Стабилизаторы тока и напряжения кратко

Обновлено: 02.07.2024

Стабилизатор напряжения — это электрическое устройство, которое используется для подачи постоянного напряжения на нагрузку на своих выходных клеммах независимо от каких-либо изменений или колебаний на входе, то есть входящего питания.

Основное назначение стабилизатора напряжения заключается в защите электрических или электронных устройств (например, кондиционера, холодильника, телевизора и так далее) от возможного повреждения в результате скачков напряжения или колебаний, повышенного или пониженного напряжения.

Рис.1 — Различные типы стабилизаторов напряжения

Стабилизатор напряжения также известен как AVR (автоматический регулятор напряжения).

Использование стабилизатора напряжения не ограничивается домашним или офисным оборудованием, которое получает электропитание извне.

Даже места, которые имеют свои собственные внутренние источники питания в виде дизельных генераторов переменного тока, сильно зависят от этих AVR для безопасности своего оборудования.

Зачем нужны стабилизаторы напряжения и его важность

Все электрические устройства спроектированы и изготовлены для работы с максимальной эффективностью с типичным источником питания, который известен как номинальное рабочее напряжение. В зависимости от расчетного безопасного предела эксплуатации рабочий диапазон (с оптимальной эффективностью) электрического устройства может быть ограничен до ± 5%, ± 10% или более.

Из-за многих проблем источник входного напряжения, которое мы получаем, всегда имеет тенденцию колебаться, что приводит к постоянно меняющемуся источнику входного напряжения. Это изменяющееся напряжение является основным фактором, способствующим снижению эффективности устройства, а также увеличению частоты его отказов.

Рис. 2 — Проблемы из-за колебаний напряжения

Как работает стабилизатор напряжения

Основная работа стабилизатора напряжения заключается в выполнении двух необходимых функций: функции понижения и повышения напряжения.

Функция понижения и повышения — это не что иное, как регулирование постоянного напряжения от перенапряжения.

Эта функция может выполняться вручную с помощью селекторных переключателей или автоматически с помощью дополнительных электронных схем.

Рис. 4 — Принципиальная схема функции понижения в стабилизаторе напряжения

Рис. 6 — Принципиальная схема функции повышения напряжения в стабилизаторе напряжения

Видео совет при выборе стабилизатор напряжения

Особенности сетевых стабилизаторов

Принципиальная схема стабилизатора напряжения данного типа представляет собой набор транзисторов, а также диодов. В свою очередь механизм замыкания в ней отсутствует. Регуляторы при этом имеются обычного типа. В некоторых моделях дополнительно устанавливается система индикации.

Она способна показать мощность скачков в сети. По чувствительности модели довольно сильно отличаются. Конденсаторы, как правило, в цепи имеются компенсационного типа. Система защиты у них отсутствует.

Устройства моделей с регулятором

Для холодильного оборудования востребованным является регулируемый стабилизатор напряжения. Схема его подразумевает возможность настройки прибора перед началом использования. В данном случае это помогает в устранении высокочастотных помех. В свою очередь электромагнитное поле проблем для резисторов не представляет.

Конденсаторы также включаются в регулируемый стабилизатор напряжения. Схема его не обходится без транзисторных мостов, которые соединяются между собой по коллекторной цепочке. Непосредственно регуляторы могут устанавливаться различных модификаций. Многое в данном случае зависит от предельного напряжения. Дополнительно учитывается тип трансформатора, который имеется в стабилизаторе.

Стабилизаторы "Ресанта"

Схема стабилизатора напряжения "Ресанта" представляет собой набор транзисторов, которые взаимодействуют между собой по коллектору. Для охлаждения системы имеется вентилятор. С высокочастотными перегрузками в системе справляется конденсатор компенсационного типа.

Также схема стабилизатора напряжения "Ресанта" включает в себя диодные мосты. Регуляторы во многих моделях устанавливаются обычные. Ограничения по нагрузке у стабилизаторов "Ресанта" есть. В целом помехи ими воспринимаются все. К недостаткам следует отнести высокую шумность трансформаторов.

Схема моделей с напряжением 220 В

Схема стабилизатора напряжения 220 В отличается от прочих устройств тем, что в ней имеется блок управления. Данный элемент соединяется напрямую с регулятором. Сразу за системой фильтрации имеется диодный мост. Для стабилизации колебаний дополнительно предусмотрена цепь из транзисторов. На выходе после обмотки располагается конденсатор.

С перегрузками в системе справляется трансформатор. Преобразование тока осуществляется им же. В целом диапазон мощности у данных устройств довольно высокий. Работать эти стабилизаторы способны и при минусовой температуре. По шумности они не отличаются от моделей других типов. Параметр чувствительности сильно зависит от производителя. Также на нее влияет тип установленного регулятора.

Принцип работы импульсных стабилизаторов

Схема электрическая стабилизатора напряжения данного типа схожа с моделью релейного аналога. Однако отличия в системе все же есть. Главным элементом в цепи принято считать модулятор. Занимается данное устройство тем, что считывает показатели напряжения. Далее сигнал переносится на один из трансформаторов. Там проходит полная обработка информации.

Высокочастотные модели стабилизаторов

По сравнению с релейными моделями, высокочастотный стабилизатор напряжения (схема показана ниже) является более сложным, и диодов в нем задействуется больше двух. Отличительной особенность приборов данного типа принято считать высокую мощность.

Трансформаторы в цепи рассчитаны на большие помехи. В результате данные приборы способны защитить любую бытовую технику в доме. Система фильтрации в них настроена на различные скачки. За счет контроля напряжения величина тока может изменяться. Показатель предельной частоты при этом будет увеличиваться на входе, и уменьшаться на выходе. Преобразование тока в этой цепи осуществляется в два этапа.

Первоначально задействуется транзистор с фильтром на входе. На втором этапе включается диодный мост. Для того чтобы процесс преобразования тока завершился, системе требуется усилитель. Устанавливается он, как правило, между резисторами. Таким образом, температура в устройстве поддерживается на должном уровне. Дополнительно в системе учитывается источник питания. Использование блока защиты зависит от его работы.

Стабилизаторы на 15 В

Для устройств с напряжением 15 В используется сетевой стабилизатор напряжения, схема которого по своей структуре является довольно простой. Порог чувствительности у приборов находится на малом уровне. Модели с системой индикации встретить очень сложно. В фильтрах они не нуждаются, поскольку колебания в цепи незначительные.

Особенности моделей на 5 В

Для устройств с напряжением 5 В используют специальный сетевой стабилизатор напряжения. Схема их состоит из резисторов, как правило, не более двух. Применяют такие стабилизаторы исключительно для нормального функционирования измерительных приборов. В целом они являются довольно компактными, а работают тихо.

Модели серии SVK

Модели данной серии относятся к стабилизаторам латерного типа. Чаще всего их используют на производстве для уменьшения скачков от сети. Схема подключения стабилизатора напряжения этой модели предусматривает наличие четырех транзисторов, которые расположены попарно. За счет этого ток преодолевает меньшее сопротивление в цепи. На выходе у системы имеется обмотка для обратного эффекта. Фильтров в схеме предусмотрено два.

За счет отсутствия конденсатора процесс преобразования также происходит быстрее. К недостаткам следует отнести большую чувствительность. На электромагнитное поле прибор реагирует очень остро. Схема подключения стабилизатора напряжения серии SVK регулятор предусматривает, как и систему индикации. Напряжение максимум устройством воспринимается до 240 В, а отклонение при этом не может превышать 10 %.

Автоматические стабилизаторы "Лигао 220 В"

Для систем сигнализации является востребованным от компании "Лигао" стабилизатор напряжения 220В. Схема его построена на работе тиристоров. Использоваться данные элементы способны исключительно в полупроводниковых цепях. На сегодняшний день типов тиристоров существует довольно много. По степени защищенности они делятся на статические, а также динамические. Первый вид используется с источниками электричества различной мощности. В свою очередь динамические тиристоры имеют свой предел.

Если говорить про компании "Лигао" стабилизатор напряжения (схема показана ниже), то в нем имеется активный элемент. В большей степени он предназначен для нормального функционирования регулятора. Представляет он собой набор контактов, которые способны соединяться. Необходимо это для того чтобы увеличивать или уменьшать предельную частоту в системе. В других моделях тиристоров может иметься несколько. Устанавливаются они между собой при помощи катодов. В результате коэффициент полезного действия устройства можно значительно повысить.

Низкочастотные устройства

Для обслуживания устройств с частотой менее 30 Гц существует такой стабилизатор напряжения 220В. Схема его схожа со схемами релейных моделей за исключением транзисторов. В данном случае они имеются с эмиттером. Иногда дополнительно устанавливается специальный контроллер. Многое зависит от производителя, а также модели. Контроллер в стабилизаторе необходим для передачи сигнала на блок управления.

Для того чтобы связь была качественной, производители используют усилитель. Устанавливается он, как правило, на входе. На выходе в системе имеется обычно обмотка. Если говорить про предел напряжения в 220 В, конденсаторов можно найти два. Коэффициент передачи тока у таких устройств довольно низкий. Причиною этого принято считать малую предельную частоту, которая является следствием работы контроллера. Однако коэффициент насыщения находится на высокой отметке. Во многом это связано именно с транзисторами, которые устанавливаются с эмиттерами.

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

Стабилизаторы тока на полевике

Схема с применением полевых транзисторов более простая.

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:

Блок от принтера на 32 В.
Блок от ноутбука на 19 В.
Любой блок питания на 12 В.

Достоинством такого устройства является низкая стоимость, простота конструкции, повышенная надежность. Сложную схему нет смысла собирать самостоятельно, проще ее приобрести.

Раньше у меня такие вопросы вызывали только улыбку. Но сейчас я решил, что нужно вполне серьёзно на них ответить. Рассказать, чем же отличается схемотехника стабилизаторов тока и стабилизаторов напряжения. Вместо слова стабилизатор можете подставить генератор или источник.

Таким образом если мы изменяем сопротивление нагрузки у источника напряжения, то напряжение на нагрузке остаётся стабильным, а ток, протекающий через нагрузку, изменяется.

Если мы изменяем сопротивление нагрузки у источника тока, то ток, протекающий через нагрузку, остаётся неизменным, а напряжение на нагрузке изменяется.

Сразу оговорюсь что никакие химические, фотоэлектрические, электромеханические и т.д. и т.п. источники электроэнергии, не оснащённые специальными схемами стабилизации выходных характеристик, не могут рассматриваться ни как источник напряжения ни как источник тока. Они нечто среднее между тем и другим так как и ток и напряжение на выходе у них изменяются и при изменении сопротивления нагрузки, и с течением времени и по разным другим причинам. Такие источники являются источниками ЭДС.

Рассмотрим для начала что такое стабилизатор вообще. Функциональная схема любого стабилизатора выглядит так как показано на Рис. 1.

Рис. 1 Функциональная схема стабилизатора.

— УМ — усилитель мощности. Надо понимать, что несмотря на грозное название усилителем мощности может послужить обычный транзистор. Внутри интегральных микросхем таких усилителей мощности пруд пруди.

Выходной параметр, ток или напряжение подаётся на один из входов УО. Ко второму входу подключен некий эталон. Если величина параметра на выходе УМ не совпадает с величиной эталона, то образуется некоторая разница между первым и вторым входом. Эта разница называется ошибкой.

УО усиливает эту ошибку во много раз и выдаёт на УМ в виде управляющего сигнала, этот сигнал заставляет УМ изменить свои характеристики так чтобы выходной параметр (ток или напряжение) пришёл в соответствие с эталоном.

Думаю, должно быть понятно, что для того, чтобы поддерживать минимальную разность между выходным параметром и эталоном УО должен обладать очень большим коэффициентом усиления (Ку).

Начнём с простейшего стабилизатора напряжения, Рис. 2. Кстати, схемы, построенные по такому принципу в основном и были распространены примерно до 1980 года.

— Эталон теперь будет называться опорным напряжением (Uоп). Независимо от того стабилизатор чего мы строим тока или напряжения, на вход 1 УО будет подаваться напряжение.

Рис. 2 Схема простого стабилизатора напряжения.

Действительно, переход Б-Э это фактически включенный в прямом направлении полупроводниковый диод. А как известно на p-n переходе диода при прямом включении возникает некоторое довольно стабильное падение напряжение. И это напряжение очень слабо зависит от протекающего через диод тока. Стабильность напряжения Б-Э зависит от крутизны вольтамперной характеристики этого диода. Чем круче характеристика, тем меньше влияние тока протекающего через диод на падение напряжения на нём, что эквивалентно большому Ку усилителя ошибки.

Так как Uоп и Uбэ стабильны то и Uн также стабильно. Причём, при идеальных Uоп и Uбэ, Uн не будет зависеть ни от изменения питающего напряжения, ни от изменения сопротивления нагрузки. В разумных пределах, конечно.

Теперь давайте подумаем, как нам этот стабилизатор напряжения переделать в стабилизатор (генератор) тока.

Так как ток, протекающий через нагрузку, течёт от источника питания к коллектору транзистора, а затем в эмиттер, то следовательно ток в нагрузке практически точно соответствует току, протекающему через коллектор.

Если вместо Rн запаять постоянный резистор тогда величина тока, протекающего через коллектор, будет постоянна и не будет зависеть от изменения напряжения питания, Рис. 3.

Вот мы, собственно говоря, уже и получили генератор (источник) тока. Правда работать он будет сам на себя, а потому в таком виде никому не нужен.

Преобразовать его в полноценный генератор тока совсем просто. Нужно оторвать коллектор транзистора от цепи питания и включить в разрыв нагрузку, Рис. 4.

Рис. 4 Схема простого генератора (стабилизатора) тока.

В этой схеме ток в нагрузке будет стабильным и не будет зависеть от напряжения питания и сопротивления нагрузки, опять же — в разумных пределах. Как эти пределы рассчитать я рассказывал в предыдущей статье.

Таким образом стабилизатор напряжения (Рис. 2) я преобразовал в генератор тока (Рис. 4). Но в этих схемах есть один недостаток — очень низкий коэффициент стабилизации. Связано это как малой стабильностью ИОН на стабилитроне VD1, так и с низкой стабильностью Uбэ.

В этой схеме ИОН может быть построен на стабилитронах или на более современных компонентах, например трёхвыводная микросхема TL431 или её аналог.

Операционный усилитель ОУ выполняет роль усилителя ошибки. Такое построение схемы позволяет получить очень высокую стабильность выходных характеристик. Здесь резистор Rэ выполняет роль датчика тока (ДТ). Падение напряжения на этом датчике тока изменяется пропорционально изменению протекающего через него тока.

ИОН обычно выдаёт Uоп в районе (2 — 5) Вольт. Делителем R1R2 устанавливают требуемое выходное напряжение. Чем больше коэффициент деления делителя, тем больше выходное напряжение.

Генераторы тока по схеме изображённой на Рис. 5 вполне себе строятся так как от генераторов тока обычно не требуется большая мощность. Обычно они питают различные резистивные датчики температуры, давления, освещённости. В этих случаях требуется высокая стабильность генератора тока, а не мощность.

Стабилизаторы напряжения в наше время в основном представляют из себя импульсные источники питания. Это позволяет получить высокий КПД и хорошие массогабаритные характеристики. Но в некоторых случаях не обойтись и без аналоговых стабилизированных источников питания. Например, там, где предъявляются высокие требования к уровню высокочастотных помех. Все импульсные источники довольно сильно фонят.

Стабилизаторы напряжения окружают нас со всех сторон. Ни один компьютер или телевизор не может обойтись без них. Даже мобильник нужно время от времени заряжать через зарядное устройство, которое представляет собой ничто иное как стабилизированный источник напряжения.

Генераторы тока для нас не так заметны. Но могу вас уверить что вы их постоянно неосознанно используете.

Практически каждая интегральная микросхема содержит внутри себя генератор тока (источник стабильного тока). В больших интегральных микросхемах их сотни если не тысячи.

Как известно заряд аккумулятора нужно проводить стабильным током. Для этого используют мощный источник питания, в который встроены две цепи обратной связи, одна по напряжению, она не даёт выходному напряжению превысить некоторый установленный уровень. Другая по току ограничивающая выходной ток устройства, а следовательно, и ток заряда.

Таким образом когда вы подключаете разряженный аккумулятор к зарядному устройству возникает режим перегрузки. Обратная связь по току реагирует на это и ограничивает ток на выходе. Напряжение на выходных клеммах при этом падет. В дальнейшем по мере заряда аккумулятора напряжение растёт, ток при этом остаётся неизменным.

Вторым примером может служить полупроводниковый сварочный аппарат. Здесь та же ситуация, а вернее даже ещё хуже, так как в начале процесса сварки на выходе аппарата вообще создаётся короткое замыкание. Но обратная связь по току не даёт току вырасти до опасной величины и сбрасывает уровень выходного напряжения. Дальше уже в процессе сварки эта же обратная связь следит за постоянством тока в электрической дуге, выходное напряжение при этом будет колебаться. Таким образом сварочный аппарат работает в режиме генератора тока.

То есть и сварочный аппарат, и зарядное устройство если правильно организовать обратные связи и ввести соответствующие переключатели, можно использовать по прямому назначению, то есть в режиме генератора (стабилизатора) тока, а также как стабилизированные источники напряжения.

Всё зависит от того откуда снимается сигнал для ОС. Если непосредственно с выхода, то получаем стабилизатор напряжения. Если с датчика тока, то получим генератор тока.

Правда если говорить о современных источниках питания, то они представляют собой стабилизированные источники напряжения со схемой ограничения по току.

То есть в них присутствуют обе обратные связи: и по напряжению, и по току. Но обратная связь по току включается в работу только в случае перегрузки. Именно поэтому большинство современных источников питания способны выдерживать даже длительные короткие замыкания на выходе.

Нормальная работа большинства электронных устройств невозможна без стабильного напряжения питания. Чем чувствительнее устройство, тем точнее измерительное устройство, тем выше должна быть стабильность источника питания. Так, для электронного микроскопа нестабильность питающего напряжения не должна превышать 0,005%, усилители постоянного тока допускают нестабильность напряжений не более 0,0001%.

В качестве стабилизирующих устройств напряжения используют стабилизаторы , которые подразделяют на параметрические и компенсационные. В качестве параметрических стабилизаторов используют нелинейные элементы. Такие стабилизаторы применяют для питания устройств с малыми токами потребления. Их основные недостатки: невозможность плавной регулировки выходного напряжения, малый КПД, большое внутреннее сопротивление и малая выходная мощность; зависимость выходного напряжения от температуры окружающей среды и частоты тока питающей сети.

Компенсационные стабилизаторы напряжения и тока представляют собой замкнутую систему автоматического регулирования с отрицательной обратной связью (ООС). Наибольшее распространение получили полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения, которые подразделяются по способу включения регулирующего элемента относительно нагрузки на последовательные и параллельные , а по режиму работы регулирующего элемента — на линейные и импульсные (ключевые).

Основными параметрами стабилизаторов напряжения являются следующие:

коэффициент стабилизации по входному напряжению;
внутреннее сопротивление стабилизатора Rвx=∆Uвых / ∆Ih ;
температурный коэффициент стабилизации TKC % = ∆Uеых /∆T , при Uвx = = const и Ih = const.

В качестве параметрических стабилизаторов постоянных напряжений используют нелинейные сопротивления, в которых ток является нелинейной функцией напряжения. К таким нелинейным сопротивлениям относят кремниевые стабилитроны.

Расчет параметрических стабилизаторов напряжения сводится к определению номинального входного напряжения U вх и балластного сопротивления Rб, при которых обеспечивается требуемый уровень и требуемая стабильность напряжения. Для получения более высокого напряжения стабилитроны VC 1 и VC 2 включают последовательно. Стабилизаторы на стабилитронах не обеспечивают высокой стабильности выходного напряжения; их коэффициент стабилизации Kcm не превышает нескольких десятков.

Для увеличения коэффициента K cm используют каскадное (последовательное) соединение стабилизаторов (звеньев), при котором коэффициент стабилизации равен произведению коэффициентов стабилизации звеньев. Недостатком такого стабилизатора является значительное увеличение входного напряжения, низкий КПД.

Высокой стабильности напряжения на нагрузке при незначительном увеличении напряжения на входе можно достигнуть применением токостабилизирующего активного двухполюсника.

При изменении напряжения ив изменяется напряжение U кэ на транзисторе VT, компенсируя изменение напряжения ∆Uв на входе и обеспечивая постоянство напряжения Uh на нагрузке с высокой степенью точности. Если, например, напряжение на входе уменьшается, то в результате уменьшения тока в цепи уменьшается напряжение на резисторе R6, а на переходе эмиттер-база напряжение увеличится, что вызовет увеличение тока базы, уменьшение сопротивления транзистора и падения напряжения на нем.

Как отмечалось, компенсационные стабилизаторы с цепью обратной связи по напряжению могут быть выполнены как с последовательным, так и с параллельным включением регулирующего элемента относительно нагрузки. В схеме с последовательным включением регулирующего элемента поддержание уровня напряжения на нагрузке осуществляется за счет изменения напряжения на самом регулирующем элементе. В схеме с параллельным включением регулирующего элемента поддержание уровня напряжения на нагрузке осуществляется за счет изменения тока в регулирующем элементе, в результате чего изменяется напряжение на балластном сопротивлении, включенном последовательно с нагрузкой.

Компенсационные стабилизаторы обеспечивают высокую точность стабилизации выходного напряжения; при этом они одинаково хорошо ослабляют как медленные, так и быстрые (пульсации) изменения входного напряжения. Кроме того, они обладают очень малым статическим и динамическим внутренними сопротивлениями. Недостатком компенсационных стабилизаторов является сравнительно низкий КПД, обусловленный потерей энергии на регулирующем элементе.

Для уменьшения потерь в компенсационном стабилизаторе балластный резистор Rб с последовательно соединенным с ним стабилитроном VC включают параллельно нагрузке. Опорным напряжением является напряжение стабилитрона Ucm = 6. 8 В, а сравнивающим элементом, усилителем и одновременно регулирующим элементом — транзистор VT. Напряжение на нагрузке Uн = Ucm — Uэб . Номинальный режим работы транзистора VT устанавливают с помощью резистора Rg. рабочую точку А выбирают на середине линейного участка его входной характеристики. При этом напряжение Uэб1 = 0,1.0,3 В у германиевых и 0.5. 0,6 В у кремниевых транзисторов. Поэтому Uн ~ Ucm.

При уменьшении напряжения U вх (тока нагрузки 1н и т. п.) при неизменном Ucm напряжение на базе Uэб = Ucm — Uн возрастает и увеличивается степень открытия транзистора VT , его сопротивление уменьшается, как и падение на нем напряжения Uэк. В результате, напряжение на нагрузке восстановится, стремясь к номинальному напряжению. При возрастании U вх по любой причине процессы протекают аналогично, но транзистор "подзапирается" с увеличением напряжения Uэk. Коэффициент стабилизации рассмотренной схемы K cm = 150.300.

Работа ключевых стабилизаторов основана на принципе накопления энергии в дросселе L в первую часть периода коммутации и на последующей передаче её в конденсатор C во вторую часть периода. В этом заключается их принципиальное отличие от рассматриваемых стабилизаторов последовательного типа, в которых постоянство выходного напряжения поддерживается за счет изменения сопротивления регулирующего элемента, в качестве которого был использован транзистор, работающий в активном режиме.

Поскольку транзисторы импульсного стабилизатора работают в ключевом режиме, т. е. находятся либо в состоянии насыщения, либо в состоянии отсечки, а в дросселе и конденсаторе мощность рассеивания незначительная, то такие стабилизаторы имеют повышенный КПД.

Для питания некоторых устройств электронной аппаратуры используют стабилизаторы тока, имеющие высокое выходное сопротивление, значительно большее сопротивления нагрузки. Поэтому выходной ток стабилизатора тока не зависит от сопротивления нагрузки и остается практически постоянным при её изменении.

По аналогии со стабилизаторами напряжения, различают параметрические и компенсационные стабилизаторы тока. В параметрических стабилизаторах тока используется особенность вольт-амперной характеристики транзистора — слабая зависимость тока коллектора от напряжения Uкэ при постоянном токе базы (для схемы с ОЭ).

Компенсационные стабилизаторы тока проектируют аналогично компенсационным стабилизаторам напряжения. Схема стабилизатора тока, с помощью которой поддерживается постоянным напряжение на резисторе R 2 независимо от колебаний входного напряжения и сопротивления нагрузки RH. Если по каким-либо причинам увеличивается ток нагрузки I н, то увеличивается напряжение Uбэ и коллекторный ток транзистора VT2, а напряжение Uкэ уменьшается. Это вызывает уменьшение тока базы транзистора VT 1, сопротивление его коллекторно-эмиттерно- го перехода увеличивается, и, как следствие, ток нагрузки I н уменьшается почти до прежнего значения.

Читайте также: