Стабилизаторы тока. Виды и устройство. Работа и применение
Стабилизаторы тока предназначены для стабилизации тока на нагрузке. Напряжение на нагрузке зависит от его сопротивления. Стабилизаторы необходимы для функционирования различных электронных приборов, например газоразрядные лампы.
Для качественного заряда аккумуляторов также необходимы стабилизаторы тока. Они используются в микросхемах для настройки тока каскадов преобразования и усиления. В микросхемах они играют роль генератора тока. В электрических цепях всегда есть разного рода помехи. Они отрицательно влияют на действие приборов и электрических устройств. С такой проблемой легко справляются стабилизаторы.
Виды стабилизаторов тока
Отличительной чертой стабилизаторов тока является их значительное выходное сопротивление. Это дает возможность исключить влияние напряжения на входе, и сопротивления нагрузки, на значение тока на выходе устройства. Стабилизаторы тока поддерживают выходной ток в определенных пределах, меняя при этом напряжение таким образом, что ток, протекающий по нагрузке, остается постоянным.
Стабилизаторы тока на резисторе
В элементарном случае генератором тока может быть схема, состоящая из блока питания и сопротивления. Подобная схема часто используется для подключения светодиода, выполняющего функцию индикатора.
Из недостатков такой схемы можно отметить необходимость использования высоковольтного источника. Только при таком условии можно использовать резистор, имеющий высокое сопротивление, и получить хорошую стабильность тока. На сопротивлении рассеивается мощность P = I 2 х R.
Стабилизаторы на транзисторах
Значительно лучше функционируют стабилизаторы тока, собранные на транзисторах.
Можно выполнить настройку падения напряжения таким образом, что оно будет очень маленьким. Это дает возможность снижения потерь при хорошей стабильности тока на выходе. На выходе транзистора сопротивление очень большое. Такая схема применяется для подключения светодиодов или зарядки аккумуляторных батарей малой мощности.
Напряжение на транзисторе определяется стабилитроном VD1. R2 играет роль датчика тока и обуславливает ток на выходе стабилизатора. При увеличении тока падение напряжения на этом резисторе становится больше. Напряжение поступает на эмиттер транзистора. В итоге напряжение на переходе база-эмиттер, которое равно разности напряжения базы и эмиттерного напряжения, снижается, и ток возвращается к заданной величине.
Схема токового зеркала
Аналогично функционируют генераторы тока. Популярной схемой таких генераторов является «токовое зеркало», в которой вместо стабилитрона применяется биполярный транзистор, а точнее, эмиттерный переход. Вместо сопротивления R2 применяется сопротивление эмиттера.
Стабилизаторы тока на полевике
Схема с применением полевых транзисторов более простая.
Нагрузочный ток проходит через R1. Ток в цепи: «+» источника напряжения, сток-затвор VТ1, нагрузочное сопротивление, отрицательный полюс источника – очень незначительный, так как сток-затвор имеет смещение в обратную сторону.
Напряжение на R1 положительное: слева «-», справа напряжение равно напряжению правого плеча сопротивления. Поэтому напряжение затвора относительно истока минусовое. При снижении нагрузочного сопротивления, ток повышается. Поэтому напряжение затвора по сравнению с истоком имеет еще большую разницу. Вследствие этого транзистор закрывается сильнее.
При большем закрытии транзистора нагрузочный ток снизится, и возвратится к начальной величине.
Устройства на микросхеме
В прошлых схемах имеются элементы сравнения и регулировки. Аналогичная структура схемы применяется при проектировании устройств, выравнивающих напряжение. Отличие устройств, стабилизирующих ток и напряжение, заключается в том, что в цепь обратной связи сигнал приходит от датчика тока, который подключен к цепи нагрузочного тока. Поэтому для создания стабилизаторов тока используют популярные микросхемы 142 ЕН 5 или LМ 317.
Здесь роль датчика тока играет сопротивление R1, на котором стабилизатор поддерживает постоянное напряжение и нагрузочный ток. Величина сопротивления датчика значительно ниже, чем нагрузочное сопротивление. Снижение напряжения на датчике влияет на напряжение выхода стабилизатора. Подобная схема хорошо сочетается с зарядными устройствами, светодиодами.
Импульсный стабилизатор
Высокий КПД имеют импульсные стабилизаторы, выполненные на основе ключей. Они способны при незначительном напряжении входа создавать высокое напряжение на потребителе. Такая схема собрана на микросхеме МАХ 771.
Сопротивления R1 и R2 играют роль делителей напряжения на выходе микросхемы. Если напряжение на выходе микросхемы становится выше опорного значения, то микросхема снижает выходное напряжение, и наоборот.
Если схему изменить таким образом, чтобы микросхема реагировала и регулировала ток на выходе, то получится стабилизированный источник тока.
При падении напряжения на R3 ниже 1,5 В, схема работает в качестве стабилизатора напряжения. Как только нагрузочный ток повышается до определенного уровня, то на резисторе R3 падение напряжения становится больше, и схема действует как стабилизатор тока.
Сопротивление R8 подключается по схеме тогда, когда напряжение становится выше 16,5 В. Сопротивление R3 задает ток. Отрицательным моментом этой схемы можно отметить значительное падение напряжения на токоизмерительном сопротивлении R3. Эту проблему можно решить путем подключения операционного усилителя для усиления сигнала с сопротивления R3.
Устройство и принцип действия
На нестабильность нагрузочного тока влияет значение сопротивления и напряжения на входе. Пример: в котором сопротивление нагрузки постоянно, а напряжение на входе повышается. Ток нагрузки при этом также возрастает.
В результате этого повысится ток и напряжение на сопротивлениях R1 и R2. Напряжение стабилитрона станет равным сумме напряжений сопротивлений R1, R2 и на переходе VT1 база-эмиттер: Uvd1=UR1+UR2+UVT1(б/э)
Напряжение на VD1 не меняется при меняющемся входном напряжении. Вследствие этого ток на переходе база-эмиттер снизится, и повысится сопротивление между клеммами эмиттер-коллектор. Сила тока на переходе коллектор-эмиттере и нагрузочное сопротивление станет снижаться, то есть переходить к первоначальной величине. Так выполняется выравнивание тока и поддержание его на одном уровне.
Стабилизатор для светодиодов
Изготовить такое устройство самостоятельно можно с применением микросхемы LМ 317. Для этого останется только подобрать резистор. Питание для стабилизатора целесообразно применять следующее:
Достоинством такого устройства является низкая стоимость, простота конструкции, повышенная надежность. Сложную схему нет смысла собирать самостоятельно, проще ее приобрести.
СТАБИЛИЗАЦИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
— поддержание заданного значениянапряжения (или тока) при изменении сопротивления нагрузки, напряженияпитания и т. п. Для С. т. и н. обычно применяются электронные устройства.
Полезное
Смотреть что такое «СТАБИЛИЗАЦИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ» в других словарях:
Стабилизация тока контактной машины — 40. Стабилизация тока контактной машины Стабилизация тока Поддержание сварочного тока контактной машины в заданных пределах при колебании напряжения питающей сети Источник: ГОСТ 22990 78: Машины контактные. Термины и определения оригинал… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
стабилизация — 3.6.4 стабилизация (stabilisation): Состояние, при котором три отсчета показаний газоанализатора, взятые подряд с интервалом 2 мин при неизменном составе анализируемого газа отличаются между собой не более чем на ±1 % диапазона измерений.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ — устройство, вырабатывающее напряжение питания заданной величины из др. питающего напряжения (напр., для питания аппаратуры от аккумулятора). Одним из осн. требований, предъявляемых к П. н., является обеспечение максимального кпд. Преобразование… … Физическая энциклопедия
компенсационный стабилизатор напряжения — 8 компенсационный стабилизатор напряжения [тока] (источник а электропитания РЭА) : Стабилизатор напряжения [тока] источника электропитания радиоэлектронной аппаратуры, в котором стабилизация напряжения [тока] осуществляется за счет воздействия… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Компенсационный стабилизатор напряжения (тока) вторичного электропитания РЭА — а электропитания РЭА) : Стабилизатор напряжения [тока] источника электропитания радиоэлектронной аппаратуры, в котором стабилизация напряжения [тока] осуществляется за счет воздействия изменения выходного напряжения [тока] на его регулирующее… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
параметрический стабилизатор напряжения — 7 параметрический стабилизатор напряжения [тока] (источника электропитания РЭА) : Стабилизатор напряжения [тока] источника электропитания радиоэлектронной аппаратуры, в котором отсутствует цепь обратной связи, и стабилизация напряжения [тока]… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Высоковольтная линия постоянного тока — (HVDC) используется для передачи больших электрических мощностей по сравнению с системами переменного тока. При передаче электроэнергии на большие расстояния устройства системы HVDC менее дороги и имеют более низкие электрические потери. Даже при … Википедия
стабилизаторы напряжения и тока — устройства для автоматического поддержания постоянства электрического напряжения на входах приёмников электрической энергии (стабилизатор напряжения) или силы тока в их цепях (стабилизатор тока) независимо от колебаний напряжения в питающей сети… … Энциклопедия техники
Параметрический стабилизатор напряжения (тока) вторичного электропитания РЭА — 11. Параметрический стабилизатор напряжения (тока) вторичного электропитания РЭА Параметрический стабилизатор напряжения (тока) Стабилизатор напряжения (тока) вторичного электропитания РЭА, в котором отсутствует цепь обратной связи и стабилизация … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Стабилизатор напряжения — У этого термина существуют и другие значения, см. Стабилизатор. Стабилизатор напряжения преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного… … Википедия
Стабилизаторы напряжения и тока
1 Общая классификация
Стабилизаторами напряжения (тока) называются устройства, автоматически поддерживающие напряжение (ток) на стороне потребителя с заданной степенью точности.
Основными дестабилизирующими факторами, вызывающими изменение напряжения (тока) потребителя, являются: колебания питающих напряжений; изменения потребляемой нагрузкой мощности.
Стабилизаторы разделяют в зависимости от рода напряжения (тока) на стабилизаторы переменного напряжения (тока) и стабилизаторы постоянного напряжения (тока). В свою очередь они делятся на стабилизаторы параметрические и компенсационные.
В параметрических стабилизаторах используются нелинейные элементы и стабилизация напряжения (тока) осуществляется за счет нелинейности их вольт-амперных характеристик.
Для стабилизации переменного напряжения используются дроссели с насыщенным ферромагнитным сердечником. Для стабилизации постоянного напряжения находят широкое применение кремниевые стабилитроны, стабисторы. В стабилизаторах тока используются полевые и биполярные транзисторы.
Компенсационные стабилизаторы представляют собой систему автоматического регулирования, содержащую цепь отрицательной обратной связи. Эффект стабилизации в данных устройствах достигается за счет изменения параметров управляемого прибора, называемого регулирующим элементом, при воздействии на него сигнала обратной связи. В компенсационных стабилизаторах напряжения сигнал обратной связи является функцией выходного напряжения, а в стабилизаторах тока – функцией выходного тока.
В зависимости от вида регулирования они, в свою очередь, подразделяются на непрерывные, импульсные и непрерывно-импульсные стабилизаторы.
Основным параметром как параметрических, так и компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения и тока является коэффициент стабилизации.
Коэффициент стабилизации для стабилизаторов напряжения – отношение относительных приращений напряжений на входе и выходе стабилизатора:
где ∆Uвх и ∆Uвых – приращения входного и выходного напряжений стабилизатора при неизменном токе нагрузки;
соответственно Uвх, Uвых – номинальные значения входного и выходного напряжений стабилизатора.
Коэффициент стабилизации для стабилизаторов тока:
где Iн, ∆Iн – ток и приращение тока в нагрузке соответственно.
Коэффициент Кст.т определяется при постоянном сопротивлении нагрузки (Rн = const).
где Rн, ∆Rн – сопротивление нагрузки и приращение сопротивления нагрузки стабилизатора при постоянном входном напряжении соответственно; ri – внутреннее сопротивление стабилизатора.
Коэффициент КRн определяется при постоянном входном напряжении (Uвх = const);
2 Параметрические стабилизаторы напряжения
В качестве параметрических стабилизаторов постоянного напряжения используют нелинейные элементы, напряжение которых мало зависит от тока, протекающего через них. В качестве таких нелинейных элементов чаще всего применяют кремниевые стабилитроны и стабисторы.
Кремниевые стабилитроны – это плоскостные диоды, изготовленные по особой технологии. Cтабилитроны работают на обратной ветви вольтамперной характеристики в области пробоя. В области пробоя незначительное увеличение напряжения вызывает существенное увеличение тока через стабилитрон. Однако «пробой» р—n-перехода не приводит к повреждению стабилитрона, если ток не превышает предельно допустимый.
Стабистор отличается от стабилитрона тем, что он работает на прямой ветви вольт-амперной характеристики и поэтому включается в цепь стабилизации в прямом направлении. Конструктивно стабистор представляет собой алюминиевый диск, на одну из плоскостей которого нанесен слой сплава олова с висмутом и кадмием. Селеновые стабисторы применяют для стабилизации напряжения менее 3 В. В последнее время промышленность выпускает стабисторы на основе кремния.
На рисунке 1 представлена схема однокаскадного параметрического стабилизатора на стабилитроне. Схема стабилизатора состоит балластного резистора RБ (гасящего резистора), включенного последовательно с нагрузкой. Параллельно нагрузке включается стабилитрон VD.
Рисунок 1 – Схема однокаскадного параметрического стабилизатора на стабилитроне
Для повышения стабильности напряжения может применяться схема каскадного соединения стабилитронов.
В качестве параметрических стабилизаторов постоянного тока используются нелинейные элементы, ток которых мало зависит от напряжения, приложенного к ним. В качестве такого элемента можно использовать полевой транзистор.
Широкое распространение получила схема параметрического стабилизатора тока на полевом транзисторе, когда затвор и исток закорочены (рисунок 2).
Рисунок 2 – Схема параметрического стабилизатора тока на полевом транзисторе
Полевой транзистор включен последовательно с сопротивлением нагрузки. Из характеристик полевого транзистора видно, что если напряжение затвор-исток неизменно, то и ток стока полевого транзистора изменяется незначительно при изменении напряжения сток-исток.
3 Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с непрерывным регулированием
Наиболее широкое применение получили схемы непрерывных стабилизаторов напряжения с последовательным и параллельным включением регулирующего элемента в цепи постоянного тока.
В качестве основной элементной базы в стабилизаторах с непрерывным регулированием используют транзисторы и интегральные схемы в виде операционных усилителей. В настоящее время промышленность выпускает также маломощные непрерывные стабилизаторы напряжения в виде полупроводниковых микросхем.
Рисунок 3 – Структурная (а) и принципиальная (б) схемы транзисторного стабилизатора напряжения
Структурная и принципиальная схемы транзисторного стабилизатора напряжения приведены на рисунке 3. Регулирующий элемент 1 (рисунок 3, а) включается последовательно с нагрузкой на выходе. Выходное напряжение сравнивается в элементе 3 с напряжением эталонного источника 4. Отклонение напряжения от заданного значения с выхода элемента 3 воздействует через усилитель 2 на регулирующий элемент 1. С делителя напряжения R2, Rп, R3 (рисунок 3, б) снимается напряжение выхода, которое прикладывается к базе транзистора VT2. Одновременно с параметрического стабилизатора, составленного из сопротивления R4 (играющего роль балластного) и кремниевого стабилизатора VD, снимается эталонное напряжение, которое подается в эмиттерную цепь транзистора VT2. Таким образом, напряжение между базой и эмиттером Uб.э2 транзистора VT2 равно разности напряжений выходного и эталонного. Транзистор VT2 включен как обычный усилитель постоянного тока с общим эмиттером, где в качестве коллекторной нагрузки используется сопротивление R1. С увеличением напряжения выхода увеличивается напряжение Uб.э2 и транзистор VT2 увеличивает коллекторный ток Iк. Соответственно уменьшается напряжение между базой и эмиттером транзистора VT1, являющегося регулирующим элементом. При этом его внутреннее сопротивление увеличивается, а напряжение на выходе стабилизатора снижается. Конденсатор C1 обеспечивает гибкую отрицательную обратную связь и служит для устранения возможных автоколебаний в системе. Конденсатор C2 улучшает динамические свойства стабилизатора при быстрых изменениях тока нагрузки.
Стабилизатор тока (рисунок 4) имеет большое внутреннее сопротивление и его применение эквивалентно включению в коллекторную цепь транзистора VTy очень большого сопротивления.
Рисунок 4 – Схема стабилизатора тока на биполярном транзисторе
При изменении напряжения на входе, например увеличении, в первый момент увеличивается напряжение на выходе. Увеличение напряжения Uвых ведет к увеличению напряжения на нижнем плече делителя URII. Это, в свою очередь, приводит к увеличению положительного потенциала на базе усилительного транзистора VTy и его базовый и коллекторный токи увеличиваются. Так как ток коллектора транзистора VT2 равный сумме токов Iб1+Iку, величина постоянная, то увеличение тока Iку приводит к уменьшению тока базы регулирующего транзистора Iб1. Уменьшение тока Iб1, приводит к увеличению напряжения коллектор-эмиттер регулирующего транзистора, и выходное напряжение уменьшается до своего первоначального значения.
Аналогично схема работает при изменении тока нагрузки и регулировки выходного напряжения.
4 Феррорезонансные стабилизаторы тока и напряжения
В качестве параметрических стабилизаторов широко применяют феррорезонансные стабилизаторы тока и напряжения, представляющие собой цепи из различных комбинаций насыщенных и ненасыщенных дросселей и трансформаторов, сопротивлений и емкостей. Их работа основана на том, что напряжение на насыщенном дросселе мало возрастает при увеличении тока, протекающего через дроссель. Индукция в ненасыщенном дросселе обычно 0,8—0,9 Тл, а в насыщенных 1,6—1,8 Тл. Нелинейная вольт-амперная характеристика таких стабилизаторов представлена на рисунке 5, а.
Рисунок 5 – Нелинейная характеристика феррорезонансного стабилизатора напряжения (а) и его схема (б)
Одна из схем феррорезонансного стабилизатора напряжения, приведена на рисунке 5, б. В этой схеме компенсационная обмотка wкомп включена таким образом, что ее напряжение вычитается из напряжения, снимаемого с автотрансформатора Т. Это приводит к уменьшению динамического сопротивления Rдин = dU/dI вольт-амперной характеристики и к улучшению стабилизационных свойств.
Феррорезонансные стабилизаторы применяют в различных системах электроавтоматики, электронной микроскопии, радиотелевизионных установках, телеметрии и т.д. Их достоинствами являются небольшая стоимость, высокая надежность в работе, легкость изготовления на широкий диапазон мощностей и отсутствие частей, которые быстро приходят в негодность при эксплуатации.
В качестве недостатка следует отметить зависимость стабилизированного напряжения от частоты питания и от cosφ нагрузки, а также несинусоидальность стабилизированного напряжения.
ElectronicsBlog
Обучающие статьи по электронике
Стабилитрон. Параметрические стабилизаторы напряжения
Доброго времени суток. Сегодня мой пост о стабилизаторах напряжения. Что же это такое? Прежде всего, любой радиоэлектронной схеме для работы необходим источник питания. Источники питания бывают разные: стабилизированные и нестабилизированные, постоянного тока и переменного тока, импульсные и линейные, резонансные и квазирезонансные. Такое большое разнообразие обусловлено различными схемами, от которых будут работать электронные схемы. Ниже приведена таблица сравнения схем источников питания.
Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.
| Показатель | Линейный источник питания | Импульсный источник питания |
| Стоимость | Низкая | Высока |
| Масса | Большая | Небольшая |
| ВЧ-шум | Отсутствует | Высокий |
| КПД | 35 — 50 % | 70 — 90 % |
| Несколько выходов | Нет | Есть |
Для питания электронных схем, которые не требуют высокой стабильности питающего напряжения постоянного тока или большой выходной мощности, целесообразно применять простые, надёжные и дешевые линейные источники напряжения. Основой любого линейного источника напряжения является параметрический стабилизатор напряжения. Основой таких устройств является элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой, у которого напряжение на электродах мало зависит от протекающего через элемент тока. Одним из таких элементов является стабилитрон.
Стабилитрон представляет собой особую группу диодов, режим работы которых характеризуется обратной ветвью вольт-амперной характеристики в области пробоя. Рассмотрим поподробнее вольт-амперную характеристику диода.
Вольт-амперная характеристика диода
Принцип работы стабилитрона
Когда диод включён в прямом направлении (анод – «+», катод – «–»), то он свободно начинает пропускать ток при напряжении Uпор, а при включении в обратном направлении (анод – «–», катод – «+») через диод может проходить лишь ток Iобр, который имеет значение нескольких мкА. Если увеличивать обратное напряжение Uобр на диоде до определённого значения Uобр.max произойдёт электрический пробой диода и если ток достаточно вели, то происходит тепловой пробой и диод выходит из строя. Диод можно заставить работать в области электрического пробоя, если ограничить ток, который проходит через диод (напряжение пробоя для разных диодов составляет 50 – 200 В).
Стабилитрон же разработан таким образом, что его вольт-амперная характеристика в области пробоя обладает высокой линейностью, а напряжение пробоя достаточно постоянно. Таким образом можно сказать, что стабилизация напряжения стабилитроном осуществляется при его работе на обратной ветви вольт-амперной характеристики, в области же прямой ветви стабилитрон ведёт себя аналогично обыкновенному диоду. Стабилитрон обозначается следующим образом
Обозначение стабилитрона
Основные параметры стабилитрона
Рассмотрим основные параметры стабилитрона по его вольт-амперной характеристике.
Вольт-амперная характеристика стабилитрона
Напряжение стабилизации Uст определяется напряжением на стабилитроне при протекании тока стабилизации Iст. В настоящее время выпускаютя стабилитроны с напряжением стабилизации от 0,7 до 200 В.
Максимально допустимый постоянный ток стабилизации Iст.max ограничен значением максимально допустимой рассеиваемой мощности Pmax, зависящей в свою очередь от температуры окружающей среды.
Минимальный ток стабилизации Iст.min определяется минимальным значением тока через стабилитрон, при котором ещё полностью сохраняется работоспособность прибора. Между значениями Iст.max и Iст.min вольт-амперная характеристика стабилитрона наиболее линейна и напряжение стабилизации изменяется незначительно.
Дифференциальное сопротивление стабилитрона rСТ – величина, определяемая отношением приращения напряжения стабилизации на приборе ΔUCT к вызвавшему его малому приращению тока стабилизации ΔiCT.
Стабилитрон, включённый в прямом направлении, как обычный диод, характеризуется значениями постоянного прямого напряжения Uпр и максимально допустимого постоянного прямого тока Iпр.max.
Параметрический стабилизатор
Основная схема включения стабилитрона, которая является схемой параметрического стабилизатора, а также источником опорного напряжения в стабилизаторах других типов приведена ниже.
Схема включения стабилитрона
Данная схема представляет собой делитель напряжения, состоящий из балластного резистора R1 и стабилитрона VD, параллельно которому включено сопротивление нагрузки RН. Такой стабилизатор напряжения обеспечивает стабилизацию выходного напряжения при изменении напряжения питания UП и тока нагрузки IН.
Рассмотрим принцип работы данной схемы. Увеличении напряжения на входе стабилизатора приводит к увеличению тока который проходит через резистор R1 и стабилитрон VD. За счёт своей вольт-амперной характеристики напряжение на стабилитроне VD практически не изменится, а соответственно напряжение на сопротивлении нагрузки Rн тоже. Таким образом практически всё изменение напряжение будет приложено к резистору R1. Таким образом достаточно легко подсчитать необходимые параметры схемы.
Расчёт параметрического стабилизатора.
Исходными данными для расчёта для расчёта простайшего параметрического стабилизатора напряжения являются:
входное напряжение U0;
выходное напряжение U1 = Ust – напряжение стабилизации;
Для примера возьмём следующие данные: U0 = 12 В, U1 = 5 В, IH = 10 мА = 0,01 А.
1. По напряжению стабилизации выбираем стабилитрон типа BZX85C5V1RL (Ust = 5,1 В, дифференциальное сопротивление rst = 10 Ом).
2. Определяем необходимое балластное сопротивление R1:
3. Определяем коэффициент стабилизации:
4. Определяем коэффициент полезного действия
Увеличение мощности параметрического стабилизатора
Максимальная выходная мощность простейшего параметрического стабилизатора напряжения зависит от значений Iст.max и Pmax стабилитрона. Мощность параметрического стабилизатора может быть увеличена, если в качестве регулирующего компонента использовать транзистор, который будет выступать в качестве усилителя постоянного тока.
Параллельный стабилизатор
Схема ПСН с параллельным включением транзистора
Схема представляет собой эмиттерный повторитель, параллельно транзистору VT включено сопротивление нагрузки RH. Балластный резистор R1 может быть включён как в коллекторную, так ив эмиттерную цепи транзистора. Напряжение на нагрузке равно
Схема работает следующим образом. При увеличении тока через резистор RH, а соответственно и напряжения (U1 = UCT) на выходе стабилизатора, происходит увеличение напряжения база-эмиттер (UEB) и коллекторного тока IK, так как транзистор работает в области усиления. Возрастание коллекторного тока приводит к увеличению падения напряжения на балластном резисторе R1, что компенсирует рост напряжения на выходе стабилизатора (U1 = UCT). Поскольку ток IСТ стабилитрона является одновременно базовым током транзистора, очевидно, что ток нагрузки в этой схеме может быть в h21e раз больше, чем в простейшей схеме параметрического стабилизатора. Резистор R2 увеличивает ток через стабилитрон, обеспечивая его устойчивую работу при максимальном значении коэффициента h21e, минимальном напряжении питания U0 и максимальном токе нагрузки IН.
Коэффициент стабилизации будет равен
где RVT – входное сопротивление эмиттерного повторителя
где Re и Rb – сопротивления эмиттера и базы транзистора.
Сопротивление Re существенно зависит от эмиттерного тока. С уменьшением тока эмиттера сопротивление Re быстро возрастает и это приводит к увеличению RVT, что ухудшает стабилизирующие свойства. Уменьшить значение Re можно за счёт применения мощных транзисторов или составных транзисторов.
Последовательный стабилизаттор
Параметрический стабилизатор напряжения, схема которого представлена ниже, представляет собой эмиттерный повторитель на транзисторе VT с последовательно включённым сопротивлением нагрузки RH. Источником опорного напряжения в данной схеме является стабилитрон VD.
Схема ПСН с последовательным включением транзистора
Выходное напряжение стабилизатора:
Схема работает следующим образом. При увеличении тока через резистор RH, а соответственно и напряжения (U1 = UST) на выходе стабилизатора происходит уменьшение отпирающего напряжения UEB транзистора и его базовый ток уменьшается. Это приводит к росту напряжения на переходе коллектор – эмиттер, в результате чего выходное напряжение практически не изменяется. Оптимальное значение тока опорного стабилитрона VD определяется сопротивлением резистора R2, включённого в цепь источника питания U0. При постоянном значении входного напряжения U0 базовый ток транзистора IB и ток стабилизации связаны между собой соотношением IB + IST = const.
Коэффициент стабилизации схемы
где Rk – сопротивление коллектора биполярного транзистора.
Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения может быть существенно увеличен при введении в его схему отдельного вспомогательного источника с U’0 > U1 и применении составного транзистора.
Схема ПСН с составным транзистором и питанием стабилитрона от отдельного источника напряжения
Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.
