Пояснить принцип работы параметрических стабилизаторов напряжения

В параметрических стабилизаторах напряжения режим стабилизации осуществляется за счет нелинейности ВАХ регулирующего элемента. От ВАХ зависит качество стабилизации. Степень нелинейности ВАХ на рабочем участке ВС оценивается отношением динамического и статического сопротивлений. Статическое сопротивление R_С – это сопротивление, которое оказывает нелинейный элемент постоянному по величине току в выбранной рабочей точке А характеристики: R_С = U₀ / I₀ = tg a. Динамическое сопротивление элемента R_Д равно отношению изменения падения напряжения на элементе DU к изменению величины тока, протекающего через элемент DI. Динамическое сопротивление является тем сопротивлением, которое оказывает элемент изменениям протекающего через него тока: R_Д = DU / DI = tg b.

В качестве нелинейных элементов в параметрических стабилизаторах напряжения используются газоразрядные и кремниевые стабилитроны. Схемы параметрических стабилизаторов с использованием стабилитронов применяются для стабилизации напряжения при мощности в нагрузке до нескольких ватт. Достоинство таких схем – простота исполнения и малое количество элементов, недостаток – отсутствие плавной регулировки и точной установки номинального значения выходного напряжения, кроме этого, у таких схем мал к.п.д..

Схема стабилизатора состоит из гасящего сопротивления R_Г, включенного последовательно с нагрузкой, и стабилитрона VD, включенного параллельно нагрузке.

Для определения основных показателей качества параметрического стабилизатора постоянного напряжения представим его функциональной схемой для изменений напряжения на входе. Считая, что стабилизатор

нагружен на активное сопротивление R_Н, изменение DU₁ является медленным и дифференциальное сопротивление стабилитрона неизменно в пределах рабочего участка характеристики стабилитрона. Тогда, передаточная функция, связывающая возмущение на входе DU₁ с реакцией на выходе DU₂, представляется коэффициентом деления

(1)

Преобразуя (1), имеем

Отношение DU₁/DU₂ является дифференциальным коэффициентом стабилизации K_{СТ. Д.} ,который связан с коэффициентом стабилизации K_{СТ. U} выражением

(4)

где K₀ = U₂/U₁– коэффициент передачи постоянной составляющей напряжения стабилизатора.

10.Пояснить принцип работы компенсационных стабилизаторов напряжения

Принцип работы компенсационного стабилизатора основан на использовании цепи отрицательной обратной связи (далее в тексте - ООС). Для реализации указанного принципа устройство кроме регулирующего (исполнительного) элемента РЭ должно содержать исполнительный элемент ИЭ, элемент сравнения и источник эталонного напряжения Uэт (рис.1). Выходное напряжение измерительного элемента, пропорциональное стабилизированному параметру, сравнивается в элементе сравнения с эталонным напряжением, и полученный сигнал ошибки Uош = Uэт - Uиз управляет коэффициентом передачи РЭ. Увеличение Uош, вызванное уменьшением выходного напряжения, увеличивает коэффициент передачи РЭ, что ведет к увеличению выходного напряжения. И, наоборот, увеличение выходного напряжения, уменьшая сигнал ошибки, вызывает уменьшение коэффициента передачи РЭ, что в свою очередь ведет к уменьшению выходного напряжения.

В зависимости от вида выполнения РЭ различают непрерывные и ключевые компенсационные стабилизаторы напряжения. В непрерывных компенсационных стабилизаторах в качестве РЭ используют биполярный или полевой транзистор, ключевых - импульсные усилители мощности. Мы остановимся на первом варианте

.Типовая схема разбираемого компенсатора на рис.2. Рассмотрим теперь не структурно, как на рис.1, а подетально его работу. Выходное напряжение стабилизатора равно разности его входного напряжения и падения напряжения между выводами эмиттера и коллектора регулирующего транзистора VT: Uвых = Uвх - Uкэ. В свою очередь, для Uкэ справедливо выражение Uкэ = Uкб + Uбэ≅ Uкб + const. Напряжение Uкб определяется падением напряжения на резисторе смещения Rсм (Uкб = IR*Rсм = Uвх - UDAвых). Операционный усилитель включен DA включен по схеме с дифференциальным входом, поэтому его выходное напряжение UDAвых = KU0*(Uэт - UR2).

Здесь KU0 - коэффициент усиления операционного усилителя DA по напряжению. Так как цепь ООС (отрицательная обратная связь - подача сигнала с выхода на вход) в усилителе отсутствует, то из-за большого KU0 можно считать, что во всех режимах работы Uэт - UR2 = 0 и, следовательно, выходное напряжение стабилизатора Uвых = Uэт*(R1 +R2)/R2. Возникновение любых отклонений выходного напряжения от указанного уровня приводит к нарушению условия Uэт - UR2 = 0. Это изменяет выходное напряжение операционного усилителя, а следовательно, и напряжение Uкб транзистора VT, компенсируя возникшие отклонения. Рассмотрим конкретнее.