Параметры стабилизаторов напряжения. Наиболее важными параметрами стабилизатора напряжения являются коэффициент стабилизации Kst, выходное сопротивление R out и КПД η.
Коэффициент AVR рассчитывается из выражения Kst= [ ∆in/tein] / [ ∆in/tein].
где ebb и tbs — постоянные напряжения на входе и выходе, соответственно; ∆cvx — изменение напряжения ebb; ∆eff — изменение напряжения tsv, соответствующее изменению напряжения ∆cvx.
Чем выше коэффициент стабилизации, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении входного напряжения. Простейшие регуляторы имеют значения Kst в единицах, в то время как более сложные регуляторы имеют значения в сотнях и тысячах.
Выходное сопротивление регулятора задается уравнением Rout= | ∆yf/∆yf|.
где ∆in — изменение постоянного напряжения на выходе регулятора; ∆in — изменение постоянного выходного тока регулятора, вызвавшее изменение выходного напряжения.
Выходное сопротивление регулятора имеет значение, аналогичное выходному сопротивлению фильтрованного выпрямителя. Чем меньше выходное сопротивление, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении тока нагрузки. Простейшие регуляторы напряжения имеют значения Rout порядка единиц Ом, а более совершенные — сотых или тысячных долей Ом. Следует отметить, что стабилизатор напряжения обычно значительно снижает пульсации напряжения.
КПД стабилизатора ηc — это отношение мощности, передаваемой на нагрузку Pn, к мощности, потребляемой от источника входного напряжения Pvh: ηc = Pn / Pvh
Традиционно стабилизаторы делятся на параметрические и компенсационные.
Интересное видео о регуляторах напряжения:
Параметрические стабилизаторы
Это простейшие устройства, в которых небольшие изменения выходного напряжения получаются с помощью электронных схем с двумя выводами, характеризующиеся ярко выраженной нелинейностью вольт-амперных характеристик. Рассмотрим схему на основе параметрического стабилизатора (рис. 2.82).
Проанализируем эту схему (рис. 2.82, а), для которой сначала выполним преобразование по теореме об эквивалентном генераторе (рис. 2.82, б). Проанализируем работу схемы графически, построив вольт-амперные характеристики линии нагрузки для различных значений эквивалентного напряжения, соответствующих различным значениям входного напряжения (рис. 2.82, в).
Из графических рисунков видно, что при значительном изменении эквивалентного напряжения (на ∆e), а значит и входного напряжения цвх, выходное напряжение изменится на небольшую величину ∆cf.
Определим основные параметры такого стабилизатора. Для этого заменим регулятор его эквивалентной схемой и введем во входную цепь источник напряжения, соответствующий изменению входного напряжения ∆cvx (пунктирная линия на схеме) (рис. 2.82, г):
Параметрические стабилизаторы обычно используются при нагрузках от нескольких единиц до десятков миллиампер. Чаще всего они используются в качестве источников опорного напряжения в компенсационных регуляторах напряжения.
Компенсационные стабилизаторы
Это системы управления с замкнутым контуром. Типичными компонентами компенсационного регулятора являются источник опорного напряжения (ION), элемент сравнения и усиления (CUE) и регулирующий элемент (RE).
Напряжение на выходе стабилизатора или какой-то его части постоянно сравнивается с опорным напряжением.
В зависимости от их соотношения, сравнивающий и усиливающий элемент формирует управляющий сигнал для регулирующего элемента, который изменяет свой режим работы таким образом, чтобы напряжение на выходе стабилизатора оставалось практически постоянным.
26. Параметрический стабилизатор напряжения. Для новичков.
В качестве ИОН обычно используется электронная схема на основе стабилизатора, в качестве ПИ часто используется операционный усилитель, а в качестве РЭ — биполярный транзистор или полевой транзистор.
Компенсационные стабилизаторы
Регулирующий элемент обычно подключается последовательно с нагрузкой. В этом случае регулятор называется последовательным регулятором (рис. 2.83, а).
Иногда регулирующий элемент подключается параллельно нагрузке, и тогда регулятор называется параллельным регулятором (рис. 2.83, б. Для простоты ЭПС и ИОН здесь не показаны). В параллельном регуляторе используется балластный резистор Rb, подключенный последовательно с нагрузкой.
В зависимости от режима работы управляющего элемента стабилизаторы делятся на непрерывные и импульсные (ключевые, релейные).
В стабилизаторах непрерывного действия регулирующий элемент (транзистор) работает в активном режиме, а в импульсных стабилизаторах — в импульсном.
Рассмотрим типичную концептуальную схему непрерывного регулятора (рис. 2.84, а).
Эта схема соответствует структурной схеме последовательного стабилизатора, упомянутой ранее. Для того чтобы проанализировать эту схему наиболее простым способом, основываясь на предположениях, рассмотренных при изучении операционного усилителя, давайте представим эту схему в другом виде. Схема питания операционного усилителя не будет показана для простоты чертежа.
Из схемы (рис. 2.84, б) видно, что элементы R2, R3, DA и VT построили неинвертирующий ОУ с выходным каскадом в виде эмиттерного усилителя на транзисторе VT, а входное напряжение на него является выходным напряжением параметрического стабилизатора напряжения на элементах R1 и VD. Согласно вышеприведенным предположениям, получаем:
Подставляя выражение для iR2 в предыдущее уравнение, получаем — цст/ R3- R2= цст — цв. Следовательно, цв = цст- ( 1 + R2/ R3)
Последнее выражение полностью совпадает с соответствующим выражением для неинвертирующего усилителя (входное напряжение равно цст).
Стоит отметить, что цепь обратной связи включает в себя два каскада: один на операционном усилителе, другой на транзисторе. Эта схема является убедительным примером, демонстрирующим преимущество общей отрицательной обратной связи над местной обратной связью.