Основные элементы источников питания. Основным источником питания электронных устройств в настоящее время являются выпрямительные устройства, преобразующие переменный ток в ток одного направления, называемый выпрямленным.
Постоянное напряжение или ток, получаемые от выпрямителей, по различным причинам могут изменяться, что может нарушить нормальную работу различных устройств, питание которых осуществляется от выпрямительных устройств.
Основным причинами нестабильности является изменение напряжения сети и изменение тока нагрузки. Для обеспечения постоянного напряжения на сопротивлении нагрузки применяют стабилизаторы напряжения. Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающие автоматически и с требуемой точностью напряжение на нагрузке при изменении дестабилизирующих факторов в обусловленных пределах. Не смотря на применение сглаживающих фильтров, напряжение на сопротивлении сглаживающих фильтров нагрузки выпрямителя может изменяться.
Это объясняется тем, что сглаживание пульсаций фильтром уменьшается только переменная составляющая выпрямленного напряжения, а величина постоянной составляющей может изменяться и при колебаниях напряжения сети, и при изменении тока нагрузки. Существует два принципиально разных метода стабилизации напряжения параметрический и компенсационный. Сущность компенсационного метода стабилизации сводится к автоматическому регулированию выходного напряжения.
В компенсационных стабилизаторах производится сравнение фактической величины входного напряжения с его заданной величиной и в зависимости от величины и знака рассогласования между ними автоматически осуществляется корректирующее воздействие на элементы стабилизатора, направленное на уменьшение этого рассогласования. 1.3 Стабилизаторы напряжения Стабилизатором напряжения называют устройство, автоматически обеспечивающее поддержание напряжения нагрузочного устройства с заданной степенью точности.
Напряжение нагрузочного устройства может сильно изменяться не только при изменениях нагрузочного тока IH, но и за счет воздействия ряда дестабилизирующих факторов. Одним из них является изменение напряжение промышленных сетей переменного тока. В соответствии с ГОСТ 5237 69 это напряжение может отличаться от номинального значения в пределах то 5 до 15. Другими дестабилизирующими факторами являются изменение температуры окружающей среды, колебание частоты тока и т.д. Применение стабилизаторов диктуется тем, что современная электронная аппаратура может нормально функционировать при нестабильности питающего напряжения 0,1 3, а для отдельных функциональных узлов электронных устройств нестабильность должна быть и меньше.
Стабилизаторы классифицируют по ряду признаков по роду стабилизируемой величины стабилизаторы напряжения и тока по способу стабилизации параметрические и компенсационные стабилизаторы. В настоящее время широкое применение получили компенсационные стабилизаторы, которые подразделяют на стабилизаторы непрерывного и импульсного регулирования.
При параметрическом способе стабилизации используют некоторые приборы с нелинейной вольтамперной характеристикой, имеющий пологий участок, где напряжение мало зависит от дестабилизирующих факторов. К таким приборам относят стабилитроны, бареттеры, лампы накаливания и др. при компенсационном способе стабилизации постоянство напряжения обеспечивается за счет автоматического регулирования выходного напряжения источника питания.
Это достигается за счет введения отрицательной обратной связи между выходом и регулирующим элементом, которое изменяет свое сопротивление так, что компенсирует возникшее отклонение выходной величины. Основным параметром, характеризующим качество работы всех стабилизаторов, является коэффициент стабилизации. Как отмечалось определяющими дестабилизирующими факторами, из-за которых изменяются выходные величины стабилизатора, являются входное напряжение стабилизатора UВХ и нагрузочный ток IН. Для стабилизатора напряжения коэффициент стабилизации равен KстUДUВХUВХДUВЫХUВЫХ, где ДUВХ и ДUВЫХ приращение входного и выходного напряжений, а UВХ и UВЫХ номинальные значения входного и выходного напряжений.
Параметрический стабилизатор С помощью параметрического стабилизатора, в котором применяется полупроводниковый стабилитрон Д, можно получать стабилизированное напряжение от нескольких вольт до нескольких сотен вольт при токах от единиц миллиампер до единиц ампер.
Если необходимо стабилизировать напряжение менее 3 В, то вместо стабилитронов используют стабисторы. Стабилитрон в параметрическом стабилизаторе включают параллельно нагрузочному резистору RH. Последовательно со стабилитроном для создания требуемого режима работы включают балластный резистор RВ. Для нормальной работы параметрического стабилизатора сопротивление резистора RВ должно быть таким, чтобы его вольт - амперная характеристика пересекла вольт амперную характеристику стабилитрона в точке, соответствующей номинальному току стабилитрона и IСТ.НОМ, значение которого указано в паспортных данных стабилитрона.
Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения на полупроводниковом стабилитроне может достигать 30 50. Компенсационный стабилизатор Компенсационные стабилизаторы напряжения обладают более высоким коэффициентом стабилизации и меньшим выходным сопротивлением по сравнению с параметрическими. Их принцип работы основан на том, что изменения напряжения на нагрузке передается на специально вводимый в схему регулирующий элемент, препятствующий изменению напряжения UН. Регулирующий элемент может быть включен либо параллельно нагрузке, либо последовательно с ней. В зависимости от этого различают два типа компенсационных стабилизаторов напряжения параллельные и последовательные Воздействие на регулирующий элемент в обоих типах стабилизаторов осуществляется управляющей схемой, в которую входят усилитель постоянного тока У и источник опорного напряжения ИОН. С помощью ИОН производят сравнения напряжения на нагрузке с опорным напряжением.
Функция усилителя сводится к усилению разности сравниваемых напряжений и подаче усиленного сигнала непосредственно на регулирующий элемент.
В параллельном компенсационном стабилизация напряжения на нагрузке достигается, как и в параметрическом стабилизаторе, изменением напряжения на балластном резисторе RВ путем изменения тока регулирующего элемента.
Если принять входное напряжение стабилизатора неизменным, то постоянству напряжения на нагрузке будет соответствовать постоянство напряжения на балластном резисторе. В последовательном стабилизаторе регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой. Стабилизация напряжения нагрузки осуществляется путем напряжения на регулирующем элементе. Ток регулирующего элемента здесь равен току нагрузки. В соответствии с рассмотренным принцип действия компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения основан на изменении сопротивления регулирующего элемента.
Наличие регулирующего элемента обуславливается неизбежной потерей в стабилизаторе. Также существую компенсационные стабилизаторы напряжения с импульсным регулированием. Принцип действия такого стабилизатора заключается в преобразовании регулирующим элементом постоянного напряжения питании UП в последовательность периодических импульсов прямоугольной формы. Основными преимуществами, которыми обладают компенсационные стабилизаторы напряжения с импульсным регулированием, являются высокий КПД, меньшая масса и габариты по сравнению с другими компенсационными стабилизаторами. Недостатками являются относительная сложность схемы, повышенный уровень пульсаций выходного напряжения, невысокие динамические характеристики. 2.