Стабилизаторы напряжения

Говоря простыми словами стабилизатор напряжения это четырехполюсник, у которого значительное изменение напряжения на входе вызывает лишь незначительное изменение напряжение на выходе.

Характеризуются стабилизаторы коэффициентом стабилизации:

Коэффициент стабилизации стабилизатора напряжения формула

Где U1 – напряжение на входе стабилизатора, U2 – напряжение на нагрузке (выходе стабилизатора), ΔU1 и ΔU2 – изменение напряжений на входе и нагрузке.

Чем больше коэффициент стабилизации kc, тем выше стабилизирующие свойства цепи. Стабилизаторы это нелинейные цепи, так как в пассивных линейных цепях между напряжениями на нагрузке и входе существует прямая пропорциональность (kc = 1).

Мостовые стабилизаторы с термосопротивлениями при достаточной инерционности термосопротивлений могут применяться для стабилизации периодически изменяющихся напряжений. Аналогичные мостовые стабилизирующие цепи могут быть осуществлены при помощи реактивных сопротивлений (сочетание линейных и нелинейных емкостей или индуктивностей).

Зависимость между действующими значениями напряжения и тока для нелинейных индуктивности и емкости

Например, схема, показанная на рисунке 2, при соответствующем подборе ее параметров будет работать как стабилизатор напряжения. Если зависимость между действующими значениями напряжений и тока для нелинейной емкости, рассматриваемой как условно-нелинейный элемент, выражена кривой I(Uб) (рисунок 1), а для линейной емкости – прямой I(Uа), то при отсутствии тока в нагрузке:

Зависимости между действующими значениями напряжений стабилизатора

Если построить зависимость тока в одной из ветвей моста от суммы напряжений Uа и Uб (кривая I(U1)), можно, зная U1 и ΔU1, достаточно легко определить U2 и Δ U2.

Как видно из рисунка 1, на параллельных участках кривых I(Ua) и I(Uб) изменение U1 на ΔU1 практически не приведет к изменению U2, следовательно, коэффициент стабилизации kc может быть очень велик. Наличие в цепи высших гармоник снижает значение коэффициента стабилизации.

В качестве второго примера простейшего стабилизатора рассмотрим феррорезонансный стабилизатор напряжения (рисунок 2). В цепи феррорезонанса напряжений при напряжении питания U, большем, чем напряжение опрокидывания фазы (U1 на рисунке 3) изменение напряжения питания от U/ на значительную величину ΔU (рисунок 3) сопровождается незначительным изменением напряжения на индуктивности от U2/ до U2/ + Δ U2.

Схема феррорезонансного стабилизатора напряжения

Таким образом, схема, показанная на рисунке 2, не что иное, как стабилизатор напряжения U2.

Сущность стабилизации для данной цепи заключается в таком изменении параметров включенных последовательно элементов, при котором изменение напряжения на одном из участков цепи оказывается значительно ниже, чем на входных клеммах. Например, в схеме, показанной на рисунке 2, ток в цепи резко возрастает с увеличением напряжения питания, что приводит к уменьшению индуктивности катушки со стальным сердечником, в то же время величина емкости остается неизменной. Таким образом, относительное изменение напряжения на катушке индуктивности (клеммы 2-2) окажется значительно меньшим, чем на зажимах 1-1.

Вместо конденсатора С в цепь можно включить чисто активное линейное сопротивление и линейную индуктивность, однако стабилизирующий эффект в такой комбинации будет значительно меньше, так как изменение тока в катушке, а следовательно, и эквивалентной индуктивности катушки при изменении напряжения питания в этих случаях будет меньше.

Подключение нагрузки ко вторичным зажимам стабилизатора создает ветвь, параллельную нелинейной индуктивности, в результате ток в индуктивности уменьшается. Полное сопротивление между зажимами 2 – 2 с изменением напряжения питания меняется меньше, чем при отсутствии нагрузки и, следовательно, ухудшаются стабилизирующие свойства цепи. Коэффициент стабилизации нагруженного стабилизатора, как правило, меньше, чем коэффициент стабилизации холостого хода.

Характеристика простейшего феррорезонансного стабилизатора напряжения

Поскольку кривые напряжения и тока имеют несинусоидальную форму, в нелинейных цепях выходное напряжение U2 обычно содержит высшие гармоники даже при питании стабилизатора от источника синусоидального напряжения. Из рассмотренных типов стабилизаторов только мостовые стабилизаторы с термосопротивлениями способны обеспечить на выходе напряжение, по форме близкое к синусоиде.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *