Стабилизатор тока. Простейший стабилизатор постоянного тока :: SYL.ru

Для того чтобы справляться с помехами в сети, необходимы стабилизаторы тока. Данные устройства могут сильно отличаться по своим характеристикам, а связано это с источниками питания. Бытовые приборы в доме являются не сильно требовательными в плане стабилизации тока, однако измерительное оборудование нуждается в стабильном напряжении. Благодаря беспомеховым моделям у ученых появилась возможность получать достоверную информацию в своих исследованиях.

Как устроен стабилизатор?

Основным элемент стабилизатора принято считать трансформатор. Если рассматривать простую модель, то там имеется выпрямительный мост. Соединяется он с конденсаторами, а также с резисторами. В цепи они могут устанавливаться различных типов и предельное сопротивление они выдерживают разное. Также в стабилизаторе имеется конденсатор.

Принцип работы

Когда ток попадает на трансформатор, его предельная частота изменяется. На входе данный параметр находится в районе 50 Гц. Благодаря преобразованию тока предельная частота на выходе составляет 30 Гц. Высоковольтные выпрямители при этом оценивают полярность напряжения. Стабилизация тока в данном случае осуществляется благодаря конденсаторам. Снижение помех происходит в резисторах. На выходе напряжение вновь становится постоянным, и в трансформатор поступает с частотой не выше 30 Гц.

Принципиальная схема релейного устройства

Релейный стабилизатор тока (схема показана ниже) включает в себя компенсационные конденсаторы. Мостовые выпрямители в этом случае используются в начале цепи. Также следует учитывать, что транзисторов в стабилизаторе имеется две пары. Одна из них устанавливается перед конденсатором. Необходимо это для поднятия предельной частоты. В данном случае выходное напряжение постоянного тока будет находиться на уровне 5 А. Чтобы номинальное сопротивление выдерживалось, используются резисторы. Для простых моделей свойственны двухканальные элементы. Процесс преобразования в таком случае происходит долго, однако коэффициент рассеивания будет незначительным.

Устройство симисторного стабилизатора LM317

Как видно из названия, основным элементом LM317 (стабилизатор тока) является симистор. Он дает устройству колоссальную прибавку в предельном напряжении. На выходе данный показатель колеблется в районе 12 В. Внешнее сопротивление системой выдерживается в 3 Ом. Для высокого коэффициента сглаживания используются многоканальные конденсаторы. Для высоковольтных устройств применяются транзисторы только открытого типа. Смена их положения в такой ситуации контролируется за счет изменения номинального тока на выходе.

Дифференциальное сопротивление LM317 (стабилизатор тока) выдерживает 5 Ом. Для измерительных приборов этот показатель обязан составлять 6 Ом. Неразрывный режим тока дросселя обеспечивается за счет мощного трансформатора. Устанавливается он в стандартной схеме за выпрямителем. Диодные мосты для низкочастотных приборов применяются редко. Если рассматривать приемники на 12 В, то для них свойственны резисторы балластного типа. Это необходимо для того, чтобы снизить колебания в цепи.

Высокочастотные модели

Высокочастотный стабилизатор тока на транзисторе КК20 отличается быстрым процессом преобразования. Происходит это за счет смены полярности на выходе. Частотозадающие конденсаторы устанавливаются в цепи попарно. Фронт импульсов в такой ситуации не должен превышать 2 мкс. В противном случае стабилизатор тока на транзисторе КК20 ждут значительные динамические потери. Насыщение резисторов в цепи может осуществляться при помощи усилителей. В стандартной схеме их предусмотрено не менее трех единиц. Для уменьшения тепловых потерь используются емкостные конденсаторы. Скоростные характеристики ключевого транзистора зависят исключительно от величины делителя.

Широтно-импульсные стабилизаторы

Широтно-импульсный стабилизатор тока отличается большими значениями индуктивности дросселя. Происходит это за счет быстрой смены делителя. Также следует учитывать, что резисторы в данной схеме применяются двухканальные. Ток они способны пропускать в различных направлениях. Конденсаторы в системе используются емкостные. За счет этого предельное сопротивление на выходе выдерживается на уровне 4 Ом. В свою очередь, максимальную нагрузку стабилизаторы способны держать 3 А.

Для измерительных приборов такие модели используются довольно редко. Источники питания в данном случае предельное напряжение должны иметь не более 5 В. Таким образом, коэффициент рассеивания будет находиться в пределах нормы. Скоростные характеристики ключевого транзистора в стабилизаторах данного типа не сильно высокие. Связано это с низкой способностью резисторов блокировать ток от выпрямителя. В результате помехи с высокой амплитудой приводят к значительным тепловым потерям. Спады импульсов в данном случае происходят исключительно за счет снижения нейтрализации свойств трансформатора.

Процессом преобразования занимается только балластный резистор, который располагается за выпрямительным мостом. Полупроводниковые диоды в стабилизаторах используется редко. Необходимость в них отпадает из-за того, что фронт импульсов в цепи, как правило, не превышает 1 мкс. В результате динамические потери в транзисторах не являются фатальными.

Схема резонансных устройств

Резонансный стабилизатор тока (схема показана ниже) включают в себя малоемкостные конденсаторы и резисторы с различным сопротивлением. Трансформаторы в данном случае являются неотъемлемой частью усилителей. Для увеличения коэффициента полезного действия используется множество предохранителей. Динамические характеристики резисторов от этого возрастают. Низкочастотные транзисторы монтируются сразу за выпрямителями. Для хорошей проводимости тока конденсаторы способны работать при различной частоте.

Стабилизатор переменного тока

Стабилизатор тока данного типа является неотъемлемой частью источников питания с мощностью до 15 В. Внешнее сопротивление устройствами воспринимается до 4 Ом. Напряжение переменного тока на входе в среднем составляет 13 В. В данном случае коэффициент сглаживания контролируется за счет конденсаторов открытого типа. Уровень пульсации на выходе зависит исключительно от схемы построения резисторов. Пороговое напряжение стабилизатор тока должен быть способным выдерживать 5 А.

В таком случае параметр дифференциального сопротивления обязан находиться на отметке в 5 Ом. Максимально допустимая мощность рассеивания в среднем составляет 2 Вт. Это говорит о том, что стабилизаторы переменного тока имеют существенные проблемы с фронтом импульсов. Понизить их колебания в данном случае способны только мостовые выпрямители. При этом в обязательном порядке учитывается величина делителя. Для снижения тепловых потерь в стабилизаторах применяются предохранители.

Модель для светодиодов

Для регулировки светодиодов большой мощностью стабилизатор тока не должен обладать. В данном случае задача состоит в том, чтобы максимально снизить порог рассеивания. Сделать стабилизатор тока для светодиодов это может несколькими способами. В первую очередь, в моделях применяются преобразователи. В результате предельная частота на всех этапах не превышает 4 Гц. В данном случае это дает значительную прибавку к производительности стабилизатора.

Второй способ заключается в использовании усилительных элементов. В такой ситуации все завязывается на нейтрализации переменного тока. Для уменьшения динамических потерь транзисторы в схеме используются высоковольтные. Справиться с излишним насыщением элементов способны конденсаторы открытого типа. Для наибольшего быстродействия трансформаторов применяются ключевые резисторы. В схеме они располагаются стандартно за выпрямительным мостом.

Стабилизатор с регулятором

Регулируемый стабилизатор тока является востребованным в промышленной сфере. С его помощью пользователь имеет возможность проводить настройку устройства. Дополнительно многие модели рассчитаны на дистанционное управление. С этой целью в стабилизаторах монтируются контроллеры. Предельное напряжение переменного тока такие устройства выдерживают на уровне 12 В. Параметр стабилизации в этом случае должен составлять не менее 14 Вт.

Показатель порогового напряжения зависит исключительно от частотности прибора. Для изменения коэффициента сглаживания регулируемый стабилизатор тока использует емкостные конденсаторы. Максимальный ток системой поддерживается на уровне 4 А. В свою очередь, показатель дифференциального сопротивления допускается на уровне 6 Ом. Все это говорит о хорошей производительности стабилизаторов. Однако мощность рассеивания может довольно сильно отличаться. Также следует знать, что неразрывный режим тока дросселя обеспечивается за счет трансформатора.

На первичную обмотку напряжение подается через катод. Блокировка тока на выходе зависит только от конденсаторов. Для стабилизации процесса предохранители, как правило, не используются. Быстродействие системы обеспечивается за счет спадов импульсов. Быстрый процесс преобразования тока в цепи приводит к понижению фронта. Транзисторы в схеме применяются исключительно ключевого типа.

Стабилизаторы постоянного тока

Стабилизатор постоянного тока работает по принципу двойного интегрирования. Преобразователи во всех моделях отвечают за этот процесс. Для увеличения динамических характеристик стабилизаторов используются двухканальные транзисторы. Чтобы минимизировать тепловые потери, емкость конденсаторов должна быть значительной. Точный расчет значения позволяет сделать показатель выпрямления. При выходном напряжении постоянного тока в 12 А предельное значение максимум должно составлять 5 В. В таком случае рабочая частота устройства будет поддерживаться на отметке в 30 Гц.

Пороговое напряжение зависит от блокировки сигнала от трансформатора. Фронт импульсов в данном случае не должен превышать 2 мкс. Насыщение ключевых транзисторов происходит только после преобразования тока. Диоды в данной схеме могут использоваться исключительно полупроводникового типа. Балластные резисторы приведут стабилизатор тока к значительным тепловым потерям. В результате коэффициент рассеивания очень возрастет. Как следствие — амплитуда колебаний увеличится, процесс индуктивности не произойдет.

Стабилизаторы напряжения и тока

Лекция 8

2.4 Стабилизаторы напряжения и тока.

2.4.1 Принцип стабилизации. Виды стабилизаторов.

      Величина напряжения на выходе выпрямителей, предназначенных для питания различных РТУ, может колебаться в значительных пределах, что ухудшает работу аппаратуры. Основными причинами этих колебаний являются изменения напряжения на входе выпрямителя и изменение нагрузки. В сетях переменного тока наблюдаются изменения напряжения двух видов: медленные, происходящие в течение от нескольких минут до нескольких часов, и быстрые, длительностью доли секунды. Как те, так и другие изменения отрицательно сказываются на работе аппаратуры. Например, ЛБВ вообще не могут работать без стабилизации напряжения. Для обеспечения заданной точности измерительных приборов (электронных вольтметров, осциллографов и др.) также необходима стабилизация напряжения.      

Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающее напряжение на нагрузке с требуемой точностью при изменении сопротивления нагрузки и напряжения сети в известных пределах.       Стабилизатором тока называется устройство, поддерживающее ток в нагрузке с требуемой точностью при изменении сопротивления нагрузки и напряжения сети в известных пределах.       Стабилизатор одновременно со своими основными функциями осуществляет и подавление пульсаций.       Качество работы стабилизатора оценивается коэффициентом стабилизации, равным отношению относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора:

      (1)       Качество стабилизации оценивается также относительной нестабильностью выходного напряжения       (2)       Внутреннее сопротивление        (3)       Коэффициент сглаживания пульсаций      (4) где Uвх~, Uвых~ — амплитуды пульсации входного и выходного напряжений соответственно. Для стабилизаторов тока важны следующие параметры:       Коэффициент стабилизации тока по входному напряжению      (5)       Коэффициент стабилизации при изменении сопротивления нагрузки       (6)       Коэффициент полезного действия определяется для всех типов стабилизаторов по отношению входной и выходной активных мощностей        (7)       Существуют два основных метода стабилизации: параметрический и компенсационный.       Параметрический метод основан на использовании нелинейных элементов, за счёт которых происходит перераспределение токов и напряжений между отдельными элементами схемы, что ведёт к стабилизации.       Структурная схема параметрического стабилизатора состоит из двух элементов — линейного и нелинейного.

           

      При изменении напряжения на входе стабилизатора в широких пределах () напряжение на выходе изменяется в значительно меньших пределах (

)      Параметрические стабилизаторы напряжения строятся на основе кремниевых стабилитронов. В кремниевом стабилитроне при определённом Uст развивается лавинный пробой p-n перехода (см. рисунок (а)). Обычно рабочую ветвь изображают при ином расположении осей (см. рисунок (б)). Рабочий участок ограничен предельно допустимым по тепловому режиму Imax.

а)                                          б)

      В параметрическом стабилизаторе переменного напряжения линейным элементом служит конденсатор, а нелинейным — дроссель насыщения.       Компенсационный стабилизатор отличается наличием отрицательной обратной связи, посредством которой сигнал рассогласования усиливается и воздействует на регулируемый элемент, изменяя его сопротивление, что ведёт к стабилизации. Компенсационные стабилизаторы, в которых регулируемый транзистор постоянно (непрерывно) находится в открытом состоянии, называются линейными или с непрерывным регулированием. В импульсном стабилизаторе регулируемый транзистор работает в ключевом режиме.

2.4.2 Параметрический стабилизатор постоянного напряжения

      Стабилизатор состоит из стабилитрона и гасящего резистора Rг (см. рисунок).

     

По I и II законам Кирхгофа       (8)       Согласно 001:    Подставим в эту формулу уравнения (8):

      Поскольку rст<<R и Rг/Rст>>1, то       (9)

     Кст увеличивается при уменьшении rст и увеличении Rг. Но при увеличении Rг нужно увеличивать Uвх. Поэтому нельзя получить очень высокий Кст. Обычно Кст не превышает нескольких десятков. Существует предельно достижимый для данного стабилитрона коэффициент стабилизации , где       Но при увеличении Rг возрастает Rг и потери мощности, снижается КПД:

      (10) = 20-30%, что объясняется значительными потерями мощности в гасящем резисторе и самом стабилитроне. Поэтому простую схему со стабилитроном применяют для стабилизации напряжения на нагрузках, потребляющих очень малую мощность.       Существенным недостатком кремниевых стабилитронов является изменение напряжения пробоя при изменении температуры. Это изменение можно выразить линейной зависимостью:       (11) где — абсолютный температурный коэффициент. Стабилитроны с Uст<5В имеют отрицательный , т.е. Uст уменьшатся с ростом температуры, а стабилитроны с Uст>5В — положительный .       Относительный температурный коэффициент:       Для уменьшения температурной нестабильности используют схемы с температурной компенсацией.       Наиболее простая схема предполагает использование одного или нескольких полупроводниковых диодов, смещённых в прямом направлении. У открытых p-n переходов отрицателен, поэтому такой способ пригоден для стабилитронов с Uст>5В.       Включение термокомпенсирующих диодов приводит к росту внутренннего сопротивления ветви со стабилитроном:   , где — внутреннее сопротивление термокомпенсирующего диода.       Кст немного уменьшается.       Другой способ заключается в использовании стабилитронов с внутренней термокомпенсацией, представляющих собой два p-n перехода, включенных навстречу друг другу и выполненных на одном кристалле. Это прецизионные стабилитроны 2С108В, 2С116В, 2С190Д с ТКН=±0,0005% /

оC на градус, и другие.       Параметрический стабилизатор можно умощнить, включив стабилитрон в базовую цепь эмиттерного повторителя (см. рисунок).

     Таким образом, мощность нагрузки увеличена, а нестабильность снижена, так как базовый ток изменяется очень слабо в процессе стабилизации.       В качестве параметрических стабилизаторов постоянного тока используют нелинейные элементы, ток которых мало зависит от напряжения, приложенного к ним. В качестве такого элемента можно использовать полевой транзистор. Если Uзи=const, то Iс~const (см. рисунок). В нашем случае затвор и исток закорочены (см. рисунок).

      

      Стабилизатор тока применяют в параметрических стабилизаторах напряжения для стабилизации входного тока. Включение стбилизатора тока вместо гасящего сопротивления даёт возможность повысить Кст:

, где  — дифференциальное сопротивление канала полевого транзистора.

      КПД также повышается.       Традиционные стабилитроны не охватывают весь диапазон напряжений. Для получения требуемого Uвых>Uст используются операционные усилители (см. рисунок).

      Например: Uст=9В, Uвых=10В.  R1=1кОм, R2=9кОм.   Для Iст=10мА  Rо=1/(10*(1/1000))=100 Ом.       Всвязи с тем. что простой стабилитрон не отвечает требованиям, предъявляемым к источникам опорного напряжения (ИОН), были разработаны СИМС (стабилитронные ИМС), которые имеют два (или три) вывода и выполнены как обычный стабилитрон, хотя в действительности они являются ИМС, содержащей пассивные и активные элементы. Все СИМС можно разделить на три группы:       температурно-компенсированные СИМС;       температурно-стабилизированные;       опорные источники с напряжением запрещённой зоны ( bandgap ИОН).       Температурно-компенсированные — 1009ЕН1. В неё входят 9 транзисторов и резисторы. Uст=31-35 В, Iст=5 мА, ТКН 0,006 % / ^о C. Предназначены для питания варикапов.       Температурно-стабилизированные ИОН содержат интегральный стабилитрон, а также прецизионный термостат, управляемый датчиком температуры (ДТ — переход БЭ транзистора). Термостат обеспечивает постоянную температуру кристалла интегрального стабилитрона при помощи нагревательной схемы, дополненной датчиком температуры. ТКН до 0,00005 % / ^оC, что на порядок меньше, чем у любого стабилитрона. 2С483 (аналог LM199 фирмы National Semiconductor).       Опорные источники с напряжением запрещённой зоны состоят из биполярных транзисторов и резисторов. В них используется принцип термокомпенсации Uбэ падением напряжения на резисторе с положительным ТКН. Uвых=1,22 В, Еотс~0,7 В. Для изменения значения Uвых введена схема с ОУ. На этом принципе выполнен регулируемый интегральный стабилитрон типа 142ЕН19 (аналог TL431 фирмы Texas Instruments). ТКН=0,0003 % / ^о C, Uвых=2,5-36 В, rдиф=0,2 Ом,Iнmax=100 мА. Эти параметры намного лучше, чем у прецизионных стабилитронов.

СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

   Когда собирается первый блок питания, схема берётся самая простая – чтобы всё получилось наверняка. Когда удастся его запустить и получить аж целых 12 регулируемых вольт и току под пол ампера радиолюбитель проникается смыслом фразы «И будет тебе счастье!». Только счастье это длиться не очень долго и вскоре становиться совершенно очевидным, что в БП обязательно должна быть возможность регулирования силы тока на выходе. Доработкой уже имеющегося блока питания это достижимо, но несколько хлопотно – уж лучше собрать ещё один, более «продвинутый». Есть интересный вариант. К маломощному блоку питания можно изготовить приставку для регулировки тока в интервале от 20 mA и до максимума того, что он способен дать, вот по этой схеме:

Схема стабилизатора постоянного тока

   Такое устройство собрал почти год назад.

   Токовый стабилизатор действительно нужная вещица. Например, поможет зарядить любой аккумулятор, рассчитанный на напряжение до 9 вольт включительно, причём замечу, зарядить качественно. Вот только измерительной головки у неё явно не хватает. Решаюсь на модернизацию и разбираю на составные части свою самоделку, где, пожалуй, самый значительный компонент это переменный резистор ППБ-15Е с максимальным сопротивлением 33 Ома.

   Новый корпус сориентирован исключительно под размеры индикатора от магнитофона, который и будет выполнять функции миллиамперметра.

   Для этого у него «рисуется» новая шкала (выбрал ток полного отклонения стрелки в 150 mA, а можно сделать и по максимуму).

      Затем на стрелочный прибор ставиться шунт. 

   Шунт сделал из нихромовой нагревательной спирали диаметром 0,5 мм. Транзистор КТ818 обязательно поставить на радиатор охлаждения.

   Соединение (сочленение) приставки с блоком питания производиться при помощи, интегрированной в корпус импровизированной вилки, штыри которой взяты от обычной сетевой вилки, на одном из концов которых нарезана резьба М4, посредством которой и двух гаек каждый из них прикручен к корпусу.

   Итоговое изображение того, что получилось. Однозначно вышло более совершенное творение. Светодиод выполняет не только функцию индикации, но отчасти и освещения шкалы стабилизатора тока. С пожеланием успеха, Babay.

Стабилизаторы напряжения и тока: классификация и основные параметры

Зачастую сглаживающих фильтров недостаточно для надёжного энергоснабжения телекоммуникационных и мобильных систем. Чтобы минимизировать влияние отрицательных факторов таких как колебания напряжений или частоты сети, применяются устройства под названием стабилизатор.

Для начала рассмотрим что же такое стабилизатор – это прибор, который предназначен для автоматического поддержания напряжения или тока на нагрузке с определённой точностью и уменьшения влияния дестабилизирующих факторов.

Выделим следующие дестабилизирующие факторы, которые отрицательно влияют на изменение напряжения или тока на нагрузке:

1. колебания напряжения питания;
2. частота тока питающей сети;
3. температура окружающей среды;
4. изменение потребляемой мощности на нагрузке.

На рисунке 1 представлена структурная схема работы устройства. На вход поступает дестабилизированное напряжение, с выхода получаем стабилизированное.

Рисунок 1 — структурная схема работы стабилизатора

Главным предназначением стабилизатора является ослабление выше перечисленных факторов.

Классификация

Стабилизирующие устройства можно разделить в зависимости от вида напряжения или тока протекающего через него на стабилизаторы переменного и постоянного тока или напряжения. И также их можно подразделить по типу: параметрические и компенсационные.

Параметрические стабилизаторы строятся на основе таких нелинейных элементов, как транзисторы, стабилитроны и стабисторы и т. п. Это обусловлено тем, что благодаря их характеристикам (вольт-амперных, ампер-вольтовых, ом-градусных, вебер-амперных, вольт-секундных и др.) ток или напряжения могут быть стабилизированы на определённом уровне. Более подробно будут рассмотрены в следующих статьях.

Компенсационные стабилизаторы – это устройство, которое выполнено в виде системы автоматического регулирования, или другим словом содержит цепь отрицательной обратной связи. За счёт изменения параметров регулирующего элемента посредством воздействия на него сигнала обратной связи и происходит стабилизация напряжения. Схема и принцип действия более подробно будут рассмотрены в следующих статьях.

Стабилизация тока или напряжения происходит при помощи регулирующего элемента (РЭ), который, в свою очередь, может быть расположен относительно нагрузки последовательно или параллельно. Следовательно стабилизаторы можно подразделить на схемы с последовательным включением регулирующего элемента и на схемы с параллельным включением регулирующего элемента. Пример схем с вариантом включения РЭ представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 — Последовательное и параллельное включение регулирующего элемента

При последовательном соединении регулирующего элемента с нагрузкой, регулирование напряжения на выходе происходит за счёт изменения сопротивления в регулирующем элементе. Выходное напряжение при таком соединении будет равно U_вых=U_вх+ΔU_рэ.

При параллельном соединении регулирующего элемента с нагрузкой, регулировка напряжения на выходе достигается за счёт изменения тока, протекающего через регулирующий элемент. В свою очередь, стабилизация напряжения на выходе осуществляется за счёт изменения напряжения на балластном резисторе R_б. Ток на балластном резисторе можно найти исходя из первого закона Кирхгофа: сумма сходящихся токов в одном узле равна нулю. Следовательно ток на R_б  будет равен I_б=I_рэ+I_н. Главное преимущество параллельного соединения заключается в устойчивости к перегрузкам по току и выдерживание короткого замыкания в цепи нагрузки.

Для определения какой следует применить стабилизатор стоит исходить из требований, предъявляемых к качеству питающих напряжений.

Основные параметры

Основные параметры, по которым оцениваются рассматриваемые устройства следующие: качественные, массогабаритные и энергетические. По данным параметрам можно судить о массе и удельном объёме устройства.

Качественные параметры стабилизаторов постоянного напряжения:

Коэффициент стабилизации по входному напряжению – это отношение номинального и относительного изменения напряжения на входе и выходе устройства при неизменном токе нагрузки.

где U_вх, U_вых – номинальное значение напряжения на входе и на выходе;

ΔU_вх, ΔU_вых – относительно изменение напряжения на входе и на выходе.

Внутреннее сопротивление стабилизатора – это отношение изменения выходного напряжения к изменению тока нагрузки при неизменном входном напряжении.

Качество стабилизации – это отношение изменения напряжения на выходе к номинальному значению на выходе. Измеряется в процентах.

Коэффициент сглаживания пульсаций – это отношение амплитуд пульсаций и номинальных напряжения на входе и выходе устройства.

Температурный коэффициент – это отношения изменения напряжения на выходе устройства от изменения температуры окружающей среды при неизменном входном напряжении и тока нагрузки.

Качественные параметры стабилизаторов постоянного тока:

Коэффициент стабилизации тока по входному напряжению – это отношение номинальных и относительных изменений напряжения на входе и тока на выходе устройства при неизменном сопротивлении нагрузки.

Где U_вх, I_н – номинальное значение входного напряжения и тока нагрузки;

ΔU_вх, Δ I_н – относительно изменение входного напряжения и тока нагрузки.

Коэффициент стабилизации при изменении сопротивления нагрузки – это отношение номинального значения сопротивления и тока нагрузки к их изменению, при постоянном входном напряжении.

Где R_н, ΔR_н – номинальное сопротивление нагрузки и его изменение;

r_i – внутреннее сопротивление

Коэффициент пульсаций по току – это отношение амплитуды пульсаций тока к номинальному значению тока на выходе устройства.

Где Iн~ — амплитуда пульсаций тока в нагрузке

Качество стабилизации – это отношение изменения тока на выходе к номинальному значению на выходе. Измеряется в процентах.

Температурный коэффициент – это отношения изменения тока на выходе устройства от изменения температуры окружающей среды.

Массогабаритные параметры характеризуются следующими параметрами: удельный объём P_вых/V_ст, Вт/дм3, и удельная массам устройства P_вых/G_ст, Вт/кг, где V_ст это объём, а G_ст это масса устройства.

К энергетическим параметрам можно отнести нижеперечисленное.

Коэффициент полезного действия – это отношение активной мощности, на выходе к потребляемой мощности от сети.

Не стоит забывать про мощность, которая рассеивается на регулирующем элементе, это тоже немаловажный параметр.

Резюмируя всё выше написанное, нами была рассмотрена основная информация о видах и характеристиках стабилизаторов. Для более глубокого изучения воспользуйтесь соответствующей литературой. Для более надёжного закрепления материала в будущем ниже будут размещены вопросы и задачи для самопроверки.

Стабилизатор переменного тока

Стабилизаторы переменного тока, гораздо реже применяются радиолюбителями, чем стабилизаторы напряжения и регуляторы мощности. Во многом это связано с более сложной схемотехникой традиционных источников тока. Однако объективный анализ показывает, что в ряде случаев предпочтительнее применение именно источников тока. Главное достоинство источника тока — нечувствительность к короткому замыканию нагрузки.

Достаточно часто встречаются случаи, когда надо поддерживать постоянное значение переменного тока, например, при включении мощных ламп накаливания. Такая мера в несколько раз продлевает срок их службы. Регулируемый стабилизатор может оказать неоценимую помощь при проверке и налаживании устройств токовой защиты.

Вниманию читателей предлагается несложная схема стабилизатора переменного тока, с возможностью плавной регулировкой его величины. Ток можно регулировать от нескольких миллиампер до 8 Ампер. При соответствующем выборе элементов схемы максимальный стабилизируемый ток можно увеличить до 70-80 А.

В основу схемы положен токо-стабилизирующий двухполюсник, данное схемотехническое решение известно довольно давно, однако долгое время было чисто теоретическим (вспомните, что представляли собой МОП-транзисторы лет 10-15 назад). Ситуация изменилась с появлением в продаже мощных МОП-транзисторов (MOSFET). Их применение позволяет создавать источники тока с хорошими характеристиками и предельно простыми.

Собственно стабилизатор тока собран на операционном усилителе (ОУ) DA1, транзисторе VT1 и резисторах R1, R2, R4. Делитель R1-R2 представляет собой «задатчик» тока. В данном случае ток в амперах численно равен напряжению на движке R2, умноженному на 10. Это позволяет выбрать напряжение датчика тока R4 весьма малым. Для работы с переменным током в схему введен диодный мост, в одну из диагоналей которого включен токостабилизирующий двухполюсник. Такое включение эквивалентно последовательному соединению нагрузки и двухполюсника, и, следовательно, обеспечивает одинаковый ток через них.

Рассмотрим процесс стабилизации тока более подробно. Так как выпрямленное напряжение не фильтруется, напряжение на стоке транзистора VT1 — однополярное, пульсирующее. Когда напряжение на стоке (рисунок 2А) равно нулю, ток через VT1 не протекает, и падение напряжения на резисторе датчика R4 также равно нулю. Транзистор VT1 при этом полностью открыт. По мере роста напряжения в сети, напряжение, снимаемое с датчика, также увеличивается (пропорционально протекающему току), приближаясь к напряжению «задатчика». Транзистор VT1 начинает закрываться. При совпадении напряжений на датчике R4 и на «задатчике» R1-R2 происходит ограничение дальнейшего роста тока. ОУ DA1 поддерживает одинаковое напряжение на своих входах, изменяя сопротивление канала VT1. Тем самым обеспечивается стабилизация тока. Форма тока через VT1 совпадает с напряжением на «задатчике» и имеет трапецеидальную форму (рисунок 2Б). Такой же по форме, только переменный, ток протекает через нагрузку (рисунок 2В). Элементы VD1, R3, C1, C2 образуют параметрический стабилизатор для питания ОУ.

Если надо изменить диапазон стабилизируемых токов, следует соответствующим образом выбрать тип транзистора VT1 и диодов VD2-VD5, а также скорректировать напряжение «задатчика» тока или сопротивление датчика R4.

Ток стабилизации определяется по формуле:
I_ст.=U_зад./R4

Налаживание схемы сводится к контролю напряжения «задатчика» (чтобы ток не вышел за пределы 7…8 А) и градуировке органа управления (резистора R2). Для визуального контроля в цепь тока можно включить амперметр.

ОУ DA1 подойдет любой широкого применения (К140УД6, К140УД7, mA741 и т.п.). От применения быстродействующих ОУ с полевыми транзисторами лучше воздержаться, поскольку с ними стабилизатор может самовозбудиться, что неминуемо выведет из строя ОУ, транзистор VT1 и диоды моста (именно так отреагировала схема у автора на установку К544УД2). Транзистор VT1 следует выбирать ориентируясь на максимально допустимые ток стока и напряжение сток-исток. Стабилитрон VD1 — любой прецизионный, с напряжением стабилизации 9…15 В. От его стабильности зависит стабильность напряжения «задатчика» и, как следствие стабилизируемого тока.

Транзистор VT1 следует укрепить на массивном радиаторе. К остальным деталям особых требований не предъявляется. Резистор R4 удобно изготовить из промышленного шунта для измерительных приборов. Это обеспечит требуемую точность и термостабильность. При его монтаже следует уделить особое внимание надежности соединения инверсного выхода ОУ и R4. Обрыв этого соединения вызывает выход стабилизатора из строя.

скачать архив