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:
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).
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:
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.
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.
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.
