Общие сведения. Стабилизаторы напряжения и тока

Стабилизаторы напряжения и тока

Дополнительный материал к лекции 19 для самостоятельной работы

РЭА параметрические

Стабилизатор постоянного напряжения вторичного электропитания

Общие сведения

Стабилизаторы напряжения и тока

План (логика) изложения материала

Нормальная работа аппаратуры, как правило возможна только при поддержания напряжения или тока питания в заданных пределах - стабилизации. Например, ток катушки фокусировки електронного –лучевой трубки должен поддерживаться с точностью на менше 1%. Высокое напряжение измерительных осциллоскопов не должна изменяться больше, чем на 0,5…1%. Импульсные элементы диодно-транзисторной логики (ДТЛ) и транзисторно- транзисторной логики (ТТЛ) не допускается изменения питающей напряжения свыше (5…10%) с учетом его пульсации.

Чем чувствительнее прибор, чем большую стабильность должен иметь источник вторичного электропитания.

Низкой стабильностью считают, согласно ГОСТА 19157-73, такую, при которой пределы изменения питающего стабилизированного напряжения или тока составляют 5%, средней – соотвественно 1…5 %, высокой – 0,1…1%, прецизионной меньше- 0.1%.

Напряжения в сети может изменяться не только медленно (в течении нескольких часов), но и очень быстро (скачком), потому устройство, поддерживающее величину питающего напряжения или тока в заданных пределах, должно действовать автоматически и непрерывно. Такими устройствами являются стабилизаторы.

Будем называть стабилизатором напряжения (тока) устройство,

автоматически обеспечивающее поддержание напряжения (тока) с требуемой

точностью на потребителе при воздействии дестабилизирующих факторов в обусловленных пределах.

Дестабилизирующими факторами могут быть такие, как окружающая температура, частота питающей сети, величина нагрузки и другие. Однако основные причины нестабильности – это обычно колебания входного напряжения и нагрузки, а для полупроводниковых стабилизаторов, также изменения температуры окружающей среды.

Различают два основных метода стабилизации: параметрические и компенсационные.

При параметрическом методе стабилизации дестабилизирующий фактор непосредственно действует на параметр нелинейного или управляемого элемента, что (автоматически) в значительном мере ослабляет воздействие дестабилизирующей величины. В таких стабилизаторах использую нелинейные элементы (стабилитроны, стабисторы, бареттеры, термисторы) и реактивные сопротивления. У перечисленных элементах имеется параметр, значение которого зависит от тока или напряжения.

Компенсационный принцип стабилизации предусматривает сравнение стабилизирующей величины с какой-либо эталонной (опорной). Разностные ток или напряжения, полученные в результате этого сравнения, оказывают автоматическое влияние на один из элементов схемы стабилизатора, в значительной степени уменьшающее действие дестабилизирующих факторов. Этим элементом, называемым регулирующим, или силовым, чаще являются транзисторы, тиристоры или дроссели, подмагничиваемые постоянным током.

Различают два способа регулирования: силовой элемент работает в непрерывном и импульсном режимах.

Если в эталонной сравнивается величина, пропорциональная напряжению, то получаем стабилизатор напряжения, если – току, то получаем стабилизатор тока.

В компенсационном стабилизаторе непременно имеется отрицательная обратная связь с выхода на одно из звеньев схемы, что превращает его в замкнутую систему автоматического регулирования.

Существуют стабилизаторы, в которых используются оба принципа стабилизации (параметрический и компенсационный), такие стабилизаторы называют комбинированными.

Основные параметры стабилизаторов напряжения (тока) следующие:

- коэффициент стабилизации по напряжению (тока)

K_{ст (U)}=(∆U_вх / U_вх):(∆U_вых / U_вых), (2.39)

K_ст(I) =(∆U_вх / U_вх): (∆I_вых / I_вых). (2.40)

где - U_вх,U_вых,I_вых входные и выходные номинальные

напряжения и номинальные токи стабилизатора.

Коэффициент стабилизации в стабилизаторах может находится в пределах до 20 (для параметрических) и может доходить до 100 000 (для компенсационных).

- коэффициент нестабильности, согласно ГОСТ 23413-79, это величина обратная коэффициенту стабилизации.

К_н(U)= 1/К_ст(U), (2.41)

К_{н (I)}=1/К_ст(I), (2.42)

- нестабильность выходного напряжения (тока) или статическая ошибка, которая определяется собой отношение приращения выходного напряжения к номинальному значению, при неизменном токе нагрузки стабилизатора:

δ(U)= ∆U_вых/U_вых, при I_н =const. (2.43)

- дифференциальное выходное сопротивление Z_вых стабилизатора напряжения (тока), равное отношению приращения выходного напряжения ∆Uвых к приращению тока нагрузки ∆I_н, при неизменном входном напряжении U_вх=const.:

Z_вых = ∆U_вых / I_н, при U=const. (2.44)

Выходное сопротивление стабилизатора напряжения (тока) может быть очень малым, и транзисторных стабилизаторах доходит до тысячных долей Ома. Малое выходное сопротивление стабилизатора напряжения (тока) предовращает самовозбуждение питаемой аппаратуры и улучшает ее частотную характеристику. Часто стабилизатор напряжения (тока) применяется не только для стабилизации напряжения, сколько для получения источника вторичного электропитания РЭА с низким выходным сопротивлением.

- коэффициент сглаживания пульсации напряжения источника вторичного электропитания:

K_ф =(U_вх~/U_вых~) · (U_вых/U_вх), (2.45)

где U_вх~,U_вых~ - максимальные значения переменных

составляющих;

U_вх,U_вых - постоянные составляющие напряжения

стабилизатора.

Рассматривая амплитуды переменных составляющих на входе и выходе как приросты напряжений, получим что коэффициент стабилизации является в то же время и коэффициентом сглаживания эквивалентного фильтра.

К_ст = К_ф.

- коэффициент полезного действия (КПД), это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку Р_н, к мощности потребляемой от первичного источника питания:

ή_стб = (Р _н / Р_пот) · 100%, (2.46)

- температурный коэффициент – это отношение относительного изменения выходного напряжения к вызвавшему его изменению температуры окружающей среды:

ТКН = ∆U_вых/(∆ТU_вых), %/°С. (2.47)

Приведенная система параметров достаточно полно отражает функциональные свойства стабилизатора напряжения любого типа независимо от его схемы или конструкции.

К стабилизаторам предъявляются следующие требования.

Стабилизатор должен обеспечить:

1) заданный коэффициент стабилизации при U_ном и I_ном на выходе при

заданных изменениях входного напряжения и нагрузочного сопротивления;

2) заданную величину выходного сопротивления в рабочем диапазоне частот

потребителя;

3) заданный ТКН;

4) заданный коэффициент пульсации Uвых;

5) заданный КПД;

6) суммарную нестабильность (если она задана);

7) работу в пределах заданного диапазона температуры окружающей среды;

8) приемлемые удельные массогабаритные показатели и стоимость;

9) достаточную надежность;

10) заданные динамические показатели (ели они заданны);

11) необходимую регулировку U_вых (при необходимости).

По мощности стабилизаторы напряжения (тока) подразделяются на маломощные (до 50 Вт), средние (до 2 кВт) и большой мощности (свыше 2кВт).

По принципу действия стабилизаторы напряжения (тока) подразделяются на стабилизаторы непрерывного действия (параметрические и компенсационные) и импульсные.

Дата добавления: 2014-01-04