стабилизация тока и напряжения

СТАБИЛИЗАЦИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ - поддержание заданного значения напряжения (или тока) при изменении сопротивления нагрузки, напряжения питания и т. п. Для С. т. и н. обычно применяются электронные устройства. Напряжение (ток) нагрузки слабо зависит от её импеданса ,если внутр. сопротивление источника напряжения (тока), подключённого к нагрузке, намного меньше (больше) сопротивления этой нагрузки (рис. 1). Для этой цели в простейших стабилизаторах напряжения (СН) служит эмиттерный повторитель напряжения, а в стабилизаторах тока (СТ) нагрузка включается в цепь коллектора транзистора биполярного или в цепь стока полевого транзистора. В более сложных стабилизаторах используется отрицат. обратная связь .Напряжение на нагрузке (или напряжение, пропорциональное току в нагрузке) сравнивается с заведомо стабильным, т. н. опорным, напряжением, и усиленный сигнал рассогласования подаётся на элемент, непрерывно регулирующий напряжение (ток) нагрузки таким образом, чтобы уменьшить сигнал рассогласования до нуля (рис. 2). Точность, с к-рой поддерживается стабильность напряжения (тока), определяется глубиной обратной связи, стабильностью опорного напряжения и точностью сравнивающего устройства. Регулирующий элемент (обычно биполярный транзистор) включается параллельно (СН и СТ параллельного типа) или последовательно (СН и СТ последоват. типа) с нагрузкой. В качестве сравнивающего устройства и усилителя сигнала рассогласования обычно служат операционные усилители. В устройствах стабилизации пост. напряжений и токов опорное напряжение обычно создаётся полупроводниковым или газоразрядным стабилитроном - прибором, напряжение на к-ром слабо зависит от протекающего по нему тока. Параллельное соединение стабилитрона и нагрузки широко используется в простейших маломощных стабилизаторах напряжения (т. н. параметрический СН).

Рис. 1. R_H - сопротивление нагрузки, R_i, Е - внутреннее сопротивление и напряжение источника питания; U_H, I_H - напряжение и ток нагрузки.

Рис. 2. Блок-схемы стабилизаторов напряжения и тока- a - последовательный тип; б - параллельный; РЭ - регулирующий элемент, У - сравнивающее устройство и усилитель сигнала рассогласования, ИП - источник питания.

СН и СТ с непрерывным управлением регулирующим элементом обладают сравнительно низким кпд из-за пост. рассеяния мощности на регулирующем элементе. Для увеличения кпд применяются импульсные, или ключевые, СН и СТ (рис. 3). Регулирующий элемент, включённый последовательно с нагрузкой, работает как электронный ключ и быстро переключается между двумя состояниями: разомкнутым (сопротивление ключа очень большое, ток ключа равен нулю) и замкнутым (сопротивление ключа близко к нулю, напряжение на ключе - малое). В таком режиме работы регулирующий элемент рассеивает энергию преим. в моменты переключения. Выходное напряжение ключа имеет форму прямоуг. импульсов с амплитудой, равной напряжению источника питания Е. Это напряжение сглаживается с помощью фильтра низких частот, состоящего из последовательно включённой катушки индуктивности L и конденсатора ёмкости С, подключённого параллельно нагрузке. пост. напряжение, к-рое получается на выходе фильтра, зависит от соотношения между временем замкнутого и временем разомкнутого состояний. Отношение времён изменяется в соответствии с сигналом рассогласования между напряжением (током) нагрузки и опорным напряжением. Тем самым стабилизируется напряжение (ток) нагрузки. С помощью диода D во время разомкнутого состояния ключа в нагрузку передаётся энергия, запасённая в катушке индуктивности. Кпд импульсных СН и СТ достигает 80% и более. При стабилизации высоких напряжений СН обычно совмещают с преобразователем напряжения.

Рис. 3. Блок-схема импульсного стабилизатора напряжения. П - преобразователь сигнала рассогласования в импульсное напряжение управления РЭ.

Лит.: X о р о в и ц П., X и л л У., Искусство схемотехни-ки, пер. с англ., 3 изд., т. 1, М., 1986; Титце У., Шенк К Полупроводниковая схемотехника, пер. с нем., М., 1982; Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник, под ред. Г. С. Найвельта, М., 1985. А. В. Степанов.

   <<      Предметный указатель      >>