Відкрити головне меню
Магнітний стабілізатор напруги змінного струму

Стабіліза́тор напру́ги — перетворювач електричної енергії, що дозволяє отримати на виході напругу, яка знаходиться в заданих межах, при значних коливаннях вхідної напруги і опору навантаження.

За типом вихідної напруги стабілізатори діляться на стабілізатори постійної напруги і стабілізатори змінної напруги. Як правило, вид вхідної напруги (постійна чи змінна) є такою ж, як і вихідна напруга, хоча можливі виключення.

Зміст

Стабілізатори змінної напругиРедагувати

Симісторний стабілізатор напругиРедагувати

Симісторний стабілізатор напруги забезпечує стабільну вихідну змінну напругу, при нестабільній вхідній змінній напрузі. 

Симісторний стабілізатор напруги, як і релейний, містить у своєму складі автотрансформатор, але комутація відводів автотрансформатора здійснюється за допомогою силових напівпровідникових ключів — симісторів. На відміну від електромеханічних перемикачів, — силових реле, — симістори здійснюють більш швидку електронну комутацію, що усуває неприємні перехідні процеси, які присутні при механічній комутації, та підвищує надійність пристрою

Завдяки високій швидкодії симісторів, з'явилась можливість здійснювати перемикання відводів трансформатора у моменти переходу напруги через нуль, що реалізовано у деяких моделях симісторних стабілізаторів. Завдяки цьому не створюються електромагнітні завади, які б могли виникати, якщо б момент комутації відбувався в інші моменти часу.

Лінійний стабілізатор напругиРедагувати

 
Схема простого послідовного параметричного стабілізатора напруги

Лінійний стабілізатор напруги являє собою дільник напруги, на вхід якого подається вхідна (нестабільна) напруга, а вихідна (стабілізована) напруга знімається з нижнього плеча дільника. Стабілізація здійснюється шляхом зміни опору одного з плечей дільника: опір постійно підтримується таким, щоб напруга на виході стабілізатора знаходилося в установлених межах. При великому відношенні величин вхідної і вихідної напруг лінійний стабілізатор має низький ККД, так як більша частина потужності Pрасс = (Uin — U out) * I t розсіюється у вигляді тепла на регулюючому елементі. Тому регулюючий елемент повинен мати можливість розсіювати достатню потужність, тобто повинен бути встановлений на радіатор потрібної площі або ж розміщений в корпусі з достатньою тепловіддачею. Перевага лінійного стабілізатора — простота, відсутність перешкод і невелика кількість використовуваних деталей.

В залежності від розташування елемента із змінним опором лінійні стабілізатори діляться на два типи:

  • послідовний: регулюючий елемент включений послідовно з навантаженням;
  • паралельний: регулюючий елемент включений паралельно навантаженню.

Залежно від способу стабілізації:

  • параметричний: в такому стабілізаторі використовується ділянка ВАХ приладу, який має велику крутизну;
  • компенсаційний: має зворотній зв'язок. У ньому напруга на виході стабілізатора порівнюється з еталонною і з різниці між ними формується керуючий сигнал для регулюючого елемента.

Параметричний стабілізатор напругиРедагувати

Найпростіша схема параметричного стабілізатора напруги паралельного типу приведена на рисунку справа.

 
Найпростіший параметричний стабілізатор напруги паралельного типу

Схема містить баластний резистор Rб і стабілітрон VD1, що включається паралельно навантаженню Rн (тобто це стабілізатор паралельного типу), з метою зниження пульсацій вихідної напруги, при коливаннях струму в навантаженні, у схему може включатися фільтрувальний конденсатор Cф. Принцип роботи параметричного стабілізатора добре видно при розгляді навантажувальних характеристик, представлених на вольт-амперній характеристиці стабілітрона. Тут кут нахилу прямої (α) визначається опором баластного резистора Rб (tgα = 1 / Rбtg⁡α = 1 / Rб). Точка перетину даної прямої з віссю напруг визначається заданою напругою на вході стабілізатора Uвх, а точка перетину з ВАХ стабілітрона характеризує поточний режим роботи цього приладу (Iст, Uст = Uвих).

 
Вольт-амперна характеристика стабілітрона

Вихідна напруга стабілізатора (Uвих), а також струм стабілітрона (Iст) визначаються положенням точки перетину навантажувальної прямої резистора і ВАХ стабілітрона. Якщо значення вхідної напруги зміниться (наприклад, збільшиться), то зміниться і розміщення навантажувальної прямої , а робоча точка стабілітрона зміститься в бік великих струмів. При цьому очевидно, що напруга на стабілітроні (відповідно, і на навантаженні) залишиться практично незмінним (тобто відбувається його стабілізація на рівні, визначеному типом конкретного застосовуваного стабілітрона). Наведені викладки зроблені в припущенні, що Rн » Rб і Iб ≈ Iст. Зі зменшенням Rн істотна частина струму стабілітрона буде відгалужується в навантаження (Іб = Iст + Iн).

З проведеного аналізу випливає, що режим роботи стабілітрона (положення робочої точки на ВАХ приладу) визначається значенням вхідної напруги Uвх і опором баластного резистора Rб. Оптимальний вибір цього резистора (для забезпечення найкращої стабілізації вихідної напруги при коливаннях вхідної напруги) можливий тільки при врахуванні характеру навантаження (постійна, змінна) і величини протікаючого через неї струму (і можливого діапазону його зміни).

Більш глибокий аналіз даного параметричного стабілізатора дозволяє отримати наступні вирази для коефіцієнта стабілізації Kст і для розрахунку оптимальної величини баластного опору Rб:

де: rст - диференціальний опір стабілітрона; δUвих - граничне відносне відхилення вхідної напруги від його середнього значення,%.

Конкретне значення вихідної стабілізованої напруги визначається типовим номіналом застосовуваного стабілітрона. При виборі стабілітрона слід враховувати і такий параметр, як максимально допустимий струм стабілізації (Iст max). При змінному характері навантаження може знадобитися досить великий запас по цьому значенню. Якщо напруга стабілізації мало (1 ... 3 В), замість стабілітронів повинні застосовуватися стабістори.

Імпульсний стабілізатор напругиРедагувати

Інтегральний стабілізатор напругиРедагувати

 
Популярна 3-пінова мікросхема MC7812 на +12 В

Інтегральний стабілізатор напруги — мікросхема компенсаційного стабілізатора напруги, в якій стабілізація здійснюється внаслідок впливу зміни вихідної напруги [струму] на його регулювальний пристрій через коло зворотного зв'язку[1].

Класичним прикладом таких мікросхем є серія LM78xx. Першим трививідним стабілізатором була мікросхема LM109, розроблена американським інженером Робертом Відларом (1970).

LDO-регуляторРедагувати

 
Схема LDO-стабілізатора

Стабілізатор з малим падінням напруги (англ. Low-dropout regulator) або LDO-регулятор — стабілізатор лінійної напруги, який може працювати з дуже невеликою різницею між вхідною і вихідною напругами. Перевагами низького падіння напруги є:

  • нижча мінімальна робоча напруга,
  • більший коефіцієнт корисної дії,
  • нижча розсіювана потужність.

Див. такожРедагувати

ПриміткиРедагувати

ДжерелаРедагувати

  • Малюкін О. В., Піддубний В. О., Піддубний В. В. Стабілізатор з малим падінням напруги на регулюючому елементі // Вісник Національного технічного університету України «КПІ». Серія «Радіотехніка. Радіоапаратобудування». — 2010. — № 42.
  • Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. — Додэка, 2008. — (Схемотехника).(рос.)