Parametriniai įtampos stabilizatoriai. Paprasčiausio parametrinio stabilizatoriaus apskaičiavimas naudojant zenerio diodą. Parametrinis lygiagretus įtampos stabilizatorius. Schema, dizainas, įrenginys, dizainas, skaičiavimas, taikymas. Apskaičiuoti Stabilizuoto apskaičiavimas

Pagrindinis įtampos stabilizatoriaus parametras, pagal kurį vertinama jo veikimo kokybė, yra stabilizavimo koeficientas

Į st U = (ΔU in /U in) / (ΔU out /U out).

Paprasčiausias įtampos stabilizatorius yra parametrinis, kurio schema parodyta fig. 1.6.

Ryžiai.

1.6. Parametrinis įtampos stabilizatorius be temperatūros kompensavimo

Apskaičiuojant parametrinį stabilizatorių, paprastai apskaičiuojama balastinio rezistoriaus R o varža ir pasirenkamas zenerio diodo tipas.

Pagrindiniai zenerio diodo elektriniai parametrai yra šie:

U st – stabilizavimo įtampa;

I st.max – maksimali zenerio diodo srovė volt-ampero darbinėje dalyje

charakteristikos;

I st.max – maksimali zenerio diodo srovė volt-ampero darbinėje dalyje

I st.min – minimali zenerio diodo srovė volt-ampero darbinėje dalyje

R d – diferencinė varža srovės-įtampos darbinėje atkarpoje

charakteristikos.

Pažvelkime į skaičiavimo metodą naudodami pavyzdį.

Duota: U out = 9 V I n = 10 mA; ΔU in = ± 10%U in; .

Skaičiavimo procedūra.

1. Naudodami žinyną pasirinkite D814B tipo zenerio diodą su parametrais

U st = 9 V; I st = 3 mA;

2. Pagal formulę apskaičiuokite reikiamą įėjimo įtampą

U in = n st U out,

kur n st yra stabilizatoriaus perdavimo koeficientas.

Norint užtikrinti optimalias stabilizatoriaus veikimo sąlygas, rekomenduojama pasirinkti nst diapazone nuo 1,4 iki 2.

Paimkime nst = 1,6, tada Uin = 1,6 9 = 14,4 V.

3. Apskaičiuokite balastinio rezistoriaus varžą R o

R o = (U in –U out) / (I st +I n).

Srovė I st parenkama iš šių svarstymų: I st ≥I n.

Vienu metu keičiant U in reikšme ΔU in ir I n reikšme ΔI n, zenerio diodo srovė neturėtų viršyti I st.max ir I st.min ribų.

Dėl šios priežasties Ist dažniausiai pasirenkamas iš priimtinų verčių diapazono vidurio.

Priimame I st = 0,015 A.

Tada R o = (14,4–9) / (0,015 + 0,01) = 216 omų.

Standartinę rezistoriaus varžos reikšmę R o parinksime pagal parametrinę seriją E24 (žr. 4 priedą).

Mes priimame R o = 220 omų.

Norint pasirinkti rezistoriaus tipą, būtina apskaičiuoti rezistoriaus korpuso išsklaidytą galią

Standartinė rezistoriaus galios sklaidos vertė yra 0,25 W.

Mes pasirenkame rezistoriaus tipą MLT-0,25-220 Ohm ± 10%.

4. Patikrinkime teisingą zenerio diodo darbo režimo pasirinkimą įtampos stabilizatoriaus grandinėje:

I st.min = (U in –ΔU in –U out) / Ro – (I n +ΔI n);

I st.min = (14,4 – 1,44 – 9) · 10 3 / 220 – (10 + 2) = 6 mA;

I st.max = (U in +ΔU in –U out) / Ro – (I n –ΔI n);

I st.max = (14,4 + 1,44 - 9) · 10 3 / 220 - (10 - 2) = 23 mA.

Jei apskaičiuotos srovės vertės Ist.min ir Ist.max yra už leistinų verčių, tuomet reikia arba pasirinkti kitą Ist reikšmę, arba pakeisti rezistoriaus varžą R o, arba pakeisti zenerio diodą.

5. Parametrinio stabilizatoriaus įtampos stabilizavimo koeficientas nustatomas pagal formulę:

K st = (R o /R d + 1) /n st,

K st = (220 / 10 + 1) / 1,6 = 14,3.

6. Parametrinio įtampos stabilizatoriaus išėjimo varža

R out = R o = 10 omų.

Pav. 1.7 paveiksle parodyta parametrinio įtampos stabilizatoriaus diagrama su temperatūros stabilizavimu jo pagrindinio elemento - zenerio diodo - darbo režimu.

Norint padidinti išėjimo įtampos temperatūros stabilumą, šioje grandinėje su zenerio diodu nuosekliai sujungti keli silicio diodai.

Diodo įtampos temperatūros koeficientas (TCV) yra priešingas zenerio diodo TCV ženklu, bet mažesnis. Todėl temperatūros kompensacijai Ust reikia kelių diodų. Terminiam stabilizavimui taip pat gali būti naudojami silicio zenerio diodai, sujungti į priekį. Termiškai stabilizuojančių elementų skaičius nustatomas pagal zenerio diodo TKN modulio ir elemento (diodo) TKN modulio santykį. Padalinimo rezultatas suapvalinamas iki artimiausio sveikojo skaičiaus.

Skaitmeninės zenerio diodų ir diodų TKN reikšmės pateiktos žinynuose ir išreikštos %/o C. Silicio diodams, prijungtiems į priekį, TKN šiek tiek skiriasi vienas nuo kito skirtingiems tipams ir yra ribose.

1,4...1,7 mV/o C. Germanio diodams, pavyzdžiui, D7A - D7Zh, TKN reikšmė yra –1,9 mV/o C. Norėdami atlikti terminio stabilizavimo skaičiavimus RGR-1, naudokite diodą D7Zh, kuriam TKN yra –1,9 mV/o C.

Reikėtų nepamiršti, kad esant daugybei termiškai stabilizuojančių diodų (trys ar daugiau), būtina atsižvelgti į tiesioginį įtampos kritimą juose ir dinaminę varžą. D7Zh diodui tiesioginė įtampa yra 0,5 V, o dinaminė varža yra 2 omai. Bendra stabilizavimo įtampa apibrėžiama kaip zenerio diodo ir diodų įtampų suma, o bendra dinaminė varža – kaip zenerio diodo ir diodų dinaminių varžų suma.

Tokio stabilizatoriaus apskaičiavimas atliekamas pagal aukščiau pateiktą metodą.

Ryžiai.

1.7. Parametrinis įtampos stabilizatorius su temperatūros kompensavimu

Pastaba:

Antrinio maitinimo šaltinio apskaičiavimo seka yra tokia: pirmiausia apskaičiuojamas įtampos stabilizatorius, tada išlyginamasis filtras, o tada lygintuvo grandinė.

Prietaiso elektros grandinės schema turėtų būti atlikta pagal GOST ir atsižvelgiant į konstrukcinę schemą (1.1 pav.)

Testas Nr.2

Bipolinio tranzistoriaus stiprintuvo pakopos apskaičiavimas

pagal bendrą emiterio grandinę

Pateikiamas supaprastinto parametrinio įtampos stabilizatoriaus skaičiavimo metodas naudojant tranzistorius. Paprasčiausio parametrinio stabilizatoriaus, naudojant zenerio diodą ir rezistorių, grandinė parodyta 1 paveiksle.

Paprastas parametrinis įtampos stabilizatorius

Įvesties įtampa Uin turi būti žymiai didesnė už zenerio diodo VD1 stabilizavimo įtampą. Ir kad zenerio diodas nesugestų, srovę per jį riboja pastovus rezistorius R1. Išėjimo įtampa Uout bus lygi zenerio diodo stabilizavimo įtampai, tačiau su išėjimo srove situacija yra sudėtingesnė.

Faktas yra tas, kad kiekvienas zenerio diodas turi tam tikrą veikimo srovės diapazoną, pavyzdžiui, minimali stabilizavimo srovė yra 5 mA, o didžiausia - 25 mA. Jei tokio stabilizatoriaus išėjime prijungiame apkrovą, dalis srovės pradeda tekėti per jį.

O didžiausia šios srovės vertė priklausys ir nuo varžos R1, ir nuo minimalios zenerio diodo stabilizavimo srovės – maksimali apkrovos srovė bus sumažinta mažiausia zenerio diodo stabilizavimo srove. Tai yra, paaiškėja, kad kuo mažesnė varža R1, tuo didesnė srovė gali būti tiekiama į apkrovą. Tuo pačiu metu srovė per R1 neturėtų būti didesnė už didžiausią zenerio diodo stabilizavimo srovę.

Kadangi, pirma, zenerio diodui reikia tam tikros atsargos, kad išėjimo įtampa būtų stabili, ir, antra, zenerio diodas gali sugesti, jei viršijama maksimali stabilizavimo srovė, o tai gali atsitikti, kai apkrova yra išjungta arba jis veikia režimu. su mažu srovės suvartojimu.

Stabilizatorius pagal šią schemą yra labai neveiksmingas ir tinkamas tik maitinti grandinėms, kurios sunaudoja srovę, neviršijančią didžiausios zenerio diodo srovės. Todėl stabilizatoriai pagal 1 pav. pateiktą grandinę naudojami tik grandinėse su maža apkrovos srove.

Įtampos stabilizatorius naudojant tranzistorių

Jei reikia suteikti daugiau ar mažiau reikšmingą apkrovos srovę ir sumažinti jos poveikį stabilumui, reikia padidinti stabilizatoriaus išėjimo srovę naudojant tranzistorių, prijungtą pagal emiterio sekimo grandinę (2 pav.).

Ryžiai. 2. Parametrinio įtampos stabilizatoriaus grandinė naudojant vieną tranzistorių.

Didžiausia šio stabilizatoriaus apkrovos srovė nustatoma pagal formulę:

In = (Ist – Ist.min)*h21e.

kur Ist. - vidutinė naudojamo zenerio diodo stabilizavimo srovė, h21e - tranzistoriaus VT1 pagrindo srovės perdavimo koeficientas.

Pavyzdžiui, jei naudosime KS212Zh zenerio diodą (vidutinė stabilizavimo srovė = (0,013-0,0001)/2 = 0,00645A), KT815A tranzistorių su h21 e - 40), pagal grandinę iš stabilizatoriaus nebegausime jokios srovės. 2 pav.: ( 0,006645-0,0001)40 = 0,254 A.

Be to, skaičiuojant išėjimo įtampą, reikia atsižvelgti į tai, kad ji bus 0,65 V mažesnė už zenerio diodo stabilizavimo įtampą, nes silicio tranzistorius nukrenta apie 0,6-0,7 V (apytiksliai imk 0,65 V).

Paimkime šiuos pradinius duomenis:

• Įėjimo įtampa Uin = 15V,
• išėjimo įtampa Uout = 12V,
• maksimali srovė per apkrovą In = 0,5A.

Kyla klausimas, ką pasirinkti - zenerio diodą su didele vidutine srove ar tranzistorių su dideliu h21e?

Jei turime KT815A tranzistorių, kurio h21e = 40, tada pagal formulę In = (Ist -Ist.min)h21e mums reikės zenerio diodo, kurio vidutinės srovės ir minimalios srovės skirtumas yra 0,0125 A. Kalbant apie įtampą, ji turėtų būti 0,65 V didesnė už išėjimo įtampą, ty 12,65 V. Pabandykime jį surasti iš žinyno.

Štai, pavyzdžiui, zenerio diodas KS512A, jo stabilizavimo įtampa 12V, minimali srovė 1 mA, maksimali srovė 67 mA. Tai yra, vidutinė srovė yra 0,033 A. Apskritai tinka, bet išėjimo įtampa bus ne 12V, o 11,35V.

Mums reikia 12V. Belieka arba ieškoti 12,65 V zenerio diodo, arba kompensuoti įtampos trūkumą silicio diodu, sujungiant jį nuosekliai su zenerio diodu, kaip parodyta 3 paveiksle.

3 pav. Scheminė parametrinio įtampos stabilizatoriaus schema, papildyta diodu.

Dabar apskaičiuojame varžą R1:

R = (15 -12) / 0,0125A = 160 omų.

Keletas žodžių apie tranzistoriaus pasirinkimą pagal galią ir maksimalią kolektoriaus srovę. Maksimali kolektoriaus srovė Ik.max. turi būti ne mažesnė už didžiausią apkrovos srovę. Tai yra, mūsų atveju, ne mažiau kaip 0,5 A.

Ir galia neturėtų viršyti maksimalios leistinos. Galią, kurią išsklaidys tranzistorius, galite apskaičiuoti naudodami šią formulę:

Р=(Uin - Uout) * Iout.

Mūsų atveju P= (15-12)*0,5=1,5W.

Taigi Ik.max. tranzistorius turi būti ne mažesnis kaip 0,5A, o Pmax. bent 1,5W. Pasirinktas tranzistorius KT815A tinka su didele marža (Ik.max.=1.5A, Pmax.=10W).

Sudėtinė tranzistoriaus grandinė

Galite padidinti išėjimo srovę nedidindami srovės per zenerio diodą tik padidindami tranzistoriaus h21e. Tai galima padaryti, jei vietoj vieno tranzistoriaus naudojate du sujungtus į sudėtinę grandinę (4 pav.). Tokioje grandinėje bendras h21e bus maždaug lygus abiejų tranzistorių h21e sandaugai.

Ryžiai. 4. Įtampos stabilizatoriaus, pagrįsto kompozitiniu tranzistoriumi, schema.

Tranzistorius VT1 naudojamas mažai galiai, o VT2 - galiai ir srovei, atitinkančiai apkrovą. Viskas skaičiuojama maždaug taip, kaip grandinėje 3 pav. Bet dabar turime du silicio tranzistorius, todėl išėjimo įtampa sumažės ne 0,65 V, o 1,3 V.

Į tai reikia atsižvelgti renkantis zenerio diodą - jo stabilizavimo įtampa (naudojant silicio tranzistorius) turi būti 1,3 V didesnė už reikiamą išėjimo įtampą. Be to, pasirodė rezistorius R2. Jo tikslas yra slopinti tranzistoriaus VT2 reaktyvųjį komponentą ir užtikrinti patikimą tranzistoriaus reakciją į įtampos pokyčius jo bazėje.

Šio pasipriešinimo dydis nėra per didelis, tačiau jis neturėtų viršyti to, kas pagrįsta. Paprastai jis pasirenkamas maždaug 5 kartus didesnis už varžą R1.

Parametrinis stabilizatorius – tai įtaisas, kuriame išėjimo įtampa arba srovė palaikoma tam tikra reikšme dėl radioelektroninių elementų parametrų. Jie naudoja netiesines charakteristikų savybes (voltas-amperas, amperas-voltas, omo laipsnis, Weberio amperas, voltas-sekundė ir kt.). Tokių įrenginių pavyzdžiai yra elektroniniai elementai, tokie kaip zenerio diodai, termistoriai, prisotinimo droseliai ir kt.

Parametriniai stabilizatoriai gali stabilizuoti tiesioginę arba kintamąją įtampą, tačiau abiem atvejais jie turi gana prastus parametrus. Senoje įrangoje jie buvo naudojami dėl paprastos ir todėl pigios grandinės. Šiuo metu juos praktiškai pakeičia integruoti kompensaciniai stabilizatoriai arba nepertraukiamo maitinimo šaltiniai. Tačiau norint suprasti, kaip veikia kompensacija ir įtampos, būtina žinoti parametrinio stabilizatoriaus veikimo principus.

Kaip parametrinių stabilizatorių pavyzdį apsvarstykite įtampos stabilizatorius. Paprastai jie naudoja puslaidininkinius zenerio diodus, kurie veikia elektros gedimo srityje atvirkštinėje srovės įtampos charakteristikos dalyje. Todėl zenerio diodas įjungiamas priešinga kryptimi. Šio diodo gedimas neatsiranda dėl to, kad per diodą tekančią srovę riboja išorinis rezistorius. Klasikinė parametrinio įtampos stabilizatoriaus grandinė naudojant zenerio diodą parodyta 1 paveiksle.

Mes aptarsime kitame straipsnyje, bet dabar atidžiau pažvelgsime į zenerio diodo parametrus. Jo srovės-įtampos charakteristikos pavyzdys parodytas 2 paveiksle

Zenerio diodo parametrai rodo mažiausią stabilizavimo srovę, kuriai esant prasideda gedimas, ir maksimalią stabilizavimo srovę, kuriai esant pn sandūra nėra sunaikinta dėl jos terminio šildymo. Pagrindiniai zenerio diodo parametrai yra šie:

• stabilizavimo įtampa U st ir jo kitimo ribos Δ U st;
• vardinė srovė aš nom ir jo kitimo ribos aš st min... aš st max;
• didžiausia leistina galios sklaida P papildomai = U st × aš st max;
• diferencinis pasipriešinimas darbo zonoje r d;
• temperatūros įtempių koeficientas (TCV) α T.

Svarbiausias zenerio diodo parametras yra jo stabilizavimo įtampa. Zenerio diodai sukuria įtampą nuo 3 iki 400 V. Tai priklauso nuo p-n sandūros storio. Šiuo atveju, priklausomai nuo sankryžos storio, gedimas gali būti lavina arba tunelis. Jei reikia stabilizuoti mažesnę nei trijų voltų įtampą, naudojami stabistoriai. Stabilizavimui jie naudoja tiesioginę amplitudės-dažnio charakteristikos šaką. Todėl keičiasi parametrinio įtampos stabilizatoriaus grandinė. Jis parodytas 3 paveiksle.

Diferencinis pasipriešinimas Zenerio diodas paprastai nustatomas pagal puslaidininkio ominę varžą. Pagal srovės įtampos charakteristiką ji gali būti nustatyta taip:

Būtent zenerio diodo diferencinė varža lemia parametrinio stabilizatoriaus išėjimo įtampos priklausomybę nuo apkrovos srovės suvartojimo.

Ne mažiau svarbus parametras yra įtampos temperatūros koeficientas. Puslaidininkiniai diodai yra labai jautrūs temperatūrai ir jų srovės-įtampos charakteristika pasislenka kaitinant. Zenerio diodo srovės įtampos charakteristikos keitimo pavyzdys parodytas 4 paveiksle.

Puslaidininkiniam diodui, kuris naudojamas kaip stabilizatorius, TKN α T= 0,1 % vienam Celsijaus laipsniui. Tai per didelė vertė tiksliams įtampos stabilizatoriams. Tuo pačiu metu, ar TCI bus neigiamas ar teigiamas, priklauso nuo gedimo tipo. Kai stabilizavimo įtampa mažesnė nei 6,2 V, ji yra neigiama, o kai stabilizavimo įtampa yra didesnė už šią vertę – teigiama. Todėl šiai įtampai gaminami tikslūs zenerio diodai. Esant šiek tiek didesnei įtampai, galima naudoti tiesioginę srovės-įtampos charakteristikos šaką, kur didėjant temperatūrai įtampos kritimas mažėja. Jei zenerio diodai yra sujungti atgal, kaip parodyta 5 paveiksle, stabilizavimo įtampos priklausomybė nuo temperatūros gali būti žymiai sumažinta (pavyzdžiui, buitinis zenerio diodas KS170).

Grafinis tikslaus zenerio diodo vaizdas parodytas 6 paveiksle.

Šio zenerio diodo prijungimo grandinėje jums nereikia jaudintis dėl neteisingo prijungimo, nes simetriniai zenerio diodai turi tą pačią stabilizavimo įtampą.

Įtampos stabilizatorius – tai įrenginys, kurio įėjime tiekiama nestabilių arba elektros vartotojui netinkamų parametrų įtampa. Stabilizatoriaus išvestyje įtampa jau turi būtinus (stabilius) parametrus, kurie leidžia tiekti elektros energiją vartotojams, jautriems įtampos pokyčiams. Kaip veikia įtampos stabilizatorius ir kam jis skirtas?

Nuolatinės įtampos reguliavimas reikalingas, jei vartotojui įeinanti įtampa yra per žema arba aukšta. Kai jis praeina per atraminį įtaisą, jis tampa didesnis arba mažesnis iki norimos vertės. Jei reikia, stabilizatoriaus grandinė gali būti suprojektuota taip, kad išėjimo įtampa būtų priešinga įeinančios įtampos poliškumui.

Linijinis

Linijinis stabilizatorius yra daliklis, į kurį tiekiama nestabili įtampa. Pasirodo, jau išlygintas, su stabiliomis savybėmis. Veikimo principas yra nuolat keisti varžą, kad išvestyje būtų palaikoma pastovi įtampa.

Privalumai:

• Paprastas dizainas su keliomis dalimis;
• Veikimo trukdžių nėra.

Trūkumai:

• Jei yra didelis skirtumas tarp įėjimo ir išėjimo įtampų, tiesinės srovės keitiklio efektyvumas yra mažas, nes didžioji dalis generuojamos galios virsta šiluma ir išsklaido varžos reguliatoriuje. Todėl ant pakankamo dydžio radiatoriaus tampa būtina sumontuoti valdymo įrenginį.

Parametrinis su zenerio diodu, lygiagretus

Srovės stabilizavimo įrenginio grandinei, kurioje veikimą valdantis elementas yra lygiagrečiai apkrautai šakai, tinka dujų išlydžio ir puslaidininkiniai zenerio diodai.

Per zenerio diodą turi praeiti srovė, kuri yra 3–10 kartų didesnė už srovę RL. Todėl mechanizmas tinkamas įtampos išlyginimui tik mechanizmuose su maža srove. Paprastai jis naudojamas kaip sudėtingesnio užpildymo srovės keitiklių komponentas.

Serija su bipoliniu tranzistoriumi

Įtampos stabilizatoriaus veikimo principą galima apsvarstyti naudojant įrenginio schemą.

Galima pastebėti, kad jis sujungia du elementus:

1. Paralelinis parametrinis stabilizatorius, pagrįstas zenerio diodu, mums jau žinomas;
2. Dvipolis tranzistorius, didinantis srovę pastoviu greičiu. Jis taip pat vadinamas emiterio sekikliu.

Išėjimo įtampa nustatoma pagal formulę: Uout = Uz - Ube. Uz yra zenerio diodo palaikoma įtampa. Jis beveik nepriklauso nuo srovės, tekančios per zenerio diodą. Ube yra įtampos skirtumas tarp išėjimo įtampos ir įtampos, stabilizuotos zenerio diodu. Jis beveik nepriklauso nuo srovės, tiekiamos į pn sandūrą. Tačiau skirtumas priklauso nuo medžiagos pobūdžio (silicio Ube - 0,6 V, germaniui - 0,25 V). Būtent dėl ​​lyginamosios šių verčių nepriklausomybės išėjimo įtampa yra stabili.

Praeinant per trijų sluoksnių tranzistorių, įtampa stabilizatoriaus gnybte didėja. Jei vieno tranzistoriaus naudojimas netenkina energijos vartotojo poreikių, imamasi kelių tranzistorių konstrukcijos, kad srovė būtų padidinta iki reikiamos vertės.

Serijos kompensavimo op-amp

Kompensacinės priemonės su grįžtamuoju ryšiu. Šiame stabilizatoriuje išėjimo įtampa visada lyginama su standartine. Skirtumas tarp jų yra būtinas signalo formavimui ir perdavimui mechanizmui, kuris valdo įtampą.

Dalis išėjimo įtampos Uout pašalinama iš rezistoriaus R2, kuri lyginama su Uz (atskaitos įtampa) ant zenerio diodo, diagramoje pažymėta kaip D1. Gautas skirtumas praeina per operacinį stiprintuvą (U1 grandinėje) ir perduodamas į valdymo tranzistorių.

Stabilų veikimą užtikrina kilpos fazės poslinkis, kuris artėja prie 180°+n*360°. Kadangi dalis išėjimo įtampos tiekiama į stiprintuvą, pastarasis fazę perkelia atvirkštiniu kampu. Tranzistorius, prijungtas prie srovės stiprintuvo grandinės, nesukelia fazės poslinkio. Šiuo atveju kilpos poslinkis išlieka lygus 180 o.

Pulsas

Nestabilių parametrų elektros srovė trumpais impulsais tiekiama į stabilizatoriaus saugojimo įrenginį (jos vaidmenį atlieka indukcinė ritė arba kondensatorius). Sukaupta elektros energija vėliau išleidžiama į apkrovą su skirtingais parametrais. Yra dvi stabilizavimo parinktys:

1. Kontroliuodami impulsų trukmę ir pauzes tarp jų ( impulsų pločio moduliavimo principas);
2. Lyginant išėjimo įtampą su mažiausia ir didžiausia leistinomis reikšmėmis. Jei jis didesnis už didžiausią, pavara nustoja kaupti energiją ir išsikrauna. Tada įtampa išėjime tampa mažesnė už minimalią. Tokiu atveju diskas vėl pradės veikti ( įjungimo/išjungimo valdymo principas).

Priklausomai nuo grandinės, impulsinės srovės ekvalaizeris gali konvertuoti įtampą, kad būtų pasiekti skirtingi rezultatai. Todėl išskiriamos jo veislės:

• Sumažinti(įtampa išėjime yra mažesnė nei įėjime, bet su tuo pačiu poliškumu);
• Skatinimas(išėjimo įtampa yra didesnė nei įėjime, bet su tuo pačiu poliškumu);
• Žemyn aukštyn(išėjimo įtampa gali būti didesnė arba mažesnė už įvestį, bet poliškumas yra toks pat). Prietaisai naudojami, kai U įėjime ir išėjime labai skiriasi, tačiau įėjime galimi nepageidaujami nukrypimai aukštyn arba žemyn;
• Invertavimas(įtampa išėjime didesnė arba mažesnė nei įėjime, poliškumas priešingas).

Privalumai:

• Maži energijos nuostoliai.

Trūkumai:

• Impulsinis triukšmas išėjime.

Kintamosios srovės įtampos stabilizatoriai

Kintamosios srovės įtampos stabilizatorius skirtas palaikyti pastovią srovę išėjime, neatsižvelgiant į tai, kokius parametrus jis turi įėjime. Išėjimo įtampa turi būti apibūdinta idealia sinusine banga, net esant staigiems viršįtampiams, kritimams ar net pertraukai prie įėjimo. Yra saugojimo ir korekciniai stabilizavimo įtaisai.

Stabilizatoriai-sandėliukas

Tai įrenginiai, kurie pirmiausia kaupia elektros energiją iš įeinančios srovės. Tada energija vėl generuojama, tačiau esant pastovioms charakteristikoms, srovė nukreipiama į išėjimą.

Variklio-generatoriaus sistema

Veikimo principas yra elektros energijos pavertimas kinetine energija naudojant elektros variklį. Tada generatorius vėl paverčia jį iš kinetinės į elektrinį, tačiau srovė jau turi specifines ir pastovias charakteristikas.

Pagrindinis sistemos elementas yra smagratis, kuris kaupia kinetinę energiją ir stabilizuoja išėjimo įtampą. Smagratis yra standžiai sujungtas su judančiomis variklio ir generatoriaus dalimis. Jis yra labai masyvus ir turi didelę inerciją, išlaiko greitį, kuris priklauso tik nuo fazės dažnio. Kadangi smagračio sukimosi greitis yra santykinai pastovus, įtampa išlieka pastovi net esant dideliems įėjimo nuosmukiams ir viršįtampiams.

Variklio-generatoriaus sistema tinka trifazei įtampai. Šiandien jis naudojamas tik strateginėse vietose. Anksčiau buvo naudojamas didelės spartos elektroniniams kompiuteriams maitinti.

Ferorezonuojantis

Įrenginys apima:

• Prisotintos šerdies indukcinė ritė;
• Induktorius su nesočiąja šerdimi (viduje yra magnetinis tarpas);
• Kondensatorius.

Kadangi ritė su prisotinta šerdimi turi pastovią įtampą, nepriklausomai nuo per ją tekančios srovės, pasirinkus antrosios ritės ir kondensatoriaus charakteristikas, įtampą galima stabilizuoti norimose ribose.

Susidarančio mechanizmo veikimo principą galima palyginti su siūbavimu, kurį sunku staigiai sustabdyti ar priversti siūbuoti didesniu greičiu. Nereikia kiekvieną kartą stumti sūpynių, nes svyruojantis judėjimas yra inercinis procesas. Todėl dideli įtampos kritimai ir lūžiai yra priimtini. Virpesių dažnį taip pat sunku pakeisti, nes sistema turi savo pastovų dažnį.

Ferorezonansiniai stabilizatoriai buvo populiarūs sovietmečiu. Jie buvo naudojami televizoriams tiekti elektra.

Inverteris

Inverterio stabilizatoriaus grandinę sudaro:

• Įvesties filtrai;
• Lygintuvas su prietaisu, kuris keičia galios koeficientą;
• Kondensatoriai;
• Mikrovaldiklis;
• Įtampos keitiklis (DC į AC).

Veikimo principas grindžiamas dviem procesais:

1. Pirma, įeinanti kintamoji srovė paverčiama nuolatine nuolatine, praeinant per korektorių ir lygintuvą. Energija kaupiama kondensatoriuose;
2. Tada nuolatinė srovė paverčiama kintamosios srovės išėjimu. Iš kondensatoriaus srovė eina į keitiklį, kuris srovę paverčia kintamąja srove, bet nepakitus parametrus.

Pavyzdys (220V įtampos stabilizatoriaus veikimo principas): įėjime įtampa mažesnė arba didesnė nei 220V, jos forma neatitinka sinusinės bangos. Praėjus per lygintuvą ir korektorių, srovė tampa pastovi, įtampos forma yra ideali sinusoidė. Praleidus keitiklį, į išėjimą patenka kintamoji sinusinė srovė, kurios dažnis yra 50 Hz ir 220 V įtampa.

Dėl didelio mechanizmo efektyvumo (efektyvumas artimas 100%), toks stabilizatorius naudojamas brangiai medicinos ir sporto įrangai.

UPS

Nepertraukiamo maitinimo šaltiniai savo konstrukcija ir veikimo principu yra panašūs į keitiklius konvertuojančius įrenginius. Panašumas baigiasi tuo, kad elektros energija kaupiasi ne kondensatoriuje, o akumuliatoriuje, iš kurio išeina srovė su vartotojui reikalingais parametrais.

UPS yra būtini kompiuterinei įrangai maitinti, nes jie ne tik stabilizuoja įtampą, bet ir neleidžia programoms sugesti avarinio išjungimo metu. Pavyzdys: nutrūkus įtampai, akumuliatoriuje sukauptos energijos pakaks tinkamai išjungti kompiuterį. Visi duomenys bus išsaugoti, o kompiuterio „įdaras“ išliks nepakitęs.

Korekcinis

Korekciniai stabilizatoriai apima įtampos keitiklius, kurie ją keičia dėl papildomo potencialo, kurio nepakako vartotojui reikalingai vertei gauti.

Elektromagnetinis

Kitas pavadinimas yra feromagnetinis. Jis skiriasi nuo ferorezonanso tuo, kad nėra kondensatoriaus, mažesnė galia ir didesni matmenys.

Jei tiesinis reaktorius (schemoje L1) yra nuosekliai sujungtas su rezistoriumi Rh, o netiesinis reaktorius L2 yra prijungtas lygiagrečiai su Rh, nesvarbu, kaip keisis įėjimo įtampa, išėjimo įtampa bus pastovi. Taip yra dėl to, kad antrasis reaktorius veikia soties režimu, todėl įtampa jame nekinta keičiantis srovei. Šiuo atžvilgiu įvesties įtampos keitimas neturi įtakos išėjimo vertei. Jis perskirstomas tik tarp L1 ir L2. Pelnas iš įvesties vertės visiškai išleidžiamas L1.

Elektromechaninis ir elektrodinaminis

Tai yra dviejų tipų stabilizatoriai, panašios konstrukcijos, kurie yra stiprintuvas. Juose įtampa konvertuojama per transformatoriaus apviją perkeliant įrenginį, kuris pašalina srovę įėjime. Dėl to stabilizavimo koeficientas švelniai keičiasi iki vertės, reikalingos išėjimo įtampai.

Elektromechaniniame niveliuke valdymas vykdomas šepečiais, kurie greitai susidėvi, nes yra judantys elementai. Galima sumažinti susidėvėjimą naudojant elektrodinaminį analogą, kuriame šepečiai pakeičiami voleliu.

Tai vieninteliai srovės keitikliai, kurie ne tik užtikrina sklandžią transformaciją, bet ir suformuoja iš jos sinusoidę. Išėjime vertė yra santykinai nepakitusi, didžiausias nuokrypis nuo nominalios vertės neviršija 3%. Šis energijos tiekimas yra optimalus buitinei ir pramoninei įrangai.

Privalumai:

• Platus įėjimo įtampos diapazonas (130-260V);
• Jokių trukdžių išėjime;
• Galimybė perkrauti iki 200% pusei sekundės;
• Tylus veikimas (jei nėra perkrovos);
• Puikus atsparumas triukšmui.

Trūkumai:

• Negalima naudoti šalčio sąlygomis (dizainas gali veikti tik esant trumpalaikiams lengviems šalčiams ir iki 40 laipsnių Celsijaus);
• Mažas stabilizavimo greitis (problema išspręsta pridedant daugiau šepetėlių).

Elektrodinaminio analogo privalumai yra jo galimybė veikti esant minusinei temperatūrai (ne daugiau kaip 15 laipsnių žemiau nulio). Kitas pliusas: konstrukcija gali atlaikyti 200% perkrovas iki 120 sekundžių.

Relė

Relės įtampos stabilizatoriaus veikimo principas panašus į kitų autotransformatorių keitiklių veikimą su laipsnišku reguliavimu įjungiant/išjungiant atskiras galios automatinio transformatoriaus apvijas naudojant elektromechanines reles. Todėl išėjimo įtampos didinimas ir mažinimas yra lygiagretus atraminio įrenginio įėjimo didinimo ir mažinimo procesas.

Relės keitiklio ypatybė yra ta, kad išėjimo vertė visada keičiasi pakopoje. Pavyzdžiui, leistinų verčių diapazonas yra nuo 215 iki 220 voltų. Tai reiškia, kad įtampa nuolat keisis šiame diapazone, o įvesties diapazonas gali būti 200–230 voltų. Pakopos diapazonas priklauso nuo apvijų skaičiaus: kuo jų daugiau, tuo mažesnis diapazonas ir tolygesnė įtampa išėjime.

Iš to galime daryti išvadą, kad aukštos kokybės stabilizatorius ekrane negali rodyti tik 220 voltų. Jei vertė nesikeičia, galime daryti išvadą, kad šviesos diodai yra tiksliai skaičiaus „220“ pavidalu ir jie negali rodyti kito skaičiaus. Nesąžiningi gamintojai tai daro norėdami sumažinti kintamosios srovės keitiklių kainą.

Privalumai:

• Didelis stabilizavimo greitis;
• Maži dydžiai;
• Didelis įėjimo įtampos diapazonas (nuo 140 iki 270 voltų);
• Mažas jautrumas įeinančios įtampos pokyčiams;
• Leidžiama 110% perkrova 4 sekundes;
• Tylus veikimas;
• Galimybė veikti nuo -20 iki +40 laipsnių Celsijaus.

Trūkumai:

• Laiptuotas (o ne sklandus) stabilizavimas (šviesa mirksi dideliu žingsnių diapazonu);
• Stabilizacijos greitis priklauso nuo išėjimo įtampos tikslumo: kuo tikslesnė įtampa, tuo mažesnis greitis.

Elektroninė

Jei jums reikia konvertuoti srovę su nestabiliais parametrais, atkreipkite dėmesį į elektroninį stabilizatorių. 220 voltų įtampos stabilizatoriaus elektroninis įtaisas yra relės keitiklio analogas. Skirtumas tarp jų slypi tik transformatoriaus apvijų, įtrauktų į apkrautą grandinę, keitimo būdu.

Šioje konstrukcijoje perjungimas vyksta ne dėl relės buvimo, o dėl triakų ar tiristorių. Kadangi nėra mechaninių dalių, prietaiso tarnavimo laikas žymiai pailgėja. Kartu su priimtina kaina ši buitinių prietaisų parinktis yra optimali. Kitu atveju privalumai ir trūkumai yra tokie patys, kaip ir nurodyti relės keitikliui.

Hibridinis

2012 metais prekyboje pasirodė naujo tipo stabilizatorius – hibridinis. Tai elektromechaninis įrenginys, kurio konstrukcijoje papildomai yra du relės keitikliai.

Pagrindinis elementas yra elektromechaninis. Relės elementai pradedami veikti tik tada, kai pastarieji nebegali išvesti 220 voltų. Taip atsitinka, jei įeinanti įtampa yra per žema arba per aukšta. Taigi, elektromechaninis keitiklis veikia esant 144-256 V įtampai. O relė įsijungia, kai reikšmė nukrenta žemiau 144V arba pakyla virš 256V. Didžiausias diapazonas yra 105–280 voltų.

Hibridiniai keitikliai tinka nepertraukiamam elektros energijos tiekimui privačiame name, bute, biure ar net parduotuvėje.

Elektros prietaisų kokybė ir tarnavimo laikas priklauso nuo tiekiamos energijos parametrų. Jei atsiranda staigių viršįtampių, nutrūkimų ar įtampos kritimų, įranga sugenda. Tik nenutrūkstamas maitinimo šaltinis, kurio įtampa atitinka sutartą vertę, gali tai atremti. Būtent tai leidžia mums pasiekti įtampos stabilizatoriai, be kurių šiuolaikinis gyvenimas neįmanomas.

Mieli lankytojai!

Bendrovė "ENERGOCONTINENT" linki laimingų Naujųjų 2020 metų ir linksmų Kalėdų!

Linkime jums laimės, meilės ir sėkmės
profesine veikla!

Parametrinis įtampos stabilizatorius

Parametriniai įtampos stabilizatoriai paprastai gaminami naudojant tranzistoriai, stabistorių Ir zenerio diodai.

Šis prietaisas pasižymi mažu efektyvumu, dėl to jie naudojami kaip silpnos srovės grandinių moduliai, kuriuose yra ne didesnės nei kelių dešimčių miliamperų apkrovos. Dažniausiai jie yra įprasti kompensaciniuose stabilizavimo įrenginiuose kaip atskaitos įtampos šaltiniai.

Parametriniai įtampos stabilizatoriai skirstomi į šaligatvių, vienpakopis Ir daugiapakopis.

Parametrinių įtampos stabilizatorių veikimo principas

Pateikiame paprasto tokio tipo įrenginio schemą, pagrįstą zenerio diodu:

• I šv.- elektros srovė per zenerio diodą
• aš n- apkrovos elektros srovė
• U out = U st- stabilizuota išėjimo įtampa
• U in- nestabilizuota įėjimo įtampa
• R0- balastinis (gesinimo, ribojimo) rezistorius

Pagrindinė zenerio diodo savybė, kurio pagrindu veikia parametrinis įtampos stabilizatorius, yra tai, kad U srovės-įtampos charakteristikos veikimo diapazone (nuo I st min iki I st max) išlieka praktiškai toks pat. Šiuo atveju pokyčiai vyksta nuo U st min iki U st max, tačiau dažniausiai daroma prielaida, kad U st min = U st max = U st).

Sudaryta parametrinio įtampos stabilizatoriaus diagrama aiškiai parodo apkrovos srovės arba įėjimo U korekcija nevyksta(jis išlaiko tas pačias reikšmes kaip ir zenerio diodas). Bet tuo pačiu vyksta dabartiniai pokyčiai einantis per zenerio diodą, o pasikeitus įėjimo įtampai, reguliuojama srovė, judanti per balastinį rezistorių. Dėl to į balastinis rezistorius slopina perteklinę įtampą įėjime. Šio kritimo vertė priklauso nuo per jį einančios srovės, kuri, savo ruožtu, yra sujungta su elektros srove per zenerio diodą. Dėl šios priežasties bet koks elektros srovės per zenerio diodą pataisymas tiesiogiai atsispindi U kritimo vertėje, pažymėtoje balasto rezistoriuje.

Šios schemos principui apibūdinti naudojama lygtis:

U in =U st +IR 0, kur atsižvelgiant į I=I st +I n, paaiškėjo, kad

U in =U st +(I n +I st)R 0 (1)

Kad parametrinis įtampos stabilizatorius veiktų nepriekaištingai, apibrėžiamas U, esant apkrovai nuo Ust min iki Ust max, būtina užtikrinti, kad srovė per zenerio diodą visada liktų ribose nuo Ist min iki Ist max. Visų pirma, minimalūs srovės per zenerio diodą parametrai yra tarpusavyje susiję su minimaliu U įėjimu ir maksimalia apkrovos srovės verte.

Balastinio rezistoriaus varža nustatoma taip:

R 0 =(U min. -U st min)/(I n max +I st min) (2)

Maksimalūs srovės parametrai per zenerio diodą yra tarpusavyje susiję su maksimalia įėjimo įtampa ir mažiausia apkrovos srovės reikšme. veikia normaliai.

Įprasto stabilizavimo įtaiso veikimo ploto apskaičiavimas:

∆U in =U in max –U in min =U st max +(I st min +I st max)R 0 – (U st min +(I st max +I st min)R 0)

Pertvarkydami šią išraišką, gauname:

∆U įvestis =(U st man -U st min)+(I st max -I st min)R 0 –(I n min -I n min)R 0

Arba kitas metodas:

∆U in =∆U st +∆I st R 0 +∆I n R 0

Jei atsižvelgsime į nedidelius skirtumus tarp minimalios ir didžiausios stabilizavimo įtampos (U st min ir U st max), tada pirmojo nario reikšmę dešinėje lygties pusėje galima sumažinti iki nulio, o tai galiausiai sukuria lygtis, apibūdinanti įprasto įrenginio veikimo sritį, tokia forma:

∆U in =∆I st R 0 -∆I n R 0 (3)

Esant pastoviai apkrovos srovei arba esant nedideliems pakeitimams, naudojamas įrenginio normaliam funkcionalumui nustatyti formulė tampa elementari:

∆U in =∆I st R 0 (4)

Parametrinių stabilizatorių efektyvumo skaičiavimas

Kitame etape nustatysime svarstomo parametrinio įtampos stabilizatoriaus efektyvumą. Norėdami jį nustatyti, naudojamas į apkrovą patenkančios galios ir įrenginio įvesties galios santykis:

Efektyvumas = U st I n / U I.

Atsižvelgiant į I=I n +I st mes gauname:

Efektyvumas=(U st /U in)/(1+I st /I n)

Paskutinė parodyta formulė rodo, kad skirtumo tarp U padidėjimas stabilizatoriaus įėjime ir išėjime atitinka padidėjusią srovės per zenerio diodą vertę, kuris žymiai sumažina efektyvumą.

Efektyvumo vertinimo pavyzdys

Norėdami visapusiškai įvertinti „neigiamas“ efektyvumo charakteristikas, naudojame aukščiau pateiktas formules, bet tuo pačiu sąlyginai sumažinkite įtampą iki 5 voltų. Norėdami tai padaryti, naudojame standartinį zenerio diodą, pavyzdžiui, KS147A. Atsižvelgiant į charakteristikas, srovė jame gali skirtis nuo 3 iki 53 mA.

Pagal sąlygas privalome gauti normalaus veikimo sritis, kurio plotis yra 4 voltai. Norėdami tai padaryti, turite paimti 80 omų balastinį rezistorių. Atsižvelgiant į nuolatinę apkrovos srovę naudokite 4 formulę(kiti parametrai žymiai „pablogina“ situaciją). Pagal tai galima apskaičiuoti taikant 2 formulė, apskaičiavimas, kokios srovės vertės turėtų būti skaičiuojamos tam tikroje situacijoje. Dėl to mes turime 19,5 mA, o efektyvumas tokiomis sąlygomis, priklausomai nuo U prie įėjimo, bus 14% -61%..

Tam, kad apskaičiuokite maksimalias išėjimo srovės reikšmes tomis pačiomis sąlygomis reikia pakeisti dabartinę vertę iš pastovios į kintančią diapazone nuo nulio iki I max. Tada tuo pačiu nuspręsti 2 ir 3 lygtis, mes gauname R 0 = 110 omų, I max = 13,5 mA. Taigi akivaizdu, kad maksimali zenerio diodo srovė yra keturis kartus didesnė už didžiausią išėjimo srovės vertę.

Parametrinio stabilizatoriaus trūkumas yra tas, kad skiriasi išėjimo įtampa įspūdingas nestabilumas, tiesiogiai priklauso nuo išėjimo srovės, todėl tolesnis įrenginio veikimas yra nepriimtinas.

Dėl to galime drąsiai teigti, kad parametrinis įtampos stabilizatorius turi tik vieną privalumą – paprastą dizainą. Dėl šios priežasties šie įrenginiai ir toliau egzistuoja ir netgi plačiai naudojami gana sudėtingose ​​grandinėse, kaip jau minėta, kaip atskaitos įtampos šaltinis.