Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Основные параметры стабилизаторов напряжения тока

Основные параметры стабилизаторов напряжения тока

4.4. Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

Для питания низковольтных устройств широко используются полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения. Стабилизаторы делятся на два основных класса: параллельного и последовательного типов. Наибольшее распространение получили стабилизаторы последовательного типа.

К основным параметрам стабилизаторов напряжения относятся: выходное сопротивление, коэффициент стабилизации, коэффициент полезного действия стабилизатора.

Выходное сопротивление стабилизатора напряжения равно отношению изменения выходного напряжения к соответствующему изменению тока нагрузки.

Коэффициент стабилизации равен отношению относительного изменения входного напряжения к относительному изменению выходного напряжения:

Коэффициент полезного действия – это отношение номинальной мощности в нагрузке к номинальной входной мощности.

На рисунке 4.18 приведена схема параметрического стабилизатора постоянного напряжения. Рассмотрим случай идеального стабилитрона. Рабочая ветвь вольтамперной характеристики идеального стабилитрона может быть представлена в виде двух отрезков прямых. Дифференциальное сопротивление такого стабилитрона равно бесконечности при напряжениях меньших напряжения стабилизации и равно нулю при напряжении равном напряжению стабилизации. На рисунке 4.19а показана зависимость выходного напряжения параметрического стабилизатора напряжения с идеальным стабилитроном от напряжения, подаваемого на вход стабилизатора. На рисунке 4.19б показана зависимость выходного напряжения этого же стабилизатора от силы тока нагрузки. Пунктиром показана зависимость выходного напряжения этого стабилизатора от тока нагрузки при отключенном стабилитроне.

На рисунке 4.20 приведена схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения. Рассмотрим принцип работы этого стабилизатора напряжения как системы автоматического регулирования. Учтем, что при входных напряжениях, которые больше напряжения стабилизации стабилитрона VD 1, напряжение на стабилитроне не зависит от входного напряжения. Нестабильность выходного напряжения может быть обусловлена как изменением сопротивления нагрузки, так и изменением входного напряжения.

Предположим, что сопротивление нагрузки не изменяется, а входное напряжение увеличивается (уменьшается). Если бы никаких изменений с транзистором VT 1 не происходило, то напряжение на нагрузке R н увеличилось (уменьшилось) бы. Напряжение на стабилитроне равно сумме напряжения на переходе база-эмиттер транзистора и напряжения на нагрузке. При увеличении напряжения на нагрузке напряжение база-эмиттер транзистора уменьшается. В результате ток коллектора транзистора уменьшается и напряжение на нагрузке уменьшается, стремясь к своему первоначальному значению (никогда его не достигая).

Теперь рассмотрим случай, когда входное напряжение неизменно, а изменяется сопротивление нагрузки. Пусть сопротивление нагрузки умень шается. Если бы при этом не происходило ника ких изменений с транзистором, то напряжение на нагрузке уменьшилось бы. Уменьшение напряжения на нагрузке при неизменном напряжении на стабилитроне приведет к увеличению напряжения база-эмиттер транзистора VT 1, в результате чего увеличится ток коллектора и напряжение на нагрузке тоже будет увеличиваться. Своего первоначального значения напряжение на нагрузке, конечно, не достигнет.

На рисунке 4.21 приведена схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения, в котором имеется возможность плавно регулировать величину выходного напряжения. Однако в таком стабилизаторе напряжения выходное напряжения будет изменяться при изменении сопротивления нагрузки. Это обусловлено тем, что при изменении сопротивления нагрузки изменяется сила тока, протекающего через верхнюю часть переменного резистора R 2. Существенно уменьшить влияние сопротивления нагрузки на выходное напряжение позволяет стабилизатор, собранный по схеме рисунка 4.22.

Стабилизатор, собранный по схеме рисунка 4.23, имеет электронный предохранитель, ток срабатывания которого регулируется резистором R 2. После устранения короткого замыкания в нагрузке, или перегрузки по току предохранитель возвращают в рабочее состояние с помощью кнопки Sb 1. Светодиод HL 1 является индикатором срабатывания предохранителя. Если ток нагрузки превысит номинальный ток срабатывания предохранителя, то начнет увеличиваться напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT 2. Транзистор VT 1 начнет открываться, закрывая транзистор VT 2. Транзисторы VT 1, VT 2 будут переходить из одного состояния в другое лавинообразно, подгоняя друг друга. При срабатывании электронного предохранителя ток короткого замыкания в нагрузке очень мал, так как он протекает через резисторы R 5, R 8, а транзистор VT 2 закрыт. Наличие конденсатора С1 позволяет нажимать кнопку Sb 1 даже при коротком замыкании в нагрузке. Резистор R 1 обеспечивает разрядку конденсатора C 1. При отсутствии электронного предохранителя и коротком замыкании в нагрузке очень велика вероятность выхода из строя транзисторов VT 3, VT 4.

Имеется достаточно широкий ассортимент микросхемных стабилизаторов напряжения. На рисунке 4.24а приведена схема стабилизатора напряжения на микросхеме КР142ЕН12А. Микросхемы КР142ЕН12А и КР142ЕН12Б представляют собой регулируемые стабилизаторы напряжения компенсационного типа с защитой от короткого замыкания. Масса микросхемы не более 2,5г. Вид микросхемы показан на рисунке 4.24б. Внешний делитель напряжения на резисторах R 1, R 2 позволяет регулировать выходное напряжение от 1,3 до 37В. Максимально допустимое входное напряжение 45В, выходное напряжение 37В, ток нагрузки 1А. Максимальная мощность, рассеиваемая микросхемой без теплоотвода, при температуре окружающей среды от -10°С до +40°С равна 1Вт. Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 10 Вт. Микросхема имеет защиту от перегрузки по выходному току.

На рисунке 4.25 показана схема стабилизатора тока на биполярном транзисторе, а на рисунке 4.26 – на полевом транзисторе. Резистор R 3 и стабилитрон VD 1 образуют параметрический стабилизатор постоянного напряжения.

Рассмотрим принцип работы стабилизатора тока. К нестабильности тока через нагрузку может приводить как изменение сопротивления нагрузки, так и изменение входного напряжения. Предположим, что сопротивление нагрузки остается неизменным, а увеличивается входное напряжение. Если бы никаких изменений не происходило с транзистором, то ток через R н увеличился бы. В результате этого увеличится ток, протекающий через резисторы R 1, R 2, а, следовательно, и напряжение на этих резисторах. Напряжение на стабилитроне равно сумме напряжений на резисторах R 1, R 2 и на переходе база-эмиттер транзистора (переход база-эмиттер транзистора включен в прямом направлении). Напряжение на стабилитроне при изменении входного напряжения остается практически неизменным, значит, напряжение на переходе база-эмиттер транзистора уменьшится и увеличится сопротивление между выводами эмиттер-коллектор транзистора. Ток, протекающий через коллектор-эмиттер транзистора и резистор нагрузки, будет уменьшаться, стремясь к своему первоначальному значению. Таким образом, будет обеспечиваться стабилизация тока.

Пусть теперь остается неизменным входное напряжение, а увеличивается сопротивление нагрузки. Если бы никаких изменений в этом случае не происходило с транзистором, то ток нагрузки уменьшился бы. При уменьшении тока нагрузки уменьшится ток, протекающий через резисторы R 1, R 2 и напряжение на этих резисторах уменьшится. В результате увеличится напряжение между базой и эмиттером транзистора и ток коллектора транзистора увеличится. Ток нагрузки будет стремиться к своему первоначальному значению, никогда его не достигая. Для увеличения стабильности тока в качестве транзистора VT 1 используют составной транзистор.

Читайте так же:
Автоматическое зарядное устройство стабилизатор тока

Очень простыми получаются стабилизаторы постоянного тока с использованием полевых транзисторов (рис. 4.26). Ток нагрузки протекает через резистор R 1. Ток, протекающий в цепи: плюс источника, сток-затвор полевого транзистора, резистор R н, минус источника питания, очень мал, так как переход сток – затвор транзистора смещен в обратном направлении. Напряжение на резисторе R 1 имеет полярность плюс слева, минус справа. Потенциал затвора равен потенциалу правого вывода резистора R 1, следовательно, потенциал затвора относительно истока будет отрицательным. При уменьшении сопротивления нагрузки ток через резистор R 1 стремится увеличиться, в результате чего потенциал затвора относительно истока становится более отрицательным и транзистор закрывается в большей степени. При большем закрытии транзистора VT 1 ток через нагрузку уменьшается, стремясь к своему первоначальному значению.

Стабилизаторы напряжения, просто о сложном

04 сентября 2020

Наше государство подписало очередной евро-протокол, теперь нормой в сети является не 220 вольт, а 240 вольт.

Так как в частном секторе часто наблюдаются перекосы фаз, неправильное распределение нагрузок, неправильные настройки КТП, в некоторых населенных пунктах в сети замечено крайне существенное увеличение мощности. Так в начале августа в электрической сети Петрушино-3 наблюдалось до 285 вольт, что привело к выгоранию большого количества техники и самое страшное – произошел пожар в результате возгорания релейного стабилизатора.

В связи с вышеизложенным возникла необходимость дополнения данной статьи.

  1. Релейные стабилизаторы не годятся для понижения мощности. На срабатывание реле требуется время, а за этот промежуток стабилизатор получает на обмотки большую мощность, что весьма вероятно в скором времени приведет его выгоранию.
  2. Диодные стабилизаторы в основной массе справляются с данной задачей, но их стоимость достаточно высока, а с учетом того, что их требуется три штуки (по одному на фазу) такая установка не очень эффективна.
  3. С момента написания статьи прошло более семи лет (статья ниже) и на рынке появилось большое количество новых решений. Изучив ситуацию, мы пришли к выводу, что наиболее адекватным решением является инверторный стабилизатор, выбор пал на Штиль IS3115RT изучив его принцип работы я не нашел ни каких изъянов (время срабатывания вообще отсутствует, диапазон стабилизации впечатляет, да и сам принцип работы исключает какие-либо ошибки или пропускания высокого напряжения). Принцип работы заключается в том, что он забирает ток из сети 380 вольт (три фазы) и преобразует их в 220 вольт (одна фаза). Единственный недостаток – цена в районе 100 000 рублей.

Подключить к имеющейся разводке в доме RSG очень просто: на вход стабилизатора подается имеющиеся три фазы, с выхода снимается одна фаза (только снимать ее надо проводом сечением не менее 0.6 квадрата) которая подается на один из вводных автоматов (в системе их три), после этого с автомата на который подано напряжение делается перемычка на второй и третий автомат.

Стабилизаторы напряжения / Просто о сложном / Принцип работы / Зачем нужны стабилизаторы

В данной статье я максимально упростил все определения и понятия. Цель данной статьи: по возможности просто и ясно объяснить обычному обывателю, что за зверь этот стабилизатор, как он работает и зачем это вообще надо. Причина проста: один из наших покупателей поставил дополнительный стабилизатор (последовательно с имеющимся) на котел отопления, что привело к частичному выгоранию электроники котла и его неработоспособности.

Зачем нужен стабилизатор:

Для поддержания напряжения в сети 220 вольт. К сожалению крайне часто встречается, что напряжение падает и зачастую просто до неприемлемых величин, при которых приборы просто перестают работать. А еще более печально, что такая ситуация становится нормой для Подмосковья (о других вотчинах, не говорю ибо не знаю). Причины просты: 1. Изношенность сетей 2. Перегрузка сетей 3. Элементарный преступный умысел.

Скажу, про преступный умысел, все просто: Вы платите за каждый потребленный киловатт электроэнергии (вне зависимости от мощности). «Кто то» понижает мощность на 1/3 с 220 вольт до 150 вольт и теперь для Вам требуется уже больше энергии, то есть там где нужен был киловатт, Вам потребуется 1.3 кВт (для тех же нужд), но сами «они» получают энергию чистую 220 вольт, Вам отдают 150 вольт и таким образом из воздуха имеют 30% прибыли плюс маржа процентов 50. Хороший бизнес и всегда можно оправдаться в виде: сети изношены, перегруз ну и т.д. Для примера: я понижаю октановое число бензина и вроде бы наливаю Вам 10 литров, вот только проехать на этом бензине вы сможете меньше чем на 10 литрах нормального бензина. Знаете почему заявленный расход автомобилей на 100 км. всегда ниже чем реальный? Мерили в тепличных условиях? Да именно так, а еще ездили на нормальном бензине. Почему расход топлива одинаковых машин за границей 10 литров, а у нас 12? Гоняем? Все просто, у нас бензин хуже, а стоит столько же. Обманули? Нет, ведь мы же голосуем за тех кто продает нам этот бензин и электроэнергию.

Что такое стабилизатор:

Стабилизатор это прибор который стабилизирует ток и поддерживает в сети 220 вольт. К примеру в сети 180 вольт, стабилизатор в состоянии сделать из них 220 вольт.

Принцип работы стабилизатора:

Стабилизатор это по сути трансформатор на обмотки которого подается «любое» напряжение а снимается 220 вольт. Чем ниже напряжение на входе тем больше обмоток включает стабилизатор.

Предположим в стабилизаторе 10 обмоток, на период пока ток в входящей сети 220 вольт, он не работает, как только мощность упала до 200 он включает одну обмотку и тем самым сохраняет на выходе 220 вольт, мощность упала до 180, стабилизатор подключил еще одну обмотку (вторую) и все равно на выходе 220 и так далее. Я не буду писать про виды стабилизаторов (особенно прошлого века), к тому же отличие только: в принципе переключения обмоток.

Читайте так же:
Лучшая схема стабилизатор тока

В настоящий момент существует два основных принципа переключения: релейное и диодное. Первое от второго отличается медленной работой, отсутствием плавности переключения и низкой стоимостью. Вот низкая стоимость и играет значительную роль.

Порядок цен (февраль 2013 года): стабилизатор на 5 кВт релейного типа стоит порядка 6-10 тыс. рублей, диодного — 25-35 тыс рублей.

На что влияет принцип переключения:

  • Время срабатывания с момента понижения на входе до переключения как в плане отдачи команды на переключение обмоток, так и время необходимое для срабатывания устройства переключения (к примеру щелкнуть реле)
  • Шаг — на сколько должно упасть напряжение, что бы стабилизатор включил следующую обмотку (релейный — 3-12 вольт, диодный — 1.5-8 вольт)

Как понятно из вышеизложенного — вопрос можно свести только к плавности, поскольку диодный быстро срабатывает, шаг небольшой и скорость переключения — мгновенная, в отличии от релейного, который более задумчив и будет щелкать реле вызывая перепады.

Итак подведя итог: лучший стабилизатор это тот, который имеет минимальное время срабатывания, переключает быстро и малым шагом.

Дополнительно: на релейном стабилизаторе может наблюдаться незначительное мигание света. Релейный стабилизатор не подходит для установки инвертора, инвертор такого не перенесет.

Надеюсь стало немного понятно, теперь переходим к ошибкам:

  • Не стоит покупать трех-фазный стабилизатор. Три фазы это три раза по одной фазе, не более того, проще и дешевле купить три однофазных и если какой либо из них сломается, по крайне мере другие будут работать.
  • Лучше покупать диодный стабилизатор, но даже релейный это лучше чем полное отсутствие любого стабилизатора.
  • На стабилизаторах пишут не мощность а соотношение, то есть маркировка 5000 совсем не означает, что это 5 кВт, это вольт-ампер, что в пересчете составляет выдаваемую мощность около 4 кВт. Некоторые «умные продавцы» рекомендуют покупать 8000 вольт-ампер, что составляет около 6 кВт (при выделенной мощности 5 кВт). Так вот этот подход не верен. 5000 вольт-ампер хоть и выдает около 4 кВт (на выходе), но из сети то он забирает именно 5 кВт и делает из неправильных 5 кВт правильные 4 кВт, а эти самые 5 кВт как правило и являются ограничением потребляемой мощности, дальше вырубает автомат.
  • Самое главное: нашим покупателем был установлен дополнительный стабилизатор релейного типа в дополнение к уже имеющемуся. В моем понимании этого делать просто нельзя, однако порывшись в Интернет и просто ахнул. Люди с полной уверенностью дают советы «поставьте второй стабилизатор» ай! Интересно этим «гениям» кто нибудь пробовал выставлять претензии вида «у меня все погорело, оплати пожалуйста». Давайте просто логически посмотрим что происходит:

Что будет если подключить сварочный аппарат к стабилизатору?

Сварка это цикл кратковременных электрических импульсов, каждый из которых существенно понижает мощность тока на выходе стабилизатора. Таким образом сварка понижает мощность, стабилизатор пытается повысить, но импульс по времени меньше, чем время срабатывания и в результате: сварка понижает, стабилизатор пытается повысить, но не успевает и опять понижение, повышение, понижение. Для понимания к примеру время срабатывания стабилизатора 1 секунда, но на выходе он видит перепад 220 — 150 — 220 — 150 — 220 с промежутком в 0.5 секунды, что произойдет? Правильно он будет пытаться выровнять, но не успеет, потом опять и опять и опять. Сгорит или в лучшем случае заблокируется. НО в короткие моменты на выходе в сети будет то 180 то 220 то 280 вольт, то есть полный хаос. Все просто: на выходе 220 — хорошо, потом падение до 180, стабилизатор подключает две обмотки и как только подключил, оп нагрузка снимается, а обмотки подключены и значит уже 280 и так много раз. Один, два, пятьдесят раз это не критично, но постоянно это катастрофа. Аналогично, если сосед профессионал-сварщик, только перепады будут на входе стабилизатора, предложите ему по новой обставить Ваш дом.

Теперь ставим второй стабилизатор за первым.

В общем это тоже, что подключить сварку. Предположим время срабатывания у обоих 1 секунда:

220 падает до 180 вольт: первый стабилизатор включает две обмотки за 1 секунду, но в течение этой секунды мощность в 180 вольт передается дальше и следовательно и второй стабилизатор фиксируя 180 вольт подключает две обмотки.

180 на входе, но на выходе из первого стабилизатора уже 220, а второй также включил две обмотки, то есть на выходе из него уже 280 и он пытается снизить, но импульс есть.

Вход 180 возврат на 220, стабилизатор первый выключает две обмотки, второй тоже.

Вы понимаете, к чему приводят два стабилизатора? Это цикл кратковременных высоковольтных импульсов, которые происходят всякий раз как мощность входящего тока падает и в ДВА раза превышают цифру на которую падает мощность. Так с случае падения с 220 до 150 на выходе второго стабилизаторы вы получите импульс 290 вольт.

Здесь я логически пытался объяснить, что же происходит при включении двух последовательных стабилизаторов, массу цифр я привел в соответствие с величинами ощущаемыми человеком, на самом деле все происходит намного быстрее но сути дела это не меняет.

Параметры стабилизатора напряжения

Качество работы всех электронных схем определяется стабильностью напряжения питания активных элементов. Обычно это напряжение получают от сети переменного тока через выпрямители, и на стабильность выходного напряжения влияют колебания входного переменного напряжения, пульсации выпрямленного напряжения, плавные или резкие изменения сопротивления нагрузки, изменения температуры и ряд других факторов.

Задачу стабилизации напряжения питания выполняют стабилизаторы напряжения. Принцип работы параметрического стабилизатора нами также рассмотрен. Его недостаток в том, что он может применятся лишь в маломощных схемах и не всегда обеспечивает необходимую степень стабилизации.

Читайте так же:
Стабилизатор напряжения с минимальным током

Лучшими характеристиками обладают компенсационныестабилизаторы. Это, по сути, автоматические регуляторы, в которых фактическое выходное напряжение сравнивается с эталонным (опорным) напряжением. Получаемый при этом сигнал рассогласования усиливается и воздействует на регулирующий элемент стабилизатора так, чтобы сигнал рассогласования стремился к нулю. Но в этих стабилизаторах в качестве источника опорного напряжения малой мощности используются параметрические стабилизаторы (рис.3).

В данной работе исследуется работа параметрического стабилизатора напряжения, основными параметрами, определяющими качество его работы, являются следующие:

1. Коэффициент стабилизации по входному напряжению, равный отношению относительного приращения напряжения на входе к относительному приращению напряжения на выходе при RН = const.

(2.12)

Нередко для стабилизатора применяется величина абсолютногокоэффициента стабилизации

(2.13)

Этот коэффициент равноценен коэффициенту сглаживания фильтра, поэтому он применяется для оценки сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.

2. Выходное сопротивление стабилизатора, характеризующее изменение выходного напряжения при колебаниях тока нагрузки, но при ,

(2.14)

Очевидно, что для стабилизатора RВЫХ должно быть малым как при медленных изменениях тока нагрузки (статический режим), но, особенно, — в динамическом режиме, при резких изменениях сопротивления и тока нагрузки. Этот режим называется коммутационным, он сопровождается переходными процессами, которые часто связаны с весьма значительными выбросами или провалами выходного напряжения стабилизатора.

3. Дрейф выходного напряжения, вызванный колебаниями температуры и старением элементов схемы. Дрейф измеряется приращением выходного напряжения на единичное изменение соответствующего параметра — температуры и времени:

, (2.15)

, (2.16)

где: Т – изменение температуры, τ – промежуток времени работы источника от начала его эксплуатации.

4. Коэффициент полезного действия, равный отношению мощности, выделенной в номинальном режиме на нагрузке, к мощности, потребляемой от источника питания стабилизатора

(2.17)

5. Диапазон допустимого изменения выходных и входных напряжений и токов нагрузки, в пределах которого сохраняется заданная степень стабилизации выходного напряжения

; ; (2.18)

В схеме стабилизатора (рис.3) обычно задается необходимое выходное напряжение , которое равно напряжению стабилизации стабилитрона , а также пределы изменения сопротивления нагрузки RН.min и RН.max, либо предельные значения тока нагрузки и . При этих условиях балластное сопротивление в схеме рис.3 определяется с использованием следующих соотношений

; (2.19)

Качество стабилизации схемы можно оценить, если учесть дифференциальное сопротивление стабилитрона, шунтирующее сопротивление нагрузки RН. Если ток нагрузки постоянен ( ), то из схемы рис.3 получаем:

Учитывая, что , получим, что . Тогда

С учетом полученного соотношения, абсолютный коэффициент стабилизации (2.13), получается:

и (2.20)

Аналогично, при получим выходное сопротивление

(2.21)

Дата добавления: 2016-11-04 ; просмотров: 2523 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Параметрический стабилизатор напряжения

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про параметрический стабилизатор напряжения, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое параметрический стабилизатор напряжения , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

параметрический стабилизатор напряжения

Во многих радиоэлектронных устройствах, где используются источники вторичного электропитания, обязательно предъявляются требования поддержания напряжения или тока на определенном неизменном уровне, независимо от возможных изменений входного напряжения и выходного тока. Для обеспечения этой задачи используют стабилизаторы напряжения или тока. В данном учебно-методическом пособии рассматриваем параметрический стабилизатор напряжения на полупроводниковом стабилитроне. Параметрические стабилизаторы имеют простую конструкцию и высокую надежность , но имеют низкий КПД.
Схема параметрического стабилизатора напряжений рис. 4 состоит из балластного резистора Rбал (для ограничения тока через стабилитрон ), и стабилитрона, подключенного параллельно нагрузке, выполняющий основную функцию стабилизации.


Рис. 4 Схема параметрического стабилизатора напряжения
Основные соотношения токов и напряжений в стабилизаторе определяются первым и вторым законами Кирхгофа:

Принцип действия параметрического стабилизатора

Принцип действия параметрического стабилизатора постоянного напряжения удобно объяснять с помощью рис . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . 5, на котором изображены вольтамперная характеристика (ВАХ) стабилитрона и «опрокинутая» ВАХ балластного резистора. Работа стабилизатора напряжения происходит следующим образом. При изменении на напряжения на входе стабилизатора U, происходит соответствующее изменение тока I, а, следовательно изменятся токи стабилитрона и нагрузки. Однако при изменении тока стабилитрона напряжение на нем изменится на очень маленькую величину в соответствии с ВАХ стабилитрона (рис.5), т.е. почти не изменится. Согласно второму закону Кирхгофа, при изменении входного напряжения, падение напряжения на балластном сопротивлении изменится пропорционально току, оказывается равным приращению входного напряжения. Другими словами, все приращение входного напряжения падает на балластном сопротивлении, а напряжение на стабилитроне и на нагрузке почти не изменится. Запишем математически выше сказанное:

U ± ∆U = (Iст + Iн ±∆Iст)•Rбал + Uн

Принимая, U = const и Rн = const, получаем Iн = const, при этом условие сохранения рабочей точки стабилитрона на участке АВ вольтамперной характеристики (рис.5) определяется по формуле:
±∆U = ±∆IстRбал


Рис. 5. Пояснение принципа действия стабилизатора напряжения

Из этого следует, что нормальная работа быть обеспечена соответствующим выбором величины балластного сопротивления. Тогда, при изменении напряжении на входе стабилизатора, не нарушается нормальные пределы стабилизации выходного напряжения Uн.
При стабилизации напряжения принимая, Iн = var и Rн = var и U = const, на входе стабилизатора происходит перераспределение токов между нагрузкой и стабилитроном с сохранением неизменным напряжения на стабилитроне и падения напряжения на балластном сопротивлении в соответствии с уравнением:

U = I•Rбал + Uн = ((Iн ± ∆Iн) + (Iст ± ∆Iст))•Rбал + Uн

Для нормальной работы стабилизатора, при изменяющейся нагрузки, изменение тока не должно приводить к выходу тока стабилитрона за пределы максимального и минимального допустимых его значений.
При условии U = const и Rн = const, расчет стабилизатора сводится к тому, чтобы выбрать стабилитрон и выбрать величину Rбал, тогда из системы уравнений (1) получаем формулу для расчета Rбал:

Сопротивление резистора должно быть таким, чтобы ток стабилитрона был бы не менее Iст min, т.е. не выходил за пределы рабочего участка АВ (рис.5) ВАХ стабилитрона.
Балластное сопротивление определяет основные потери стабилизатора, поэтому параметрические стабилизаторы используют только в маломощных схемах.
Стабилитрон выбирается по параметрам из справочника:
1. Iст max – максимально допустимый ток стабилитрона;
2. Uст – напряжение стабилизации;
3. Iст min — минимальный ток стабилитрона.

Читайте так же:
Схемы стабилизаторов тока для зарядных устройств

Основные параметры стабилизатора:

1. Коэффициент стабилизации, равный отношению приращений входного и выходного напряжений. Коэффициент стабилизации характеризует качество работы стабилизатора.

2. Выходное сопротивление стабилизатора
Rвых = Rдиф
Для нахождения Кст и Rвых рассматривается схема замещения стабилизатора для приращений рис.6. Нелинейный элемент работает на участке стабилизации, где его сопротивление переменному току Rдиф является параметром стабилизатора.


Рис. 6 Схема замещения параметрического стабилизатора напряжения
Дифференциальное сопротивление Rдиф определяется из уравнения:

Для схемы замещения получаем коэффициент стабилизации с учетом, что Rн >> Rдиф и Rбал >> Rдиф,:

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения Кст = 5 ÷ 30
Для получения повышения стабилизированного напряжения применяют последовательное включение стабилитронов.
Параллельное включение стабилитронов не допускается. С целью увеличения коэффициента стабилизации возможно каскадное включение нескольких параметрических стабилизаторов напряжения

А как ты думаешь, при улучшении параметрический стабилизатор напряжения, будет лучше нам? Надеюсь, что теперь ты понял что такое параметрический стабилизатор напряжения и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Коэффициент стабилизации стабилизатора определение

Параметры стабилизаторов

Стабилизатор — это устройство, предназначенное для автоматического поддержания в заданных пределах напряжения или тока при изменении входного напряжения, тока нагрузки, температуры, давления, влажности, вибрации и других дестабилизирующих факторов.
Основными параметрами стабилизаторов являются:

  1. Коэффициент стабилизации
  2. Нестабильность выходного напряжения
  3. Внутреннее сопротивление стабилизатора
  4. Температурная нестабильность
  5. Коэффициент сглаживания пульсаций
  6. Коэффициент полезного действия

Коэффициент стабилизации

выходного напряжения можно определить как отношение нестабильности выходного напряжения к нестабильности входного напряжения:

Нестабильность выходного напряжения

(статическая ошибка) измеряется как отношение изменения выходного напряжения к его номинальному значению:

Измерение нестабильности выходного напряжения производится при постоянной нагрузке (ток нагрузки не должен изменяться).

Внутреннее сопротивление стабилизатора

можно определить как

Измерение внутреннего сопротивления стабилизатора производится при неизменном входном напряжении ().

Нестабильность выходного напряжения

в зависимости от тока нагрузки. Этот параметр применяется вместо внутреннего сопротивления.

Температурная нестабильность

Для выходного напряжения она определяется следующим образом:

Коэффициент сглаживания пульсаций

вычисляется следующим образом:

Коэффициент полезного действия

определяется как отношение выходной мощности к мощности, потребляемой стабилизатором:

Следует отметить, что мы перечилили только основные параметры стабилизаторов. Для стабилизаторов переменного тока дополнительно оговариваются требования по стабильности частоты сети переменного тока, нестабильность входного импеданса и его реактивной составляющей, коэффициент мощности. Кроме того важными параметрами являются габариты, масса и надежность стабилизатора, но эти требования относятся уже к любому радиоэлектронному устройству.

Наибольший вклад в общую нестабильность выходного напряжения вносят нестабильности по напряжению, току и температуре и, в зависимости от этого, получается результирующая нестабильность стабилизатора:

Cтабилизаторы классифицируются в зависимости от стабильности на стабилизаторы:

  • низкой точности δ = 2 . 5%
  • средней точности δ = 0,5 . 2%
  • высокой точности δ = 0,1 . 0,5%
  • прецизионные δ Дата последнего обновления файла 07.06.2015
  1. Сажнёв А.М., Рогулина Л.Г., Абрамов С.С. “Электропитание устройств и систем связи”: Учебное пособие/ ГОУ ВПО СибГУТИ. Новосибирск, 2008г. – 112 с.
  2. Алиев И.И. Электротехнический справочник. – 5-е издание, стереотипное. – М.: ИП РадиоСофт, 2010. – 384с.
  3. Гейтенко Е.Н. Источники вторичного электропитания. Схемотехника и расчёт. Учебное пособие. – М., 2008. – 448 с.
  4. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов / В.М.Бушуев, В.А. Деминский, Л.Ф. Захаров и др. – М.,2009. – 384 с.
  5. Денисов А.И., Зволинский В.М., Руденко Ю.В. Вентильные преобразователи в системах точной стабилизации. – К.: Наукова думка, 1997. – 250 с.

Вместе со статьей «Параметры стабилизаторов» читают:

Коэффициент стабилизации стабилизатора определение

Хочешь узнать ответ

Стабилизатор применяется для обеспечения нагрузки стабильным, заданным напряжением, независимо от скачков и колебаний напряжения питания.

Основными параметрами стабилизатора напряжения являются следующие:

— коэффициент стабилизации Кст

— выходное сопротивление Rвых

— коэффициент полезного действия h

— температурный коэффициент ТКН

Коэффициент стабилизации

— это отношение относительного изменения напряжения на входе стабилизатора к соответствующему относительному изменению напряжения на его выходе (при этом Rн считаем постоянным).

Чем больше коэффициент стабилизации, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении входного.

Выходное сопротивление

[Ом] — это отношение изменения напряжения на выходе стабилизатора к изменению выходного тока (тока нагрузки), которое вызвало изменение выходного напряжения (при этом Uвх считаем постоянным).

Чем меньше выходное сопротивление, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении тока нагрузки.

Коэффициент полезного действия (КПД)

[%] — это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку, к мощности, потребляемой от источника питания.

Если учесть, что Pвх=Pн+Pст, где Pн — мощность, рассеиваемая нагрузкой, а Pст — мощность, рассеиваемая стабилизатором, то можно записать эту формулу по другому:

Температурный коэффициент (ТКН)

[%/ 0 C] — это отношение относительного изменения выходного напряжения стабилизатора к вызвавшему его изменению температуры окружающей среды.

Компенсационный стабилизатор параллельного типа

В схеме параллельного стабилизатора при отклонении напряжения на выходе от номинального выделяется сигнал рассогласования, равный разности опорного и выходного напряжений. Далее он усиливается и воздействуя на регулирующий элемент, включённый параллельно нагрузке. Ток регулирующего элемента IP изменяется, на сопротивлении резистора R1 изменяется падение напряжения, а на напряжение на выходе U1 = U0 – IBXR1 = const остаётся стабильным.

Типовая схема компенсационного стабилизатора напряжения параллельного типа приведена ниже. В качестве гасящего устройства в этих стабилизаторах применяются резисторы (R1 на схеме) или при высоких требованиях с стабильности выходного напряжения стабилизатора применяется стабилизатор тока описанный выше, имеющий большое внутреннее сопротивление.


Схема простого компенсационного стабилизатора напряжения параллельного типа

В основном расчёт элементов компенсационного стабилизатора параллельного типа производится аналогично стабилизатору последовательного типа.

Стабилизаторы параллельного типа имеют невысокий КПД и применяются сравнительно редко, в случае стабилизации повышенных напряжений и токов, а также при переменных нагрузках в отличие от стабилизаторов последовательного типа. Их недостатком является то, что при возможном резком увеличении тока нагрузки (например, при коротком замыкании на выходе) к регулирующему элементу будет прикладываться повышенное напряжение, величина которого может превысить допустимое значение. Это обстоятельство необходимо учитывать при эксплуатации стабилизатора.

Читайте так же:
Стабилизатор тока для зарядного устройства из блока атх 1

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Параметры стабилизаторов напряжения

Важнейшими параметрами стабилизатора напряжения являются коэффициент стабилизации K ст, выходное сопротивление R вых и коэффициент полезного действия η.

Коэффициент стабилизации определяют из выражения K ст= [ ∆u вх/ u вх] / [ ∆u вых/ u вых]

где u вх, u вых — постоянные напряжения соответственно на входе и выходе стабилизатора; ∆u вх — изменение напряжения u вх; ∆u вых — изменение напряжения u вых, соответствующее изменению напряжения ∆u вх.

Чем больше коэффициент стабилизации, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении входного. У простейших стабилизаторов величина K ст составляет единицы, а у более сложных — сотни и тысячи.

Васильев Дмитрий Петрович Профессор электротехники СПбГПУ

Таким образом, коэффициент стабилизации — это отношение относительного изменения напряжения на входе к соответствующему относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора.

Выходное сопротивление стабилизатора определяется выражением R вых= | ∆u вых/ ∆i вых|

где ∆u вых— изменение постоянного напряжения на выходе стабилизатора; ∆i вых— изменение постоянного выходного тока стабилизатора, которое вызвало изменение выходного напряжения.

Выходное сопротивление стабилизатора является величиной, аналогичной выходному сопротивлению выпрямителя с фильтром. Чем меньше выходное сопротивление, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении тока нагрузки. У простейших стабилизаторов величина R вых составляет единицы Ом, а у более совершенных — сотые и тысячные доли Ома. Необходимо отметить, что стабилизатор напряжения обычно резко уменьшает пульсации напряжения.

Коэффициент полезного действия стабилизатора η ст — это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку Р н, к мощности, потребляемой от входного источника напряжения Р вх: η ст = Р н / Р вх

Традиционно стабилизаторы разделяют на параметрические и компенсационные.

Интересное видео о стабилизаторах напряжения:

Параметрические стабилизаторы

Являются простейшими устройствами, в которых малые изменения выходного напряжения достигаются за счет применения электронных приборов с двумя выводами, характеризующихся ярко выраженной нелинейностью вольт-амперной характеристики. Рассмотрим схему параметрического стабилизатора на основе стабилитрона (рис. 2.82).

Проанализируем данную схему (рис. 2.82, а), для чего вначале ее преобразуем, используя теорему об эквивалентном генераторе (рис. 2.82, б). Проанализируем графически работу схемы, построив на вольт-амперной характеристике стабилитрона линии нагрузки для различных значений эквивалентного напряжения, соответствующих различным значениям входного напряжения (рис. 2.82, в).

Из графических построений очевидно, что при значительном изменении эквивалентного напряжения u э (на ∆u э), а значит, и входного напряжения u вх, выходное напряжение изменяется на незначительную величину ∆u вых.

Абрамян Евгений Павлович Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Причем, чем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона (т. е. чем более горизонтально идет характеристика стабилитрона), тем меньше ∆uвых.

Определим основные параметры такого стабилизатора, для чего в исходной схеме стабилитрон заменим его эквивалентной схемой и введем во входную цепь (рис. 2.82, г) источник напряжения, соответствующий изменению входного напряжения ∆u вх (на схеме пунктир):

K ст= ( ∆u вх/ u вх) : ( ∆u вых/ u вых) Так как обычно R н>> r д Следовательно, K ст≈ u вых / u вх· [ ( r д+ R 0) / r д]

Обычно параметрические стабилизаторы используют для нагрузок от нескольких единиц до десятков миллиампер. Наиболее часто они используются как источники опорного напряжения в компенсационных стабилизаторах напряжения.

Импульсный

Электроэнергия с нестабильными показателями с помощью коротких импульсов передается в накопительный механизм стабилизатора, роль которого выполняет индуктивная катушка либо конденсатор. Накопленное электричество выходит в качестве нагрузки с иными параметрами.

Можно выделить два типа стабилизации напряжения:

1. С помощью работы с длительными импульсами и паузами между ними. Этот этап работы называется принципом широтно-импульсной модуляции; 2. С помощью сравнения выходного напряжения, которое имеет минимальные и максимальные показатели.

Если эти показатели выше максимально допустимых, то накопитель прекращает выполнять свою непосредственную функцию – накапливать электроэнергию и начинает разряжаться. В таком случае выходное напряжение падает до минимума. При таких условиях накопитель снова начинает выполнять свою функцию. Этот процесс получил название — принцип двухпозиционного управления.

Импульсный выравниватель тока могут преобразовать напряжение до необходимых показателей.

Выделяют такие разновидности:

• Понижающий – когда выходное напряжение ниже, чем входное, но имеет такую же полярность; • Повышающий — когда выходное напряжение выше, чем входное, но имеет такую же полярность; • Понижающе-повышающий – выходное напряжение может быть как выше, так и ниже входного, однако, иметь такую же полярность. Оборудование необходимо использовать, когда входное и выходное U сильно разнится, однако входное напряжение может иметь отклонения в разные стороны; • Инвертирующий – выходное напряжение выше либо ниже входного. Полярность входного и выходного напряжения может быть разной.

Основные достоинства:

— энергопотери практически равны нулю.

Основные недостатки:

— выходное напряжение имеет импульсные помехи.

Стабилизаторы переменного напряжения

Основное предназначение стабилизатора переменного входного напряжения, не влияет, какие показатели оно имеет на входе. Выходное напряжение должно иметь идеальную синусоиду, даже если наблюдаются скачки либо обрывы на линии.

Существуют такие виды стабилизаторов:

1. Накопительные; 2. Корректирующие.

Стабилизаторы-накопители

Данные приборы изначально копят в себе электричество, которое получают от сторонних источников. После этого электроэнергия начинает генерироваться, обретает постоянные характеристики и выходит.

Система «двигатель – генератор»

Основное предназначение стабилизатора – превращение электроэнергии в кинетическую при помощи электрического двигателя. После этого генератор превращает ее обратно в обычную электроэнергию, при этом ток имеет постоянные параметры.

Клюевой элемент системы – это маховик, в котором накапливается кинетическая энергия и происходит стабилизация напряжения. Маховик имеет плотное соединение с двигающимися частями двигателя и генератором. Маховик имеет достаточно большие габариты и высокий уровень инерции и сохраняет скорость, на которую оказывает влияние лишь частота фаз. Исходя из того, что маховик вращается на постоянной скорости и с постоянным напряжением.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector