Параметричні стабілізатори напруги. Розрахунок найпростішого параметричного стабілізатора на стабілітроні. Параметричний паралельний стабілізатор напруги. Схема, конструкція, будова, проектування, розрахунок, застосування. Розрахувати Розрахунок стабілізував

Основним параметром стабілізатора напруги, яким оцінюють його якість роботи, є коефіцієнт стабілізації

До ст U = (U вх / U вх) / (U вих / U вих).

Найпростішим стабілізатором напруги є параметричний, схема якого представлена ​​на рис. 1.6.

Мал. 1.6. Параметричний стабілізатор напруги без термокомпенсації

Розрахунок параметричного стабілізатора зазвичай зводиться до розрахунку опору баластного резистора R про вибір типу стабілітрона.

Основними електричними параметрами стабілітрона є:

U ст – напруга стабілізації;

I ст.макс – максимальний струм стабілітрону на робочій ділянці вольт-амперної

Характеристики;

I ст.хв – мінімальний струм стабілітрону на робочій ділянці вольт-амперної

Характеристики;

R д – диференціальний опір на робочій ділянці вольт-амперної

Характеристики.

Методику розрахунку розглянемо з прикладу.

Дано: U вих = 9 В; I н = 10 мА; ΔI н = ± 2 мА; ΔU вх = ± 10% U вх. .

порядок розрахунку.

1. За довідником вибираємо стабілітрон типу Д814Б з параметрами

U ст = 9 В; I ст. макс = 36 мА; I ст. хв = 3 мА; R д = 10 Ом.

2. Розрахуємо необхідну вхідну напругу за формулою

U вх = n ст U вих,

де n ст – коефіцієнт передачі стабілізатора.

Для оптимальних умов роботи стабілізатора рекомендується вибирати n ст у межах від 1,4 до 2.

Приймемо n ст = 1,6, тоді U вх = 1,6 · 9 = 14,4 Ст.

3. Розрахуємо опір баластного резистора R про

R про = (U вх -U вих) / (I ст + I н).

Струм I ст вибирають з таких міркувань: I ст ≥I н.

При одночасному зміні U вх на величину U вх і I н на величину I н струм стабілітрона не повинен виходити за межі I ст.макс і I ст.хв.

З цієї причини зазвичай вибирають I ст із середини діапазону допустимих значень.

Приймаємо I ст = 0,015 А.

Тоді R про = (14,4 - 9) / (0,015 + 0,01) = 216 Ом.

Виберемо стандартне значення опору резистора R про параметричним рядом Е24 (див. додаток 4).

Приймаємо R про = 220 Ом.

Для вибору типу резистора необхідно розрахувати потужність, що розсіюється на корпусі резистора.

Р = I 2 R про; Р = (25 · 10 -3) 2 · 220 = 0,138 Вт.

Приймаємо стандартне значення потужності розсіювання на резистори 0,25 Вт.

Вибираємо тип резистора МЛТ-0,25-220 Ом ±10%.

4. Проведемо перевірку правильності вибору режиму роботи стабілітрона у схемі стабілізатора напруги:

I ст.хв = (U вх - ΔU вх - U вих) / Rо - (I н + ΔI н);

I ст.хв = (14,4 - 1,44 - 9) · 10 3 / 220 - (10 + 2) = 6 мА;

I ст.макс = (U вх + ΔU вх -U вих) / Rо - (I н -ΔI н);

I ст.макс = (14,4 + 1,44 - 9) · 10 3 / 220 - (10 - 2) = 23 мА.

Якщо розраховані значення струмів I ст.хв і І ст.

5. Коефіцієнт стабілізації за напругою для параметричного стабілізатора визначається за такою формулою:

До ст = (R про / R д + 1) / n ст,

До ст = (220/10 + 1) / 1,6 = 14,3.

6. Вихідний опір параметричного стабілізатора напруги

R вих = R про = 10 Ом.

На рис. 1.7 представлено схему параметричного стабілізатора напруги з температурною стабілізацією режиму роботи його основного елемента – стабілітрона.

Для підвищення температурної стабільності вихідної напруги у цій схемі послідовно зі стабілітроном включено кілька кремнієвих діодів.

Температурний коефіцієнт напруги (ТКН) діода за знаком протилежний ТКН стабілітрона, проте менше за модулем. Тому для температурної компенсації U ст потрібно кілька діодів. Кремнієві стабілітрони, включені в прямому напрямку, також можуть бути використані для термостабілізації. Кількість термостабілізуючих елементів визначають по відношенню до модуля ТКН стабілітрона до модуля ТКН елемента (діода). Результат поділу округляється до цілого числа.

Чисельні значення ТКН стабілітронів і діодів наведені в довідниках і виражені у %/о С. Для кремнієвих діодів, включених у прямому напрямку ТКН незначно відрізняються один від одного для різних типів і знаходяться в межах

1,4...1,7 мВ/оС. Для германієвих діодів, наприклад у Д7А – Д7Ж, величина ТКН становить –1,9 мВ/оС. Для виконання розрахунків термостабілізації в РГР-1 використовувати діод Д7Ж, у якого ТКН становить -1,9 МВ / про С.

При цьому слід мати на увазі, що при великій кількості діодів термостабілізуючих (три і більше) необхідно враховувати пряме падіння напруга на них і динамічний опір. Для діода Д7Ж пряма напруга становить 0,5, а динамічний опір 2 Ом. Загальна напруга стабілізації визначається при цьому як сума напруг стабілітрона та діодів, а загальний динамічний опір визначається як сума динамічних опорів стабілітрона та діодів.

Розрахунок такого стабілізатора провадиться за методикою, наведеною вище.

Мал. 1.7. Параметричний стабілізатор напруги з термокомпенсацією

Примітка:

Послідовність розрахунку джерела вторинного електроживлення наступна - спочатку виконується розрахунок стабілізатора напруги, потім фільтра, що згладжує, і далі - випрямної схеми.

Принципову електричну схему пристрою виконати відповідно до ГОСТу та з урахуванням структурної схеми (рис 1.1)

Контрольна робота №2

Розрахунок підсилювального каскаду на біполярному транзисторі

за схемою із загальним емітером

Наведено техніку спрощеного розрахунку параметричного стабілізатора напруги на транзисторах. Схема найпростішого параметричного стабілізатора на стабілітроні та резисторі показана на малюнку 1.

Простий параметричний стабілізатор напруги

Вхідна напруга Uвх повинна бути істотно вищою за напругу стабілізації стабілітрона VD1. А щоб стабілітрон не вийшов з ладу, струм через нього обмежений постійним резистором R1. Вихідна напруга Uвих буде дорівнює напрузі стабілізації стабілітрона, а з вихідним струмом ситуація складніша.

Справа в тому, що кожен стабілітрон має певний діапазон робочого струму через нього, наприклад, мінімальний струм стабілізації 5 mA, а максимальний 25 mA. Якщо ми підключаємо на виході такого стабілізатора навантаження, частина струму починає протікати через неї.

І величина максимального значення цього струму залежатиме і від опору R1 і від мінімального струму стабілізації стабілітрона - максимальний струм навантаження буде зменшений на мінімальний струм стабілізації стабілітрона. Тобто, виходить, що менше опір R1, тим більший струм можна віддати в навантаження. У той же час, струм через R1 не повинен бути більшим за максимальний струм стабілізації стабілітрона.

Мал. 1. Схема найпростішого параметричного стабілізатора на стабілітроні та резисторі.

Так як, по-перше, стабілітрону необхідний запас на підтримки напруги на виході стабільним, а по-друге, стабілітрон може вийти з ладу при перевищенні максимального струму стабілізації, що може при відключенні навантаження або її роботі на режимі з низьким струмом споживання.

Стабілізатор за такою схемою дуже неефективний і годиться для живлення лише ланцюгів, що споживають струм не більше максимального струму стабілітрона. Тому стабілізатори за схемою на рис.1 використовуються лише у схемах з невеликим струмом навантаження.

Стабілізатор напруги із застосуванням транзистора

Якщо потрібно забезпечити більш-менш значний струм навантаження і знизити його вплив на стабільність, потрібно посилити вихідний струм стабілізатора за допомогою транзистора, включеного за схемою емітерного повторювача (рис.2).

Мал. 2. Схема параметричного стабілізатора напруги одному транзисторе.

Максимальний струм навантаження цього стабілізатора визначається за формулою:

Ін = (Іст - Іст.мін) * h21е.

де Іст. - середній струм стабілізації використовуваного стабілітрона, h21е - коефіцієнт передачі струму бази транзистора VT1.

Наприклад, якщо використовувати стабілітрон КС212Ж (середній струм стабілізації = (0,013-0,0001)/2 = 0,00645А), транзистор КТ815А з h21 е - 40 ми зможемо отримати від стабілізатора за схемою на рис.2 струм не більше: ( 0,006645-0,0001) 40 = 0,254 А.

До того ж, при розрахунках вихідної напруги потрібно враховувати, що вона буде на 0,65V нижче за напругу стабілізації стабілітрона, тому що на кремнієвому транзисторі падає близько 0,6-0,7V (приблизно беруть 0,65V).

Візьмемо такі вихідні дані:

• Вхідна напруга Uвх = 15V,
• вихідна напруга Uвих = 12V,
• максимальний струм через навантаження Ін = 0,5А.

Виникає питання, що вибрати – стабілітрон з великим середнім струмом або транзистор з великим h21е?

Якщо у нас є транзистор КТ815А з h21е = 40, то, за формулою Ін = (Іст -Іст.хв)h21е, нам знадобиться стабілітрон з різницею середнього струму та мінімального 0,0125А. За напругою він має бути на 0,65V більше вихідної напруги, тобто 12,65V. Спробуємо підібрати за довідником.

Ось, наприклад, стабілітрон КС512А, напруга стабілізації у нього 12V, мінімальний струм 1 мА, максимальний струм 67 мА. Тобто, середній струм 0,033А. Загалом підходить, але вихідна напруга буде не 12V, а 11,35V.

Нам же потрібне 12V. Залишається або шукати стабілітрон на 12,65V, або компенсувати недолік напруги кремнієвим діодом, включивши його послідовно стабілітрон як показано на малюнку 3.

Рис.3. Принципова схема параметричного стабілізатора напруги доповненого діодом.

Тепер обчислюємо опір R1:

R = (15 -12) / 0,0125А = 160 Ом.

Декілька слів про вибір транзистора за потужністю і максимальним струмом колектора. Максимальний струм колектора Ік.макс. має бути не менше максимального струму навантаження. Тобто, у нашому випадку, не менше 0,5А.

А потужність має не перевищувати максимально допустиму. Розрахувати потужність, яка розсіюватиметься на транзисторі можна за такою формулою:

Р = (Uвх - Uвих) * Івих.

У разі, Р= (15-12)*0,5=1,5W.

Таким чином, Ік. транзистор має бути не менше 0,5А, а Рмакс. щонайменше 1,5W. Вибраний транзистор КТ815А підходить із великим запасом (Ік.макс.=1,5А, Рмакс.=10W).

Схема на складовому транзисторі

Збільшити вихідний струм без збільшення струму через стабілітрон можна тільки збільшивши h21е транзистора. Це можна зробити, якщо замість одного транзистора використовувати два, включені за складовою схемою (рис.4). У такій схемі загальний h21е дорівнюватиме добутку h21е обох транзисторів.

Мал. 4. Принципова схема стабілізатора напруги з урахуванням складеного транзистора.

Транзистор VT1 беруть малопотужний, а VT2 на потужність і струм, що відповідає навантаженню. Все розраховується приблизно так само, як і у схемі за малюнком 3. Але тепер у нас два кремнієві транзистори, тому вихідна напруга знизиться не на 0,65V, а на 1,ЗV.

Це потрібно врахувати при виборі стабілітрона, - його напруга стабілізації (при використанні кремнієвих транзисторів) має бути на 1,ЗV більше необхідної вихідної напруги. До того ж виник резистор R2. Його призначення - придушувати реактивну складову транзистора VТ2, і забезпечувати надійну реакцію транзистора зміну напруги з його основі.

Величина цього опору надто істотного значення немає, а й межі розумного виходити має. Зазвичай його вибирають приблизно 5 разів більше опору R1.

Параметричним стабілізатором називається пристрій, у якому вихідна напруга чи струм підтримується лише на рівні заданого значення з допомогою параметрів радіоелектронних елементів. Вони використовуються нелінійні властивості характеристик (вольтамперних, ампервольтових, ом-градусних, вебер-амперних, вольт-секундних та інших.). Як приклад таких приладів можна назвати такі електронні елементи, як стабілітрони, терморезистори, дроселі насичення тощо.

Параметричні стабілізатори можуть стабілізувати постійну або змінну напругу, однак і в тому і в іншому випадку вони мають досить погані параметри. У старій апаратурі вони застосовувалися через просту, а отже, дешеву схему. В даний час практично витіснено інтегральними компенсаційними стабілізаторами або джерелами безперебійного живлення. Тим не менш, для того, щоб зрозуміти, як працюють компенсаційні та напруги необхідно знати принципи роботи параметричного стабілізатора.

Як приклад параметричних стабілізаторів розглянемо стабілізатори напруги. У них зазвичай використовуються напівпровідникові стабілітрони, які працюють у галузі електричного пробою на зворотній ділянці вольтамперної характеристики. Тому стабілітрон включається у зворотному напрямку. Вихід з ладу даного діода не відбувається через те, що струм, що протікає через діод, обмежується зовнішнім резистором. Класична схема параметричного стабілізатора напруги на стабілітроні наведена малюнку 1.

Ми обговоримо у наступній статті, а зараз докладніше розглянемо параметри стабілітрона. Приклад його вольтамперної характеристики наведено малюнку 2

У параметрах стабілітрона наводиться мінімальний струм стабілізації, при якому починається пробій і максимальний струм стабілізації, при якому ще не відбувається руйнування pn-переходу за рахунок його теплового нагріву. Основними параметрами стабілітрона є:

• напруга стабілізації Uст та межі його зміни Δ Uст;
• номінальний струм Iном та межі його зміни Iст min ... Iст max;
• максимальна допустима потужність розсіювання Pдоп = Uст × Iст max;
• диференціальний опір на робочій ділянці r d;
• температурний коефіцієнт напруги (ТКН) α T.

Найбільш важливим параметром стабілітрона є його напруга стабілізації. Стабілітрони виробляють на напругу від 3 до 400 В. Воно залежить від товщини p-n переходу. При цьому залежно від товщини переходу пробій буває лавинним або тунельним. Якщо потрібно стабілізувати напругу менше трьох вольт, застосовуються стабистори. Вони для стабілізації використовується пряма гілка амплітудно-частотної характеристики. Тому схема параметричного стабілізатора напруги змінюється. Вона наведена малюнку 3.

Диференціальний опірстабілітрон зазвичай визначається омічним опором напівпровідника. За вольтамперною характеристикою його можна визначити так:

Саме диференціальний опір стабілітрона визначає залежність вихідної напруги параметричного стабілізатора від струму споживання навантаження.

Не менш важливим параметром є температурний коефіцієнт напруги. Напівпровідникові діоди дуже чутливі до температури і їхня вольтамперна характеристика зміщується при нагріванні. Приклад зміни вольтамперної характеристики стабілітрону наведено на малюнку 4.

Для напівпровідникового діода, який використовується як стабілізатор, ТКН α T= 0,1% градусів Цельсія. Для прецизійних стабілізаторів напруги це дуже велика величина. У той же час, негативний або позитивний буде ТКН залежить від типу пробою. При напрузі стабілізації менше 6,2 він негативний, а при напрузі стабілізації більше цього значення - позитивний. Тому прецизійні стабілітрони виконуються на цю напругу. При дещо більшій напрузі можна скористатися прямою гілкою вольтамперної характеристики, де падіння напруги зменшується зі зростанням температури. Якщо стабілітрони включити зустрічно, як показано на малюнку 5, то залежність напруги стабілізації від температури можна значно знизити (наприклад, вітчизняний стабілітрон КС170).

Умовно-графічне зображення прецизійного стабілітрона наведено малюнку 6.

У схемі включення даного стабілітрона можна побоюватися неправильного включення, т.к. симетричні стабілітрони мають однакову напругу стабілізації.

Стабілізатор напруги – це пристрій, до входу якого подається напруга з нестійкими або невідповідними параметрами споживача електроенергії. На виведенні стабілізатора напруга вже має потрібні (стійкі) параметри, які уможливлюють постачання електроенергією сприйнятливих до зміни вольтажу споживачів. А як працює стабілізатор напруги і для чого він потрібен?

Стабілізація напруги постійного струму потрібна, якщо вхідний вольтаж занадто малий або великий споживача. При проходженні через підтримуючий пристрій він стає більшим або меншим до потрібного значення. При необхідності схема стабілізатора може бути складена так, щоб напруга, що виводиться, мала полярність, протилежну вступнику.

Лінійні

Лінійний стабілізатор – дільник, у який подається нестійка напруга. Виходить воно вже вирівняне, із стабільними характеристиками. Принцип роботи полягає у постійній зміні опору для підтримки на виведенні постійного вольтажу.

Переваги:

• Проста конструкція із невеликою кількістю деталей;
• У роботі не спостерігаються перешкоди.

Недоліки:

• При велику відмінність вхідного і вихідного вольтажу лінійний перетворювач струму видає слабкий ККД, оскільки більшість вироблюваної потужності перетворюється на тепло і розсіюється на регуляторі опору. Тому виникає потреба в установці контролюючого пристрою на радіаторі достатнього розміру.

Параметричний зі стабілітроном, паралельний

Для схеми стабілізуючого струму пристрою, в якому елемент, що контролює роботу, розташований паралельно навантаженій гілки, підходять газорозрядні і напівпровідникові стабілітрони.

Через стабілітрон повинен проходити струм, що перевищує від 3 до 10 разів струм RL . Тому механізм підходить для вирівнювання напруги лише у механізмах зі слабким струмом. Зазвичай його використовують як складовий елемент перетворювачів струму з складнішою начинкою.

Послідовний із біполярним транзистором

Принцип роботи стабілізатора можна розглянути за допомогою схеми пристрою.

Видно, що вона поєднує в собі два елементи:

1. Вже відомий нам паралельний параметричний стабілізатор на стабілітроні;
2. Біполярний транзистор, який збільшує струм із постійним коефіцієнтом. Його ще називають емітерним повторювачем.

Напруга, що виводиться визначається за формулою: Uout = Uz - Ube. Uz - напруга, що підтримується стабілітроном. Воно майже залежить від струму, що йде через стабілітрон. Ube – різниця вольтажу вихідного та стабілізованого стабілітроном. Вона майже залежить від струму, який подається на p-n перехід. Однак різниця залежить від природи речовини (для кремнію Ube – 0,6, для германію – 0,25). Саме через порівняльну незалежність цих значень напруга стійка.

При проходженні через тришаровий транзистор напруга виведення стабілізатора збільшується. Якщо використання одного транзистора не задовольняє запити споживача енергії, то береться конструкція з кількох транзисторів збільшення струму до потрібного значення.

Послідовний компенсаційний на операційному підсилювачі

Компенсаційний - означає із зворотним зв'язком. У цьому стабілізаторі напруга, що виводиться, завжди співставляється з тим, що прийнято за еталон. Відмінність між ними необхідна формування та передачі сигналу механізму, що контролює вольтаж.

З резистора R2 знімається частина напруги Uout, яка порівнюється з Uz (напруга опорна) на стабілітроні, позначеному на схемі як D1. Отримана різницю проходить через операційний підсилювач (на схемі U1) і передається керуючому транзистору.

Стійка робота забезпечується при петльовому зрушенні фаз, що наближається до 180°+n*360°. Оскільки частина напруги, що виходить, подається на підсилювач, то останній зрушує фазу на розгорнутий кут. Транзистор, включений за схемою підсилювача струму, викликає зсуву фаз. При цьому петльовий зсув залишається рівним 180 про.

Імпульсний

Електричний струм із нестійкими параметрами за допомогою коротких імпульсів подається на накопичувальний пристрій стабілізатора (в його ролі виступає індуктивна котушка або конденсатор). Запасена електроенергія згодом виходить у навантаження вже з іншими параметрами. Можливо два варіанти стабілізації:

1. Шляхом керування тривалістю імпульсів та пауз між ними ( принцип широтно-імпульсної модуляції);
2. Шляхом порівняння напруги, що виходить, з мінімально і максимально допустимими значеннями. Якщо воно вище максимального, то накопичувач перестає накопичувати енергію та розряджається. Тоді на виведенні напруга стає меншою за мінімальну. При цьому накопичувач знову починає працювати. принцип двопозиційного управління).

Залежно від схеми, імпульсний вирівнювач струму може перетворювати напругу до досягнення різних результатів. Тому розрізняють його різновиди:

• Знижувальний(Напруга на виведенні менше, ніж на введенні, але з тією ж полярністю);
• Підвищуючий(Напруга на виведенні більше, ніж на введенні, але з тією ж полярністю);
• Знижуючий-підвищуючий(напруга на виводі може бути більшою або меншою, ніж на введенні, але полярність та ж). Пристрої застосовується, коли U на введенні та виведенні сильно відрізняються, але на введенні можливі небажані відхилення у більшу або меншу сторону;
• Інвертуючий(Напруга на виведенні більше або менше, ніж на введенні, полярність протилежна).

Переваги:

• Низькі втрати енергії.

Недоліки:

• Імпульсні перешкоди висновку.

Стабілізатори змінної напруги

Стабілізатор змінної напруги призначений для підтримки постійного струму на виводі, незалежно від того, якими параметрами він має на вводі. Напруга, що виводиться, повинна описуватися ідеальною синусоїдою навіть при різких стрибках, падінні або навіть обриві на введенні. Розрізняють накопичувальні та коригувальні стабілізуючі пристрої.

Стабілізатори-накопичувачі

Це пристрої, які спочатку накопичують електроенергію від джерела живлення струму. Потім енергія генерується заново, але вже з постійними характеристиками струм направляється до виходу.

Система «двигун – генератор»

Принцип роботи полягає у перетворенні електричної енергії в кінетичну за допомогою електродвигуна. Потім генератор назад перетворює її з кінетичної в електричну, але струм вже має конкретні та постійні характеристики.

Клюєвий елемент системи - маховик, який накопичує в собі кінетичну енергію і стабілізує напругу, що виводиться. Маховик жорстко з'єднаний з рухомими частинами двигуна та генератора. Він дуже масивний і має велику інерцію, що зберігає швидкість, яка залежить тільки від фазної частоти. Оскільки швидкість обертання маховика відносно стала, напруга залишається постійною навіть при значних провалах і стрибках на введенні.

Система "двигун-генератор" підходить для напруги з трьома фазами. Сьогодні вона використовується лише на стратегічних об'єктах. Раніше застосовувалась для запитування швидкодіючих електронних обчислювальних машин.

Ферорезонансний

Пристрій включає:

• Індуктивна котушка з насиченим сердечником;
• Котушка індуктивності з ненасиченим осердям (всередині є магнітний зазор);
• Конденсатор.

Оскільки котушка з насиченим сердечником має постійну напругу, незалежно від струму, що по ньому йде, шляхом підбору характеристик другої котушки та конденсатора можна досягти стабілізації напруги в потрібних межах.

Принцип дії отриманого механізму можна порівняти з гойдалками, які важко різко зупинити або змусити гойдатися з більшою швидкістю. Навіть немає необхідності щоразу підштовхувати гойдалку, бо коливальний рух – інерційний процес. Тому допустимі сильні провали та обриви напруги. Частоту коливань теж важко змінити, оскільки у системи власна частота, що встановилася.

Ферорезонансні стабілізатори були популярними за радянських часів. Їх використовували для постачання електроенергії телевізорів.

Інверторний

У схему інверторного стабілізатора включаються:

• Вхідні фільтри;
• Випрямляч з пристроєм, що змінює коефіцієнт потужності;
• Конденсатори;
• Мікроконтролер;
• Перетворювач напруги (з постійної в змінну).

Принцип роботи заснований на двох процесах:

1. Спочатку вхідний змінний струм перетворюється на постійний при проході через коректор і випрямляч. Енергія накопичується у конденсаторах;
2. Потім постійний струм перетворюється на змінний вихідний. З конденсатора струм йде до інвертора, який трансформує струм на змінний, але з незмінними параметрами.

Приклад (принцип роботи стабілізатора напруги 220В): на введенні напруга менше або більше 220В, його форма не відповідає синусоїді. Після проходження через випрямляч та коректор струм стає постійним, форма напруги – ідеальна синусоїда. Після проходження через інвертор до виходу спрямовується змінний синусоїдальний струм із частотою 50 Гц та напругою 220В.

Завдяки високій віддачі механізму (ККД близько до 100%) такий стабілізатор використовують для дорогого обладнання медичного та спортивного призначення.

ДБЖ

Джерела безперебійного живлення за конструкцією та принципом дії аналогічні інверторним перетворюючим пристроям. Подібність закінчується у тому, що накопичення електроенергії відбувається над конденсаторі, а акумуляторі, з якого виходить струм з необхідними споживача параметрами.

ДБЖ необхідні для запитування обчислювальної техніки, оскільки вони не тільки стабілізують напругу, а й унеможливлюють збій роботи програм при аварійному відключенні. Приклад: якщо відбувається обрив вольтажу, накопиченої в акумуляторі енергії вистачить для правильного завершення роботи комп'ютера. Всі дані будуть збережені, а комп'ютерна "начинка" залишиться цілою.

Коригувальні

До коригувальних стабілізаторів відносять перетворювачі напруги, які змінюють його за рахунок додаткового потенціалу, якого не вистачало для отримання необхідного для споживача значення.

Електромагнітний

Інша назва – феромагнітний. Від ферорезонансного відрізняється відсутністю конденсатора, нижчою потужністю та більшими розмірами.

Якщо лінійний реактор (на схемі L1) включити послідовно з резистором Rh, а нелінійний реактор L2 включити паралельно Rh, то як би не змінювалася вхідна напруга, що виводиться буде постійним. Це зумовлено роботою другого реактора в режимі насичення, чому вольтаж на ньому не змінюється при змінному струмі. У зв'язку з цим напруга, що змінюється, на введенні не впливає на значення на висновку. Воно лише перерозподіляється між L1 та L2. Приріст від вхідного значення повністю йде L1.

Електромеханічний та електродинамічний

Це два схожих по конструкції виду стабілізаторів, що є вольтододатковим трансформатором. Вони напруга перетворюється з допомогою переміщення вузла, знімає струм біля входу, по трансформаторної обмотці. В результаті коефіцієнт стабілізації змінюється м'яко до тієї величини, яка потрібна для напруги, що виходить.

У електромеханічному вирівнювачі керування реалізується щітками, які швидко зношуються, оскільки це рухливі елементи. Знизити зношування вдається в електродинамічному аналогу, у якому щітки замінені роликом.

Це єдині перетворювачі струму, які забезпечують гладку його трансформацію, а й формують із нього синусоїду. На виведенні значення відносно незмінне, максимальне відхилення від номіналу вбирається у 3%. Така подача енергії оптимальна для побутової та виробничої техніки.

Переваги:

• Широкий діапазон вхідної напруги (130-260В);
• відсутність перешкод на висновку;
• Можливість навантаження до 200% на півсекунди;
• Безшумна робота (якщо немає навантаження);
• Відмінна завадостійкість.

Недоліки:

• Не можна застосовувати при морозах (конструкція може працювати лише при нетривалих легких заморозках та до 40 градусів тепла);
• Низька швидкість стабілізації (проблема вирішується шляхом додавання кількості щіток).

До переваг електродинамічного аналога варто віднести його здатність працювати при негативних температурах (трохи більше 15 градусів морозу). Ще один плюс: конструкція витримує навантаження на 200% до 120 секунд.

Релейний

Принцип роботи релейного стабілізатора напруги схожий на роботу інших автотрансформаторних перетворювачів з регулюванням по сходах за рахунок включення/вимкнення окремих обмоток силового автоматичного трансформатора за допомогою електромеханічних реле. Тому підвищення та зниження вихідної напруги – це паралельний процес підвищення та зниження на введенні підтримуючого пристрою.

Особливість релейного перетворювача – значення, що виводиться, завжди змінюється в межах ступеня. Наприклад, заданий діапазон допустимих значень від 215 до 220 Вольт. Це означає, що напруга постійно змінюватиметься в цих рамках, у той час як на введенні цей діапазон може становити 200-230 Вольт. Розмах щаблі залежить від кількості обмоток: чим їх більше, тим менший діапазон, і тим рівніше буде напруга на виведенні.

З цього можна зробити висновок, що якісний стабілізатор не може показувати на екрані лише 220 Вольт. Якщо значення не змінюється, можна зробити висновок, що світлодіоди розташовані саме у формі числа «220» і ніякого іншого числа вони показати не можуть. Так роблять недобросовісні виробники зменшення собівартості перетворювачів змінного струму.

Переваги:

• Висока швидкість стабілізації;
• Невеликі розміри;
• Великий діапазон напруги на введенні (від 140 до 270 Вольт);
• Низька сприйнятливість до змін напруги, що входить;
• Допустиме навантаження в 110% на 4 секунди;
• Безшумна робота;
• Можливість роботи від -20 до +40 градусів за Цельсієм.

Недоліки:

• Ступінчаста (а не плавна) стабілізація (світло моргає при великому діапазоні щаблі);
• Швидкість стабілізації залежить від точності напруги, що виходить: чим точніше вольтаж, тим менша швидкість.

Електронний

Якщо вам потрібно перетворювати струм із нестійкими параметрами, зверніть увагу на електронний стабілізатор. Електронне пристрій стабілізатора напруги 220 вольт – це аналог релейного перетворювача. Різниця між ними полягає тільки в способі зміни включеної в навантажений ланцюг трансформаторних обмоток.

У цій конструкції перемикання відбувається завдяки наявності реле, а з допомогою симісторів чи тиристорів. Оскільки механічні деталі відсутні, термін служби пристрою різко зростає. У поєднанні з прийнятною вартістю, цей варіант для побутової техніки є оптимальним. В іншому переваги та недоліки збігаються з тими, що вказані для релейного перетворювача.

Гібридний

У 2012 році у продажу з'явився новий вид стабілізатора – гібридний. Він являє собою електромеханічний пристрій, в конструкцію якого додатково входять два релейні перетворювачі.

Основний елемент – електромеханічний. Релейні елементи входять у роботу лише тоді, коли останній не може видати висновку 220 Вольт. Це буває, якщо напруга, що входить, або занадто низька, або занадто висока. Так, електромеханічний перетворювач працює за 144-256В. А релейний включається, коли значення опускається нижче 144В чи піднімається вище 256В. Максимальний діапазон складає 105-280 Вольт.

Гібридні перетворювачі підходять для безперебійного енергопостачання споживачів електроенергії у приватному будинку, квартирі, офісі чи навіть магазині.

Якість і термін служби електроприладів залежить від параметрів енергії, що подається. При різких стрибках, урвищах чи провалах вольтажу техніка виходить з ладу. Протистояти цьому може лише безперебійне енергопостачання із напругою обумовленого значення. Саме його дозволяють отримати стабілізатори напруги, без яких неможливе сучасне життя.

шановні відвідувачі!

Компанія "ЕНЕРГОКОНТИНЕНТ" вітає Вас з наступаючим 2020 роком та Різдвом!

Бажаємо Вам щастя, любові та успіхів у
професійної діяльності!

Параметричний стабілізатор напруги

Параметричні стабілізатори напруги виготовляються, як правило, із застосуванням транзисторів, стабісторіві стабілітронів.

Цей пристрій характеризується невисоким ККД, внаслідок чого використовуються як модулі слаботочних схем, в яких є навантаження не вище пари десятків міліампер. Найчастіше вони поширені компенсаційних стабілізуючих пристроях у ролі опорних джерел напруги.

Параметричні стабілізатори напруги поділяються на бруківки, однокаскадніі багатокаскадні.

Принцип роботи параметричних стабілізаторів напруги

Пропонуємо схему простого пристрою даного типу, в основі якого знаходиться стабілітрон:

• I ст- електрострум через стабілітрон
• I н- електрострум навантаження
• U вих = U ст- стабілізована напруга на виході
• U вх- нестабілізована напруга на вході
• R 0- баластовий (гасить, що обмежує) резистор

Основною властивістю стабілітрону, на базі якого функціонує параметричний стабілізатор напруги, є те, що U на ньому в робочому діапазоні вольт-амперної характеристики (від I ст до I ст max) залишається практично колишнім. При цьому зміни відбуваються від U ст min до U ст max , проте при цьому прийнято мати на увазі, що U ст min = U ст max = U ст).

Складена схема параметричного стабілізатора напруги дає зрозуміти, що корекція струму навантаження або вхідного U не відбувається(Він зберігає ті ж значення, що і на стабілітроні). Але при цьому відбуваються зміни струму, що проходить через стабілітрон, а при зміні напруги на вході виконується коригування струму, що рухається баластним резистором. В результаті в баластному резистори відбувається гасіння надлишків напруги на вході. Значення цього падіння залежать від струму, що проходить через нього, який, у свою чергу, взаємопов'язаний з електрострумом через стабілітрон. Внаслідок цього будь-яка корекція електроструму через стабілітрон безпосередньо відбивається на величині падіння U, що відзначається в баластному резистори.

Для опису принципу цієї схеми використовується рівняння:

U вх = U ст + IR 0, де з урахуванням I=I ст +I н, виходить що

U вх = U ст + (I н + I ст) R 0 (1)

Для бездоганного функціонування параметричного стабілізатора напруги, що визначається U на навантаженні в межах від Uст min до Uст max, потрібно стежити за тим, щоб через стабілітрон струм завжди залишався в межах від Iст min до Iст max. Зокрема, мінімальні параметри струму через стабілітрон взаємопов'язані з мінімальним U на вході та максимальною величиною електроструму навантаження.

Опір баластового резистора встановлюється так:

R 0 =(U вх min -U ст min)/(I н max +I ст min) (2)

Максимальні параметри струму через стабілітрон взаємопов'язані з максимальною напругою на вході та мінімальною величиною електроструму навантаження Внаслідок цього, використовуючи рівняння (1), досить просто встановлюється область, де параметричний стабілізатор напруги функціонує нормально.

Розрахунок галузі нормального функціонування стабілізуючого пристрою:

∆U вх =U вх max –U вх min =U ст max +(I н min +I ст max)R 0 –(U ст min +(I н max +I ст min)R 0)

Виконавши перегрупування цього виразу, отримуємо:

∆U вх = (U ст man -U ст min) + (I ст max -I ст min) R 0 - (I н min -I н min) R 0

Або інший метод:

∆U вх =∆U ст +∆I ст R 0 +∆I н R 0

Якщо взяти до уваги незначні відмінності між мінімумом і максимумом напруги стабілізації (U ст min і U ст max), то значення першого складового у правій частині рівняння можна призвести до нуля, що у результаті створює рівняння, що описує область нормальний функціонал приладу, що набуває наступної форми:

∆U вх =∆I ст R 0 -∆I н R 0 (3)

У разі постійного струму навантаження або з незначними змінами, що застосовується для встановлення області нормального функціоналу пристрою формула переходить у розряд елементарних:

∆U вх =∆I ст R 0 (4)

Розрахунок ККД параметричних стабілізаторів

На наступному етапі встановимо ККД аналізованого параметричного стабілізатора напруги. Для його визначення використовується відношення потужності, яка йде у навантаження до потужності на вході у пристрій:

ККД = U ст I н / U вх I.

З урахуванням I=I н +I стотримуємо:

ККД=(U ст /U вх)/(1+I ст /I н)

Остання наведена формула показує, що збільшення різниці між U на вході та виході стабілізатора відповідає підвищеному значенню струму через стабілітрон, що суттєво погіршує ККД.

Приклад оцінки ККД

Для того, щоб повноцінно оцінити «негативні» характеристики ККД, використовуємо наведені вище формули, але при цьому умовно знизимо напругу до 5 Вольт. Для цього використовуємо стандартний стабілітрон, наприклад, КС147А. Відповідно до характеристик струм у ньому може змінюватися в діапазоні від 3-х до 53-х ма.

Згідно з умовами, нам потрібно отримати область нормального функціонування, ширина якої складає 4 Вольти. Для цього необхідно взяти баластовий резистор 80 Ом. З урахуванням постійного струму навантаження використовуємо формулу 4(Інші параметри значно «погіршують» становище). На основі цього можна обчислити, застосовуючи формулу 2, Розрахунок які значення струму у цій ситуації слід рассчитывать. В результаті маємо 19,5 мА, причому ККД на таких умовах становитиме, залежно від U на вході, 14%-61%.

Для того щоб прорахувати максимальні значення вихідного струмув цих умовах, необхідно поміняти в них значення струму з постійного на змінюється в діапазоні від нуля до I max . Тоді одночасно вирішуючи рівняння 2 та 3, отримуємо R 0 = 110 Ом, I max =13,5 мА. Таким чином, очевидно, що максимум струму стабілітрону в чотири рази перевищує максимальне значення струму на виході.

Недоліком параметричного стабілізатора можна назвати те, що напруга на виході відрізняється значною нестабільністю, Прямо залежить від струму на виході, що робить неприйнятним подальшу експлуатацію приладу.

Зрештою, з упевненістю можна сказати, що параметричний стабілізатор напруги має лише одну перевагу - просте виконання. Завдяки цьому дані пристрої продовжують своє існування і навіть характеризуються масовим використанням у досить складних схемах, як зазначалося, у ролі опорного джерела напруги.