).

Для побудови параметричних стабілізаторів напруги зазвичай використовуються стабілітрони, стабістори та транзистори.

Через низький ККД такі стабілізатори знаходять застосування переважно в слаботочних схемах (з навантаженнями до кількох десятків міліампер). Найчастіше вони використовуються як джерела опорної напруги (наприклад, у схемах компенсаційних стабілізаторів напруги).

Параметричні стабілізатори напруги бувають однокаскадними, багатокаскадними та мостовими.

Розглянемо найпростіший параметричний стабілізатор напруги, побудований на основі стабілітрона (схема наведена нижче):

1. Iст - струм через стабілітрон
2. Iн - струм навантаження
3. Uвых = Uст - вихідна стабілізована напруга
4. Uвх - вхідна нестабілізована напруга
5. R 0 - баластний (обмежувальний, гасить) резистор

Робота стабілізатора заснована на тій властивості стабілітрона, що на робочій ділянці вольт-амперної характеристики (від Iст min до Iст max) напруга на стабілітроні практично не змінюється (насправді звичайно змінюється від Uст min до Uст max, але можна вважати, що Uст min = Uст max = Uст).

У наведеній схемі, при зміні вхідної напруги або струму навантаження - напруга на навантаженні практично не змінюється (воно залишається таким же, як і на стабілітроні), натомість змінюється струм через стабілітрон (у разі зміни вхідної напруги і струм через баластовий резистор теж). Тобто, надлишки вхідної напруги гасяться баластним резистором, величина падіння напруги на цьому резистори залежить від струму через нього, а струм через нього залежить у тому числі від струму через стабілітрон, і таким чином, виходить, що зміна струму через стабілітрон регулює величину падіння напруги на баластному резисторі.

Рівняння, що описують роботу цієї схеми:

Uвх = Uст + IR 0 , враховуючи, що I = Iст + Iн, отримаємо

Uвх = Uст + (Ін + Iст) R 0 (1)

Для нормальної роботи стабілізатора (щоб напруга на навантаженні завжди була в межах від Uст min до Uст max) необхідно, щоб струм через стабілітрон завжди був у межах від Iст min до Iст max. Мінімальний струм через стабілітрон буде текти при мінімальній вхідній напрузі та максимальному струмі навантаження. Знаючи це, знайдемо опір баластного резистора:

R 0 =(Uвх min-Uст min)/(Iн max+Iст min) (2)

Максимальний струм через стабілітрон буде текти при мінімальному струмі навантаження та максимальній вхідній напрузі. Враховуючи це та сказане вище щодо мінімального струму через стабілітрон, за допомогою рівняння (1) можна знайти область нормальної роботи стабілізатора:

Перегрупувавши цей вираз, отримаємо:

Або, інакше:

Якщо вважати, що мінімальна та максимальна напруга стабілізації (Uст min і Uст max) відрізняються незначно, то перший доданок у правій частині можна вважати рівним нулю, тоді рівняння, що описує область нормальної роботи стабілізатора, набуде наступного вигляду:

З цієї формули відразу видно один із недоліків такого параметричного стабілізатора — ми не можемо сильно змінювати струм навантаження, оскільки це звужує діапазон вхідної напруги схеми, більш того, можна побачити, що діапазон зміни струму навантаження не може бути більшим, ніж діапазон зміни струму стабілізації стабілітрона (оскільки у разі права частина рівняння взагалі стає негативною)

Якщо струм навантаження постійний або змінюється незначно, Тоді формула визначення області нормальної роботи стає дуже елементарною:

Далі, розрахуємо ККД нашого параметричного стабілізатора. Він визначатиметься ставленням потужності, що віддається у навантаження до вхідної потужності: ККД = Uст * Iн / Uвх * I. Якщо врахувати, що I = Iн + Iст, то отримаємо:

З останньої формули видно, що чим більша різниця між вхідною та вихідною напругою, а також чим більше струм через стабілітрон — тим гірше ККД.

Щоб зрозуміти, що означає «гірше» і наскільки взагалі погано ситуація з ККД у цього стабілізатора — давайте, використовуючи формули вище, спробуємо прикинути, що буде, якщо знижувати напругу скажемо з 6-10 Вольт до 5-ти. Візьмемо найпростіший стабілітрон, скажімо КС147А. Струм стабілізації в нього може змінюватися в межах від 3 до 53 мА. Щоб при таких параметрах стабілітрона отримати область нормальної роботи завширшки 4 Вольта — нам потрібно взяти баластний резистор на 80 Ом (скористаємося формулою 4, начебто струм навантаження у нас постійний, оскільки якщо це не так, то все буде ще гірше). Тепер з формули 2 можна порахувати який саме струм навантаження ми можемо в цьому випадку розраховувати. Виходить всього 19,5 мА, а ККД у цьому випадку буде, залежно від вхідної напруги, в межах від 14 до 61%.

Якщо для цього випадку порахувати на який максимальний вихідний струм ми можемо розраховувати за умови, що вихідний струм не постійний, а може змінюватися від нуля до Imax, то вирішивши спільно системи рівнянь (2) і (3), отримаємо R 0 =110 Ом , Imax = 13,5 мА. Як бачите, максимальний вихідний струм вийшов майже в 4 рази менше від максимального струму стабілітрона.

Більш того, вихідна напруга, отримана на такому стабілізаторі, матиме значну нестабільність залежно від вихідного струму (у КС147А на робочій ділянці ВАХ напруга змінюється від 4,23 до 5,16В), що може виявитися неприйнятним. Єдиний шлях боротьби з нестабільністю в даному випадку – взяти більш вузьку робочу ділянку ВАХ – такою, на якій напруга змінюється не від 4,23 до 5,16В, а скажемо від 4,5 до 4,9В, але в цьому випадку і робочий струм стабілітрона буде вже не 3..53мА, а скажемо 17..40мА. Відповідно, і без того невелика область нормальної роботи стабілізатора стане ще меншою.

Отже, єдиний плюс такого стабілізатора — це його простота, проте, як я вже казав, такі стабілізатори цілком собі існують і навіть знаходять активне застосування як джерела опорної напруги для складніших схем.

Найпростіша схема, що дозволяє отримати значно більший вихідний струм (або значно ширшу область нормальної роботи, або й те й інше) — .

У будь-якій мережі напруга не є стабільною і постійно змінюється. Залежить це насамперед споживання електроенергії. Таким чином, підключаючи прилади до розетки, можна значно зменшити напругу в мережі. У середньому відхилення становить 10%. Багато пристроїв, які працюють від електрики, розраховані на незначні зміни. Однак великі коливання призводять до перевантаження трансформаторів.

Як улаштований стабілізатор?

Основним елементом стабілізатора прийнято вважати трансформатор. Через змінний ланцюгвін з'єднується із діодами. У деяких системах їх є понад п'ять одиниць. В результаті вони утворюють міст у стабілізаторі. За діодами розташовується транзистор, яким встановлюється регулятор. Додатково у стабілізаторах є конденсатори. Вимкнення автоматики здійснюється за допомогою механізму замикання.

Усунення перешкод

Принцип роботи стабілізаторів побудовано методі зворотний зв'язок. На першому етапі напруга подається на трансформатор. Якщо його граничне значення перевищує норму, то роботу вступає діод. З'єднаний він безпосередньо з транзистором ланцюгом. Якщо розглядати систему, то напруга додатково фільтрується. У разі конденсатор виконує роль перетворювача.

Після того, як струм пройде резистор, він знову повертається на трансформатор. Внаслідок цього номінальна величина навантаження змінюється. Для стійкості процесу у мережі є автоматика. Завдяки їй конденсатори не перегріваються в колекторному ланцюзі. На виході струм проходить по обмотці через інший фільтр. Зрештою напруга стає випрямленою.

Особливості мережевих стабілізаторів

Принципова схема стабілізатора напруги даного типує набір транзисторів, а також діодів. У свою чергу, механізм замикання в ній відсутній. Регулятори у своїй є звичайного типу. У деяких моделях встановлюється система індикації.

Вона здатна показати потужність стрибків у мережі. За чутливістю моделі досить сильно відрізняються. Конденсатори, як правило, у ланцюзі є компенсаційного типу. Система захисту у них відсутня.

Пристрої моделей із регулятором

Для холодильного обладнання затребуваним є регульований Схемайого має на увазі можливість налаштування приладу перед початком використання. У цьому випадку це допомагає усунення високочастотних перешкод. У свою чергу, електромагнітне поле проблем для резисторів не представляє.

Конденсатори також включаються до регульованого стабілізатора напруги. Схема його не обходиться без транзисторних мостів, які з'єднуються між собою колекторним ланцюжком. Безпосередньо регулятори можуть встановлювати різні модифікації. Багато чого у разі залежить від граничного напруги. Додатково враховується тип трансформатора, який є у стабілізаторі.

Стабілізатори "Ресанта"

Схема стабілізатора напруги "Ресанта" є набір транзисторів, які взаємодіють між собою по колектору. Для охолодження системи є вентилятор. З високочастотними навантаженнями у системі справляється конденсатор компенсаційного типу.

Також схема стабілізатора напруги "Ресанта" включає діодні мости. Регулятори у багатьох моделях встановлюються звичайні. Обмеження щодо навантаження у стабілізаторів "Ресанта" є. У цілому нині перешкоди ними сприймаються все. До недоліків слід віднести високу гучність трансформаторів.

Схема моделей із напругою 220 В

Схема стабілізатора напруги 220 відрізняється від інших пристроїв тим, що в ній є Даний елемент з'єднується безпосередньо з регулятором. Відразу за системою фільтрації є діодний міст. Для стабілізації коливань додатково передбачено ланцюг із транзисторів. На виході після обмотки розміщується конденсатор.

З перевантаженням у системі справляється трансформатор. Перетворення струму здійснюється ним. У цілому нині діапазон потужності у даних пристроїв досить високий. Працювати ці стабілізатори здатні і за мінусової температури. По шумності вони відрізняються від моделей інших типів. Параметр чутливості залежить від виробника. Також її впливає тип встановленого регулятора.

Принцип роботи імпульсних стабілізаторів

Схема електрична стабілізатора напруги даного типу схожа на модель релейного аналога. Проте відмінності в системі все ж таки є. Головним елементом у ланцюзі прийнято вважати модулятор. Займається цей пристрій тим, що зчитує показники напруги. Далі сигнал переноситься однією із трансформаторів. Там відбувається повне опрацювання інформації.

Для зміни сили струму є два перетворювачі. Однак у деяких моделях він встановлений один. Щоб упоратися з електромагнітним полем, задіюється випрямляючий дільник. У разі підвищення напруги він знижує граничну частоту. Щоб струм надійшов на обмотку, діоди передають сигнал на транзистори. На виході стабілізована напруга проходить за вторинною обмоткою.

Високочастотні моделі стабілізаторів

Порівняно з релейними моделями, високочастотний стабілізатор напруги (схема показана нижче) є складнішим, і діодів у ньому задіяно більше двох. Відмінною особливістю приладів даного типу прийнято вважати високу потужність.

Трансформатори в ланцюзі розраховані великі перешкоди. В результаті, дані прилади здатні захистити будь-яку побутову техніку в будинку. Система фільтрації в них налаштована різні стрибки. За рахунок контролю напруги величина струму може бути змінена. Показник граничної частоти при цьому збільшуватиметься на вході і зменшуватиметься на виході. Перетворення струму у цьому ланцюзі здійснюється у два етапи.

Спочатку задіяний транзистор з фільтром на вході. На другому етапі включається діодний міст. Щоб процес перетворення струму завершився, системі потрібен підсилювач. Встановлюється він, зазвичай, між резисторами. Таким чином, температура пристрою підтримується на належному рівні. Додатково в системі враховується Використання блоку захисту залежить від його роботи.

Стабілізатори на 15 В

Для пристроїв з напругою 15 В використовується мережевий стабілізаторнапруги, схема якого за своєю структурою досить проста. Поріг чутливості приладів знаходиться на малому рівні. Моделі із системою індикації зустріти дуже складно. Фільтрів вони не потребують, оскільки коливання в ланцюгу незначні.

Резистори у багатьох моделях є лише на виході. За рахунок цього процес перетворення відбувається досить швидко. Вхідні підсилювачі встановлюються найпростіші. Багато чого в цьому випадку залежить від виробника. Використовуються стабілізатор напруги (схема показана нижче) цього найчастіше в лабораторних дослідженнях.

Особливості моделей на 5 В

Для пристроїв з напругою 5 використовують спеціальний мережевий стабілізатор напруги. Схема їх складається з резисторів, як правило, трохи більше двох. Застосовують такі стабілізатори виключно для нормального функціонування вимірювальних приладів. Загалом вони досить компактні, а працюють тихо.

Моделі серії SVK

Моделі цієї серії відносяться до стабілізаторів латерного типу. Найчастіше їх використовують на виробництві для зменшення стрибків від мережі. Схема підключення стабілізатора напруги цієї моделі передбачає наявність чотирьох транзисторів, які розташовані попарно. За рахунок цього струм долає менший опір у ланцюзі. На виході система має обмотка для зворотного ефекту. Фільтрів у схемі передбачено два.

За рахунок відсутності конденсатора процес перетворення відбувається швидше. До недоліків слід віднести більшу чутливість. На електромагнітному полі прилад реагує дуже гостро. Схема підключення стабілізатора напруги серії SVK регулятор передбачає, як систему індикації. Напруга максимум пристроєм сприймається до 240, а відхилення при цьому не може перевищувати 10%.

Автоматичні стабілізатори "Лігао 220 В"

Для систем сигналізації є затребуваним від компанії Лігао стабілізатор напруги 220В. Схема його побудована на роботі тиристорів. Використовувати ці елементи здатні виключно в напівпровідникових ланцюгах. На сьогоднішній день типів тиристорів існує чимало. За рівнем захищеності вони поділяються на статичні, і навіть динамічні. Перший вид використовується із джерелами електрики різної потужності. У свою чергу динамічні тиристори мають свою межу.

Якщо говорити про фірму "Лігао" стабілізатор напруги (схема показана нижче), то в ньому є активний елемент. Більшою мірою він призначений для нормального функціонування регулятора. Він являє собою набір контактів, які здатні з'єднуватися. Необхідно це для того, щоб збільшувати або зменшувати граничну частоту в системі. В інших моделях тиристорів може бути кілька. Встановлюються вони між собою за допомогою катодів. В результаті пристрою можна значно збільшити.

Низькочастотні пристрої

Для обслуговування пристроїв із частотою менше 30 Гц існує такий стабілізатор напруги 220В. Схема його ідентична зі схемами релейних моделей крім транзисторів. У разі вони є з емітером. Іноді додатково встановлюється спеціальний контролер. Багато залежить від виробника, а також моделі. Контролер у стабілізаторі необхідний передачі сигналу на блок управління.

Для того, щоб зв'язок був якісним, виробники використовують підсилювач. Встановлюється він, як правило, на вході. На виході в системі зазвичай є обмотка. Якщо говорити про межу напруги 220 В, конденсаторів можна знайти два. Коефіцієнт передачі струму таких пристроїв досить низький. Причиною цього вважають малу граничну частоту, що є наслідком роботи контролера. Однак коефіцієнт насичення знаходиться на високій позначці. Певною мірою це пов'язано саме з транзисторами, які встановлюються з емітерами.

Навіщо потрібні ферорезонансні моделі?

Ферорезонансні стабілізатори напруги (схема показана нижче) використовуються на різних промислових об'єктах. Поріг чутливості у них досить високий завдяки потужним блокам живлення. Транзистори переважно встановлюються попарно. Кількість конденсаторів залежить від виробника. В даному випадку це впливатиме на кінцевий поріг чутливості. Для стабілізації напруги тиристори не використовуються.

У цій ситуації з цим завданням може впоратися колектор. Коефіцієнт посилення вони дуже високий завдяки прямий передачі сигналу. Якщо говорити про вольтамперні параметри, то опір в ланцюзі підтримується на рівні 5 МПа. В даному випадку це позитивно впливає на граничну частоту стабілізатора. На виході диференціальний опір вбирається у 3 МПа. Від підвищеної напруги у системі рятують транзистори. Таким чином, перевантажень по струму вдається уникнути здебільшого.

Стабілізатори латерного типу

Схема у стабілізаторів латерного типу відрізняється підвищеним коефіцієнтом корисної дії. Вхідна напруга у своїй становить середньому 4 МПа. У разі пульсація витримується великої амплітуди. У свою чергу вихідна напруга стабілізатора дорівнює 4 МПа. Резистори у багатьох моделях встановлюються серії "МР".

Регулювання струму в ланцюзі відбувається постійно і завдяки цьому граничну частоту вдається знизити до позначки 40 Гц. Дільники в підсилювачах цього типу працюють спільно з резисторами. У результаті всі функціональні вузли пов'язані між собою. Підсилювач зазвичай встановлюється після конденсатора перед обмотуванням.

Для того, щоб справлятися з перешкодами в мережі, потрібні стабілізатори струму. Дані пристрої можуть відрізнятися за своїми характеристиками, а пов'язано це з джерелами живлення. Побутові приладив будинку є не дуже вимогливими у плані стабілізації струму, проте вимірювальне обладнання потребує стабільної напруги. Завдяки безперешкодним моделям у вчених з'явилася можливість отримати достовірну інформацію у своїх дослідженнях.

Як улаштований стабілізатор?

Основним елементом стабілізатора прийнято вважати трансформатор. Якщо розглядати просту модель, то є випрямний міст. З'єднується він із конденсаторами, а також з резисторами. У ланцюзі можуть встановлюватися різних типів і граничний опір вони витримують різне. Також у стабілізаторі є конденсатор.

Принцип роботи

Коли струм потрапляє трансформатор, його гранична частота змінюється. На вході цей параметр знаходиться в районі 50 Гц. Завдяки перетворенню струму гранична частота на виході становить 30 Гц. Високовольтні випрямлячі оцінюють полярність напруги. Стабілізація струму у разі здійснюється завдяки конденсаторам. Зниження перешкод відбувається у резисторах. На виході напруга знову стає постійною, і трансформатор надходить з частотою не вище 30 Гц.

Принципова схема релейного пристрою

Релейний стабілізатор струму (схема показана нижче) включає компенсаційні конденсатори. Мостові випрямлячі у разі використовуються на початку ланцюга. Також слід враховувати, що транзисторів у стабілізаторі є дві пари. Один із них встановлюється перед конденсатором. Необхідно це для підвищення граничної частоти. В даному випадку вихідна напруга постійного струму буде на рівні 5 А. Щоб номінальний опір витримувалося, використовуються резистори. Для найпростіших моделей властиві двоканальні елементи. Процес перетворення у разі відбувається довго, проте коефіцієнт розсіювання буде незначним.

Пристрій стабілізатору LM317

Як очевидно з назви, основним елементом LM317 (стабілізатор струму) є симистор. Він дає пристрою колосальне збільшення в граничній напрузі. На виході цей показник коливається в районі 12 В. Зовнішній опір системою витримується 3 Ом. Для високого коефіцієнта згладжування використовують багатоканальні конденсатори. Для високовольтних пристроїв використовуються транзистори лише відкритого типу. Зміна їхнього положення в такій ситуації контролюється за рахунок зміни номінального струмуна виході.

Диференціальний опір LM317 (стабілізатор струму) витримує 5 Ом. Для вимірювальних приладів цей показник має становити 6 Ом. Нерозривний режим дроселя забезпечується за рахунок потужного трансформатора. Встановлюється він у стандартною схемоюза випрямлячем. Діодні мости для низькочастотних приладів використовуються рідко. Якщо розглядати приймачі на 12, то для них властиві резистори баластного типу. Це необхідно для того, щоб знизити коливання ланцюга.

Високочастотні моделі

Високочастотний стабілізатор струму на транзисторі КК20 відрізняється швидким процесом перетворення. Відбувається це рахунок зміни полярності на виході. Частотозадаючі конденсатори встановлюються в ланцюзі попарно. Фронт імпульсів у такій ситуації не повинен перевищувати 2 мкс. В іншому випадку стабілізатор струму на транзисторі КК20 чекають на значні динамічні втрати. Насичення резисторів у ланцюзі може здійснюватися за допомогою підсилювачів. У стандартній схемі їх передбачено щонайменше трьох одиниць. Для зменшення теплових втрат використовують ємнісні конденсатори. Швидкісні характеристики ключового транзистора залежать тільки від величини дільника.

Широтно-імпульсні стабілізатори

Широтно-імпульсний стабілізатор струму відрізняється великими значеннями індуктивності дроселя. Відбувається це за рахунок швидкої зміни дільника. Також слід враховувати, що резистори у цій схемі застосовуються двоканальні. Струм вони здатні пропускати в різних напрямках. Конденсатори у системі використовуються ємнісні. За рахунок цього граничний опір на виході витримується лише на рівні 4 Ом. У свою чергу, максимальне навантаження стабілізатори можуть тримати 3 А.

Для вимірювальних пристроїв такі моделі використовуються досить рідко. Джерела живлення в даному випадку гранична напруга повинна мати не більше 5 В. Таким чином, коефіцієнт розсіювання перебуватиме в межах норми. Швидкісні характеристики ключового транзистора в стабілізаторах цього типу не дуже високі. Пов'язано це з низькою здатністю резисторів блокувати струм від випрямляча. В результаті перешкоди з високою амплітудою призводять до значних теплових втрат. Спади імпульсів у разі відбуваються виключно з допомогою зниження нейтралізації властивостей трансформатора.

Процесом перетворення займається лише баластний резистор, який розташовується за випрямляючим мостом. Напівпровідникові діоди у стабілізаторах використовують рідко. Необхідність у яких відпадає через те, що фронт імпульсів у ланцюгу, зазвичай, вбирається у 1 мкс. Через війну динамічні втрати у транзисторах є фатальними.

Схема резонансних пристроїв

Резонансний стабілізатор струму (схема показана нижче) включають малоємні конденсатори і резистори з різним опором. Трансформатори у разі є невід'ємною частиною підсилювачів. Для збільшення коефіцієнта корисної дії використовується безліч запобіжників. Динамічні характеристики резисторів від цього зростають. Низькочастотні транзисторимонтуються одразу за випрямлячами. Для хорошої провідності струму конденсатори здатні працювати за різної частоти.

Стабілізатор змінного струму

Стабілізатор струму цього типу є невід'ємною частиною джерел живлення потужністю до 15 В. Зовнішній опір пристроями сприймається до 4 Ом. Напруга змінного струму на вході в середньому становить 13 В. У даному випадку коефіцієнт згладжування контролюється за рахунок відкритих конденсаторів типу. Рівень пульсації на виході залежить від схеми побудови резисторів. Порогова напруга стабілізатор струму може бути здатним витримувати 5 А.

У разі параметр диференціального опору повинен бути на позначці 5 Ом. Максимально допустима потужність розсіювання становить 2 Вт. Це свідчить, що стабілізатори змінного струму мають суттєві проблеми з фронтом імпульсів. Зменшити їх коливання у разі здатні лише мостові випрямлячі. При цьому обов'язково враховується величина дільника. Для зниження теплових втрат у стабілізаторах застосовуються запобіжники.

Модель для світлодіодів

Для регулювання світлодіодів великою потужністю стабілізатор струму не повинен мати. У цьому випадку завдання полягає в тому, щоб максимально знизити поріг розсіювання. Зробити стабілізатор струму для світлодіодів може декількома способами. Насамперед, у моделях застосовуються перетворювачі. У результаті гранична частота всіх етапах вбирається у 4 Гц. У цьому випадку це дає значне збільшення продуктивності стабілізатора.

Другий спосіб полягає у використанні підсилювальних елементів. У такій ситуації все зав'язується на нейтралізації змінного струму. Для зменшення динамічних втрат транзистори у схемі використовуються високовольтні. Впоратися із зайвим насиченням елементів здатні конденсатори відкритого типу. Для найбільшої швидкодії трансформаторів використовуються ключові резистори. У схемі вони розміщуються стандартно за випрямляючим мостом.

Стабілізатор із регулятором

Регульований стабілізатор струму затребуваний у промисловій сфері. З його допомогою користувач може проводити налаштування пристрою. Додатково багато моделей розраховані на дистанційне управління. З цією метою у стабілізаторах монтуються контролери. Гранична напруга змінного струму такі пристрої витримують лише на рівні 12 В. Параметр стабілізації у разі повинен становити щонайменше 14 Вт.

Показник граничної напруги залежить виключно від частотності приладу. Для зміни коефіцієнта згладжування регульований стабілізатор струму використовує ємнісні конденсатори. Максимальний струм системою підтримується лише на рівні 4 А. У свою чергу, показник диференціального опору допускається лише на рівні 6 Ом. Все це говорить про хорошу продуктивність стабілізаторів. Проте потужність розсіювання може дуже відрізнятися. Також слід знати, що нерозривний режим дроселя забезпечується за рахунок трансформатора.

На первинну обмотку напруга подається через катод. Блокування струму на виході залежить лише від конденсаторів. Для стабілізації процесу запобіжники зазвичай не використовуються. Швидкодія системи забезпечується з допомогою спадів імпульсів. Швидкий процес перетворення струму ланцюга призводить до зниження фронту. Транзистори у схемі використовуються виключно ключового типу.

Стабілізатори постійного струму

Стабілізатор постійного струму працює за принципом подвійного інтегрування. Перетворювачі у всіх моделях відповідають за цей процес. Для збільшення динамічних характеристик стабілізаторів використовуються двоканальні транзистори. Щоб мінімізувати теплові втрати, ємність конденсаторів має бути значною. Точний розрахунок значення дозволяє зробити показник випрямлення. При вихідній напрузі постійного струму 12 А граничне значення максимум має становити 5 В. У такому випадку робоча частота пристрою підтримуватиметься на позначці 30 Гц.

Порогова напруга залежить від блокування сигналу трансформатора. Фронт імпульсів у разі не повинен перевищувати 2 мкс. Насичення ключових транзисторів відбувається лише після перетворення струму. Діоди у цій схемі можуть використовуватися виключно напівпровідникового типу. Баластні резистори приведуть стабілізатор струму до значних теплових втрат. В результаті коефіцієнт розсіювання дуже зросте. Як наслідок – амплітуда коливань збільшиться, процес індуктивності не станеться.

Стабілізатор напруги – це пристрій, до входу якого подається напруга з нестійкими або невідповідними параметрами споживача електроенергії. На виведенні стабілізатора напруга вже має потрібні (стійкі) параметри, які уможливлюють постачання електроенергією сприйнятливих до зміни вольтажу споживачів. А як працює стабілізатор напруги і для чого він потрібен?

Стабілізація напруги постійного струму потрібна, якщо вхідний вольтаж дуже малий або великий для споживача. При проходженні через підтримуючий пристрій він стає більшим або меншим до потрібного значення. При необхідності схема стабілізатора може бути складена так, щоб напруга, що виводиться, мала полярність, протилежну вступнику.

Лінійні

Лінійний стабілізатор - дільник, який подається нестійка напруга. Виходить воно вже вирівняне, із стабільними характеристиками. Принцип роботи полягає у постійній зміні опору для підтримки на виведенні постійного вольтажу.

Переваги:

• Проста конструкція із невеликою кількістю деталей;
• У роботі не спостерігаються перешкод.

Недоліки:

• При великій відмінності вхідного і вихідного вольтажу лінійний перетворювач струму видає слабкий ККД, оскільки більшість вироблюваної потужності перетворюється на тепло і розсіюється на регуляторі опору. Тому виникає потреба в установці контролюючого пристрою на радіаторі достатнього розміру.

Параметричний зі стабілітроном, паралельний

Для схеми стабілізуючого струму пристрою, в якому елемент, що контролює роботу, розташований паралельно навантаженій гілки, підходять газорозрядні і напівпровідникові стабілітрони.

Через стабілітрон повинен проходити струм, що перевищує від 3 до 10 разів струм RL . Тому механізм підходить для вирівнювання напруги лише у механізмах зі слабким струмом. Зазвичай його використовують як складовий елемент перетворювачів струму з складнішою начинкою.

Послідовний із біполярним транзистором

Принцип роботи стабілізатора можна розглянути за допомогою схеми пристрою.

Видно, що вона поєднує в собі два елементи:

1. Вже відомий нам паралельний параметричний стабілізатор на стабілітроні;
2. Біполярний транзистор, який збільшує струм із постійним коефіцієнтом. Його ще називають емітерним повторювачем.

Напруга, що виводиться визначається за формулою: Uout = Uz - Ube. Uz - напруга, що підтримується стабілітроном. Воно майже залежить від струму, що йде через стабілітрон. Ube – різниця вольтажу вихідного та стабілізованого стабілітроном. Вона майже залежить від струму, який подається на p-n перехід. Проте різниця залежить від природи речовини (для кремнію Ube – 0,6, для германію – 0,25). Саме через порівняльну незалежність цих значень напруга стійка.

При проходженні через тришаровий транзистор напруга виведення стабілізатора збільшується. Якщо використання одного транзистора не задовольняє запити споживача енергії, то береться конструкція з декількох транзисторів для збільшення струму до потрібного значення.

Послідовний компенсаційний на операційному підсилювачі

Компенсаційний - значить зворотним зв'язком. У цьому стабілізаторі напруга, що виводиться, завжди співставляється з тим, що прийнято за зразок. Відмінність між ними потрібна для формування та передачі сигналу механізму, що контролює вольтаж.

З резистора R2 знімається частина напруги Uout, яка порівнюється з Uz (напруга опорна) на стабілітроні, позначеному на схемі як D1. Отримана різницю проходить через операційний підсилювач (на схемі U1) і передається управляючому транзистору.

Стійка робота забезпечується при петльовому зсуві фаз, що наближається до 180°+n*360°. Оскільки частина напруги, що виходить, подається на підсилювач, то останній зсуває фазу на розгорнутий кут. Транзистор, увімкнений за схемою підсилювача струму, не викликає зсуву фаз. При цьому петльовий зсув залишається рівним 180 про.

Імпульсний

Електричний струм із нестійкими параметрами за допомогою коротких імпульсів подається на накопичувальний пристрій стабілізатора (в його ролі виступає індуктивна котушка або конденсатор). Запасена електроенергія згодом виходить у навантаження вже з іншими параметрами. Можливо два варіанти стабілізації:

1. Шляхом керування тривалістю імпульсів та пауз між ними ( принцип широтно-імпульсної модуляції);
2. Шляхом порівняння напруги, що виходить, з мінімально і максимально допустимими значеннями. Якщо воно вище максимального, то накопичувач перестає накопичувати енергію та розряджається. Тоді на виведенні напруга стає меншою за мінімальну. При цьому накопичувач знову починає працювати. принцип двопозиційного управління).

Залежно від схеми, імпульсний вирівнювач струму може перетворювати напругу до досягнення різних результатів. Тому розрізняють його різновиди:

• Знижуючий(Напруга на виведенні менше, ніж на введенні, але з тією ж полярністю);
• Підвищуючий(Напруга на виведенні більше, ніж на введенні, але з тією ж полярністю);
• Знижуючий-підвищуючий(Напруга на виведенні може бути більшою або меншою, ніж на введенні, але полярність та ж). Пристрої застосовується, коли U на введенні та виведенні сильно відрізняються, але на введенні можливі небажані відхилення у більшу або меншу сторону;
• Інвертуючий(Напруга на виведенні більше або менше, ніж на введенні, полярність протилежна).

Переваги:

• Низькі втрати енергії.

Недоліки:

• Імпульсні перешкоди висновку.

Стабілізатори змінної напруги

Стабілізатор змінної напруги призначений для підтримки постійного струму на виведенні незалежно від того, якими параметрами він володіє на введенні. Напруга, що виводиться, повинна описуватися ідеальною синусоїдою навіть при різких стрибках, падінні або навіть обриві на введенні. Розрізняють накопичувальні та коригувальні стабілізуючі пристрої.

Стабілізатори-накопичувачі

Це пристрої, які спочатку накопичують електроенергію від джерела живлення струму, що входить. Потім енергія генерується заново, але вже з постійними характеристиками струм направляється до виходу.

Система «двигун – генератор»

Принцип роботи полягає в перетворенні електричної енергії на кінетичну за допомогою електродвигуна. Потім генератор назад перетворює її з кінетичної в електричну, але струм вже має конкретні та постійні характеристики.

Клюєвий елемент системи - маховик, який накопичує в собі кінетичну енергію і стабілізує напругу, що виводиться. Маховик жорстко з'єднаний з рухомими частинами двигуна та генератора. Він дуже масивний і має велику інерцію, що зберігає швидкість, яка залежить тільки від фазної частоти. Оскільки швидкість обертання маховика відносно стала, напруга залишається постійною навіть при значних провалах і стрибках на введенні.

Система "двигун-генератор" підходить для напруги з трьома фазами. Сьогодні вона використовується лише на стратегічних об'єктах. Раніше застосовувалась для запитування швидкодіючих електронних обчислювальних машин.

Ферорезонансний

Пристрій включає:

• Індуктивна котушка з насиченим сердечником;
• Котушка індуктивності з ненасиченим осердям (всередині є магнітний зазор);
• Конденсатор.

Оскільки котушка з насиченим сердечником має постійну напругу, незалежно від струму, що по ньому йде, шляхом підбору характеристик другої котушки та конденсатора можна досягти стабілізації напруги у потрібних межах.

Принцип дії отриманого механізму можна порівняти з гойдалками, які важко різко зупинити або змусити хитатися з більшою швидкістю. Навіть немає необхідності щоразу підштовхувати гойдалки, бо коливальний рух – інерційний процес. Тому допустимі сильні провали та урвища напруги. Частоту коливань теж важко змінити, оскільки у системи власна частота, що встановилася.

Ферорезонансні стабілізатори були популярними за радянських часів. Їх використовували для постачання електроенергії телевізорів.

Інверторний

У схему інверторного стабілізатора включаються:

• Вхідні фільтри;
• Випрямляч з пристроєм, що змінює коефіцієнт потужності;
• Конденсатори;
• Мікроконтролер;
• Перетворювач напруги (з постійної змінної).

Принцип роботи заснований на двох процесах:

1. Спочатку вхідний змінний струмперетворюється на постійний при проході через коректор і випрямляч. Енергія накопичується у конденсаторах;
2. Потім постійний струм перетворюється на змінний вихідний. З конденсатора струм йде до інвертора, який трансформує струм на змінний, але з постійними параметрами.

Приклад (принцип роботи стабілізатора напруги 220В): на введенні напруга менше або більше 220В його форма не відповідає синусоїді. Після проходження через випрямляч та коректор струм стає постійним, форма напруги – ідеальна синусоїда. Після проходження через інвертор до виходу прямує змінний синусоїдальний струмз частотою 50 Гц та напругою 220В.

Завдяки високій віддачі механізму (ККД близько до 100%) такий стабілізатор використовують для дорогого обладнання медичного та спортивного призначення.

ДБЖ

Джерела безперебійного живленняза конструкцією та принципом дії аналогічні інверторним перетворюючим пристроям. Подібність закінчується у тому, що накопичення електроенергії відбувається над конденсаторі, а акумуляторі, з якого виходить струм з необхідними споживача параметрами.

ДБЖ необхідні для запитування обчислювальної техніки, оскільки вони не лише стабілізують напругу, а й виключають збій роботи програм при аварійному відключенні. Приклад: якщо буде виявлено обрив вольтажу, то накопиченої в акумуляторі енергії вистачить для правильного завершення роботи комп'ютера. Усі дані будуть збережені, а комп'ютерна "начинка" залишиться цілою.

Коригуючі

До коригувальних стабілізаторів відносять перетворювачі напруги, які змінюють його за рахунок додаткового потенціалу, якого не вистачало для отримання необхідного для споживача значення.

Електромагнітний

Інша назва – феромагнітний. Від ферорезонансного відрізняється відсутністю конденсатора, нижчою потужністю та більшими розмірами.

Якщо лінійний реактор (на схемі L1) включити послідовно з резистором Rh, а нелінійний реактор L2 включити паралельно Rh, то як би не змінювалася вхідна напруга, що виводиться буде постійним. Це зумовлено роботою другого реактора в режимі насичення, через що вольтаж на ньому не змінюється при змінному струмі. У зв'язку з цим напруга, що змінюється, на введенні не впливає на значення на висновку. Воно лише перерозподіляється між L1 і L2. Приріст від вхідного значення повністю йде L1.

Електромеханічний та електродинамічний

Це два схожих по конструкції виду стабілізаторів, що є вольтододатковим трансформатором. Вони напруга перетворюється з допомогою переміщення вузла, знімає струм біля входу, по трансформаторної обмотці. В результаті коефіцієнт стабілізації змінюється м'яко до тієї величини, яка потрібна для напруги, що виходить.

У електромеханічному вирівнювачі керування реалізується щітками, які швидко зношуються, оскільки це рухливі елементи. Знизити зношування вдається в електродинамічному аналогу, у якому щітки замінені роликом.

Це єдині перетворювачі струму, які забезпечують гладку його трансформацію, а й формують із нього синусоїду. На виведенні значення відносно незмінне, максимальне відхилення від номіналу вбирається у 3%. Така подача енергії оптимальна для побутової та виробничої техніки.

Переваги:

• Широкий діапазон вхідної напруги (130-260В);
• Відсутність перешкод на виведенні;
• Можливість навантаження до 200% на півсекунди;
• Безшумна робота (якщо немає навантаження);
• Відмінна завадостійкість.

Недоліки:

• Не можна застосовувати при морозах (конструкція може працювати лише при нетривалих легких заморозках та до 40 градусів тепла);
• Низька швидкість стабілізації (проблема вирішується шляхом додавання кількості щіток).

До переваг електродинамічного аналога варто віднести його здатність працювати за негативних температур (не більше 15 градусів морозу). Ще один плюс: конструкція витримує навантаження на 200% до 120 секунд.

Релейний

Принцип роботи релейного стабілізатора напруги схожий з роботою інших автотрансформаторних перетворювачів з регулюванням сходами за рахунок включення/вимкнення окремих обмоток силового автоматичного трансформатора за допомогою електромеханічних реле. Тому підвищення та зниження вихідної напруги – це паралельний процес підвищення та зниження на введенні підтримуючого пристрою.

Особливість релейного перетворювача – значення, що виводиться, завжди змінюється в межах ступеня. Наприклад, заданий діапазон допустимих значень від 215 до 220 Вольт. Це означає, що напруга постійно змінюватиметься в цих рамках, у той час як на введенні цей діапазон може становити 200-230 Вольт. Розмах щаблі залежить від кількості обмоток: чим їх більше, тим менший діапазон, і тим рівніше буде напруга на виведенні.

З цього можна зробити висновок, що якісний стабілізатор не може показувати на екрані лише 220 Вольт. Якщо значення не змінюється, можна зробити висновок, що світлодіоди розташовані саме у формі числа «220» і ніякого іншого числа вони показати не можуть. Так роблять недобросовісні виробники зменшення собівартості перетворювачів змінного струму.

Переваги:

• Висока швидкість стабілізації;
• Невеликі розміри;
• Великий діапазон напруги на введенні (від 140 до 270 Вольт);
• Низька сприйнятливість до змін напруги, що входить;
• Допустиме навантаження в 110% на 4 секунди;
• Безшумна робота;
• Можливість роботи від -20 до +40 градусів за Цельсієм.

Недоліки:

• Ступінчаста (а не плавна) стабілізація (світло моргає при великому діапазоні щаблі);
• Швидкість стабілізації залежить від точності напруги, що виходить: чим точніше вольтаж, тим менша швидкість.

Електронний

Якщо вам потрібно перетворювати струм із нестійкими параметрами, зверніть увагу на електронний стабілізатор. Електронне пристрій стабілізатора напруги 220 вольт – це аналог релейного перетворювача. Різниця між ними полягає лише у способі зміни включеної в навантажений ланцюг трансформаторних обмоток.

У цій конструкції перемикання відбувається не завдяки наявності реле, а за рахунок симисторів або тиристорів. Оскільки механічні деталі відсутні, термін служби пристрою різко зростає. У поєднанні з прийнятною вартістю цей варіант для побутової технікиє оптимальним. В іншому переваги та недоліки збігаються з тими, що вказані для релейного перетворювача.

Гібридний

У 2012 році у продажу з'явився новий видстабілізатора – гібридний. Він являє собою електромеханічний пристрій, в конструкцію якого додатково входять два релейні перетворювачі.

Основний елемент – електромеханічний. Релейні елементи входять у роботу лише тоді, коли останній не може видати на виведенні 220 Вольт. Це буває, якщо напруга, що входить, або занадто низька, або занадто висока. Так, електромеханічний перетворювач працює за 144-256В. А релейний включається, коли значення опускається нижче 144В чи піднімається вище 256В. Максимальний діапазон складає 105-280 Вольт.

Гібридні перетворювачі підходять для безперебійного енергопостачання споживачів електроенергії у приватному будинку, квартирі, офісі чи навіть магазині.

Якість і термін служби електроприладів залежить від параметрів енергії, що подається. При різких стрибках, урвищах або провалах вольтажу техніка виходить з ладу. Протистояти цьому може лише безперебійне енергопостачання із напругою умовленого значення. Саме його дозволяють отримати стабілізатори напруги, без яких неможливе сучасне життя.