Стабилизаторы тока и напряжения: параметрические и компенсационные, их параметры и характеристики

Стабилизатором напряжения называется устройство, автоматически поддерживающее напряжение на нагрузке при изменении в определенных пределах таких дестабилизирующих факторов, как напряжение первичного источника, сопротивление нагрузки, температура окружающей среды. Существует три вида стабилизаторов: параметрические, компенсационные и импульсные.

Параметрический стабилизатор напряжения (ПСН) использует элементы, в которых напряжение остается неизменным при изменении протекающего через них тока. Такими элементами являются стабилитроны, в которых при изменении тока в очень широких пределах падение напряжения изменяется на доли процента. Параметрические стабилизаторы применяются, как правило, в качестве источников опорного (эталонного) напряжения в мощных компенсационных стабилизаторах или для стабилизации напряжения в высокоомных цепях (когда R_н велико).

Основным параметром стабилизатора является коэффициент стабилизации – отношение относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе:

Недостатками ПСН являются:

- малый КПД (из-за использования балластного резистора и значительного дополнительного тока через стабилитрон);

- малый коэффициент стабилизации K _ст (для его увеличения включают два каскада ПСН);

- невозможность регулирования выходного напряжения;

- низкая термостабильность.

Компенсацтонный стабилизатор напряжения (КСН) представляет собой систему автоматического регулирования (рис. 2.38). Он также относится к СН непрерывного действия. Сущность компенсационного метода стабилизации напряжения состоит в том, что в процессе работы с помощью измерительного устройства ИУ осуществляется сравнение выходного напряжения с опорным или эталонным, вырабатываемым источником опорного напряжения ИОН. Разностное напряжение усиливается усилителем У и подается на регулирующий элемент РЭ, сопротивление которого изменяется прямо пропорционально изменению выходного напряжения.

U _вх

У

РЭ

ИУ

ИОН

U _вых

КСН имеют КПД более высокий, чем ПСН, но все равно небольшой из-за потери значительной мощности на РЭ, работающего в активном режиме.

В рассмотренных стабилизаторах напряжения регулирующий транзистор всегда открыт, а само регулирование осуществляется путем изменения степени его открытия, т.е. линейно. Поэтому такие стабилизаторы называются линейными.

Существует два основных типа стабилизаторов тока. Один из них допускает произвольное изменение тока до пороговой вели­чины, выше которой прирост потребляемого тока невозможен. Это ограничители тока, полезные в качестве схем защиты. Дру­гой тип стабилизаторов тока поддерживает ток постоянным независимо от больших изменений в сопротивлении нагрузки. Они называются источниками постоянного тока (ИПТ).

U _ВХ

б)

I _ВХ

I _ВЫХ

Ограничители тока обычно основаны на использовании опе­рационного усилителя или усилителя на транзисторе, восприни­мающего напряжение на резисторе, включенном последователь­но в цепь выхода. Резистор должен иметь очень малое сопротив­ление (несколько миллиом при больших токах), в противном случае из-за увеличения последовательного сопротивления ста­билизация напряжения будет сильно ухудшаться. Если напряжение на последовательном резисторе превышает порог, уста­новленный конструктором, то включается усилитель тока.

Основным параметром стабилизаторов тока, кроме выходного сопротивления, является коэффициент ста­билизации выходного тока, равный отношению относительного приращения входного тока к относительному приращению тока на­грузки, т. е.

Основные параметры и харак – ки усилителей. Классы усиления. Обратные связи в усилителях, их влияние на работу усилителя.

Усилителем называют устройство, предназначенное для усиления параметров электрического сигнала (напряжения, тока, мощности).

Основными параметрами усилителя являются:

- K_U = U _вых / U _вх – коэффициент усиления напряжения;

- K_I = I _вых / I _вх – коэффициент усиления тока;

- K_P = P _вых / P _вх = U _вых I _вых / U _вх I _вх = K_UK_I – коэффициент усиления мощности;

- R _вх и R _вых – соответственно входное и выходное сопротивления усилителя.

класс "A" - линейный, усиление происходит на линейном участке ВАХ (вольт-амперная характеристика), отсуствие переходных искажений, но низкий кпд (10-20%), т.е. данный класс неэкономичный в смысле расходования энергии и нагрева; класс "В" - лампы или транзисторы работают в ключевом режиме, т.е. усиливают только свою полуволну сигнала в линейном режиме. Это как бы 2 отдельных класса А (для каждой полуволны свой). Высокая экономичность, но возрастают переходные искажения за счёт неидеальности "стыковки" верхней и нижней полуволн сигнала; класс "С" этот класс усиления применяется только в ВЧ технике, т.к. для звуковой техники он малопригоден из-за больших переходных искажений сигнала. Рабочая точка выходного каскада смещена далеко за пределы области отсечки так, что транзистор открывается только при максимумах входного сигнала. В ВЧ схемах правильная форма сигнала восстанавливается на нагрузке - резонансном контуре. Эффективность данного усилителя очень высока. класс "AB" - компромиссный: за счёт начального смещения уменьшаются переходные искажения сигнала ("стыковка" ближе к идеальной), но теряется экономичность и возникает опасность сквозного тока, потому, что транзистор (лампа) противоположного плеча полностью не закрывается. класс "D" - это особый класс на основе ШИМ. Выходные элементы работают полностью в ключевом режиме. Сигнал, полученный с помощью ШИМ, выделяется специальным фильтром нижних частот. Достоинства - очень высокая экономичность, недостатки - ВЧ импульсные помехи, которые необходимо подавлять. класс Е - если усилители класса D работают на основе ШИМ, то класс E - в ключевом режиме. В основном используется опять же, в ВЧ аппаратуре. класс G — более эффективная версия режима AB. Используется источник питания с разными напряжениями. Активный элемент подключается к источнику питания соответствующей величины, в зависимости от амплитуды сигнала. Таким образом, уменьшается напряжение на транзисторах, что приводит к снижению рассеиваемой мощности. класс Н — похож на класс G, за исключением способа реализации высоковольтной ступени источника питания. Напряжение питания отслеживает напряжение сигнала, оставляя на транзисторе небольшое напряжение, необходимое для работы. Для модуляции напряжения питания используется что-то типа ключевого усилителя класса D. класс T — похож на класс D, но с использованием цифровой коррекции сигнала.

Обратной связью в усилителе (в целом) или же в отдельно взятом каскаде называется такая связь между входом и выходом, при которой часть энергии усиленного сигнала с выхода передаётся на вход.

Обратная связь оказывает большое влияние на параметры усилительных каскадов. При обратной связи по напряжению сигнал обратной связи пропорционален напряжению на выходе усилителя. Есть и обратные связи по току — в них сигнал обратной связи снимается обычно с резистора, включенного последовательно с нагрузкой. В этом случае падение напряжения на этом резисторе (а следовательно, и напряжение обратной связи) пропорционально току нагрузки. Обратная связь характеризуется важным параметром — глубиной А. Он определяет, во сколько раз изменяются параметры усилителя при введении обратной связи. Глубина обратной связи по напряжению определяется как А = 1 - росК0, где Рос — коэффициент, указывающий, какая часть напряжения подается в виде сигнала обратной связи, К0 — коэффициент усиления усилителя. Классификация: По способу своего возникновения обратная связь может быть: 1.Внутренней 2.Паразитной 3.Искусственной По признаку петлевого усиления: 1.Положительную ОС (ПОС) 2.Отрицательную ОС (ООС)
В зависимости от способа подключения ОС к выходу усилителя: 1.Ос по току 2. Ос по напряжению.

Дата добавления: 2014-01-03