Стабилизаторы напряжения

В силу ряда причин напряжение на зажимах реальных генераторов не остается при эксплуатации постоянным. Задача стабилизации напряже­ния заключается в том, чтобы несмотря на эти колебания напряжения на нагрузке оставалось постоянным. С этой целью между источником пита­ния и нагрузкой включается четырехполюсник, выполняющий роль стаби­лизатора напряжения (рис. 9.7).

Рис. 9.7. Схема включения стабилизатора напряжения

Степень стабилизации напряжения характеризуется величиной коэффициента стабилизации d,

.

Чем больше d, тем совершеннее стабилизатор напряжения.

Если четырехполюсник (стабилизатор) составлен из линейных эле­ментов, то в силу применимости к ним принципа суперпозиций эффект стабилизации напряжения принципиально невозможен и d=1.

Рассмотрим некоторые простейшие схемы стабилизаторов основанных на использовании нелинейных активных элементов (рис. 9.8).

Рис. 9.8. Схема стабилизатора напряжения с нарастающей крутизной характеристики Н.Э.

Пусть к источнику U_ВХ подключена цепь последовательно соединен­ных линейного сопротивления R, которое назовем балластным и нелиней­ного сопротивления r(i), имеющего характеристику с нарастающей крутиз­ной, например варистор (рис. 9.9.).

Рис. 9.9. Ампервольтная характеристика Н.Э.

Отношения напряжения при R_Н=¥

, (9.1)

где г - статическое сопротивление Н.Э.

, (9.2)

где r_d – динамическое сопротивление Н.Э.

Разделив (9.2) на (9.1) найдем коэффициент стабилизации для данной схемы

. (9.3)

Из (9.3) следует, что для получения большего d необходимо:

1. Применение такого нелинейного элемента, у которого r_d<<r.

2. Использование достаточно большого балластного сопротивления R>>r.

Если R®0, то U_ВЫХ=U_BХ, Du_ВХ=Du_ВЫХ и стабилизация отсутствует, d=1 .

Необходимость большего балластного сопротивления является недостатком, так как на R теряется значительная часть напряжения источни­ка питания и бесполезно расходуется мощность.

Формула (9.З) справедлива, если сопротивление нагрузки отсутст­вует (R_Н=¥). Наличие R_Н маскирует нелинейные свойства цепи. Поэтому сопротивление нагрузки выбирают большим.

Другой вариант схемы стабилизации напряжения (рис. 9.10.) основан на использовании нелинейных элементов с убывающей крутизной характеристики (рис. 9.11.).

Рис. 9.10. Схема стабилизатора напряжения с убывающей крутизной характеристики Н.Э.

Рис. 9.11. Ампервольтная характеристика Н.Э.

Для определения d найдем отношения

, (9.4)

. (9.5)

Разделим (9.5) на (9.4)

.

Высокий d, будет обеспечен в том случае если:

1. У нелинейного элемента r_d>>r.

2. Сопротивление R_H достаточно мало R_H <<г.