Стабілізатори напруги це пристрої, призначені підтримувати величину електричної напруги на вході приймачів (стабілізатор напруги) або величину сили струму в мережах (стабілізатор струму), незалежно від величини напруги і навантаження в живильних мережах. При цьому стабілізатор працює при створенні напруги в заданих параметрах і в разі зміни цих параметрів, стабілізатор обезструмлює живляться прилади.
Стабілізатори розрізняють за типом струму надходить на вхід:
Стабілізатори змінної напруги;
Стабілізатори постійної напруги.
Прийнято вважати, що тип струму надходить на вхід стабілізатора, і струму отриманого на виході одного типу, але допускаються і виключення.
Стабілізатори постійної напруги.
Найчастіше стабілізатор напруги являє собою замкнуту систему, в якій напруга на виході дорівнює або пропорційно вхідному напрузі. Регулювання напруги відбуватися автоматично. Залежно від типу регулюючого елемента стабілізатори поділяються на:
Лінійні стабілізатори - коли регулюючий елемент може працювати в безперервному (активному) режимі;
Компенсаційні стабілізатори - коли регулюючий елемент (біополярной транзистор) працює паралельно або послідовно, по відношенню до навантаження;
Імпульсний (ключовий) стабілізатор - коли регулюючий елемент працює з імпульсним регулюванням.
Лінійний стабілізатор напруги.
Лінійний стабілізатор напруги - це стабілізатор, який перетворює нестабільне вхідна напруга в стабільну вихідну. Принцип роботи стабілізатора описується лінійним співвідношенням напруг 0.
Недоліки лінійного стабілізатора - низький ККД через з розсіювання потужності на регулюючому елементі. При цьому величина розсіювання еквівалентна різниці потужностей на вході і виході пристрою. Внаслідок цього стабілізатор жорсткі рамки роботи по вхідній напрузі.
переваги:
простота виконання і легкість експлуатації;
висока надійність.
Залежно від схеми включення стабілізатори поділяються на:
Послідовні - це стабілізатори, в яких елемент регулювання розташований у верхньому плечі (тобто підключений послідовно навантаженню);
Паралельні - це стабілізатори, в яких регулюючий елемент розташований в нижньому плечі (тобто підключений паралельно навантаженні);
Слід зауважити, що послідовне розташування регулюючого елемента зустрічається частіше.
За способом стабілізації напруги стабілізатори поділяються на:
Параметричні - це пристрої, в якому стабілізація напруги досягається за рахунок внутрішніх властивостей електронних складових (наприклад, сильної нелінійності вольт-амперної характеристики);
Компенсаційні - це пристрої, в яких стабілізація напруги досягається неузгодженістю сигналу, що діє на регульований елемент, внаслідок негативного зворотного зв'язку. До лінійним компенсаційним стабілізаторів відносяться ті, у яких регульований елемент знаходиться постійно (непрервино) у відкритому стані. В імпульсних стабілізаторах регульований елемент працює в ключовому режимі.
Паралельний параметричний стабілізатор на стабілітроні
Робота стабілізатора заснована на властивості стабілітрона викликати мале зміна напруга при великому зміні струму. При цьому якість стабілізації тим краще, чим крутіше вольт-амперна характеристика робочої ділянки. Така схема використовується, як малопотужний джерело стабільного напруги або ж як елемент більш складних схем.
Послідовний стабілізатор на біполярному транзисторі
Середній шар біполярного транзистора називається базою, а крайні - емітером і колектором. При виготовленні транзистора емітер легируют більш сильно, ніж колектор, щоб вміст вільних носіїв заряду в емітер було вище. Відповідно струм емітера розділяється на ток бази і струм колектора, причому струм колектора у багато разів більше струму бази: Якщо змінюється струм бази, то струм колектора змінюватися дуже сильно. Завдяки цій властивості транзистор використовують як підсилювальний елемент.
Послідовний компенсаційний стабілізатор з застосуванням операційного підсилювача
Принцип роботи даного стабілізатора в наступному: коли потенціал на «позитивному» вході (Uвх. +) Стає більше потенціалу на «негативний» (Uвх.-) - вихідний сигнал (U вих.) Змінюється в позитивному напрямку. Характерною особливістю даного стабілізатора є, що заданий U вих. підтримується шляхом порівняння із взірцевим (опорним) напругою. Вихідна напруга з потенціометра подається на інвертується вхід, а зразкове напруга (зі стабілітрона) - на неінвертуючий вхід. При невеликому зміні напруги на виході стабілізатора на інвертується вході з'являється сигнал неузгодженості, який багаторазово посилюється і змінює напругу на регулюючому транзисторі таким чином, що напруга на виході стабілізатора практично не змінюється. Сигнали, подані на ці входи, підсумовуються з урахуванням їх знака і багаторазово посилюються Цей процес триває всього кілька мікросекунд.
Імпульсний стабілізатор
Існує кілька інших принципів перетворення постійної напруги, що відрізняються тим, що регулювальний елемент працює в ключовому режимі (тобто або повністю насичений, або знаходиться в відсіченні) і для перетворення напруги використовується реактивний елемент: конденсатор або індуктивність. Стабілізатори напруги, виконані на основі таких перетворювачів, іменуються імпульсними стабілізаторами напруги.
Імпульсні стабілізатори володіють в порівнянні з лінійними низку переваг. ККД їх незрівнянно вище, так як завдяки використанню ключового режиму роботи регулюючого транзистора середня розсіюється в ньому потужність виявляється істотно менше, ніж у лінійному стабілізаторі. Малі теплові втрати дозволяють зменшити їх габарити. Крім того, поряд зі звичайним режимом зниження вхідної напруги імпульсні стабілізатори можуть працювати в режимі його підвищення і інвертування.
Недоліки: найвищий серед усіх стабілізаторів рівень вихідних шумів.
За типом режимів імпульсні стабілізатори розрізняються:
Понижуючий стабілізатор -Вихідний напруга нижче вхідного;
Підвищує стабілізатор - вихідна напруга вище вхідного;
Инвертирующий стабілізатор - вихідна напруга негативне;
Стабілізатори змінної напруги
За типами конструкції стабілізатори напруги поділяються на:
ферорезонансні;
електромеханічні;
електронні.
ферорезонансні стабілізатори
Ферорезонансні стабілізатори - одні з найстаріших і простих стабілізаторів. Однак використовують їх мало через великої кількості недоліків подібної схеми. Сам процес феромагнітного резонансу цілком аналогічний резонансу в лінійних ланцюгах, що складаються з індуктивностей і ємностей. У нелінійної ланцюга, такий як ферорезонансний трансформатор, резонанс використовується для зменшення коливань напруги у вторинному ланцюзі.
У Ферорезонансні трансформаторі одна з магнітних кіл (вихідна) знаходиться в режимі насичення, а інша (вхідні) не досягає насичення. Великі зміни вхідного напруги не можуть привести до значних змін напруги на виході через насичення вихідний магнітного ланцюга.
Недоліки ферорезонансним стабілізаторів напруги: високий рівень шуму; і чувствітелность до частоти напруги живлення;
Переваги пристроїв даного типу: висока точність і швидкість регулювання вихідної напруги.
До сучасних типів стабілізатора відносяться:
Електромеханічні стабілізатори;
Електронні (ступеневої регулювання);
Компенсаційні стабілізатори (електронні плавні).
Стабілізатори напруги поділяються на дві великі групи:
однофазні стабілізатори напруги - призначені для роботи з мережею змінного струму напругою 220В і частотою 50/60 Гц. Їх часто називають побутовими стабілізаторами;
трифазні стабілізатори напруги служать для роботи в електромережах з напругою 380В і призначені для захисту промислового обладнання, або в будинках з трифазної мережею.
У стабілізаторів існує два діапазони вхідної напруги:
робочий - коли вхідна напруга знаходиться в межах, при яких на виході забезпечується заявлена величина стабілізації ± 5%;
граничний - коли стабілізатор зберігає працездатність, але напруга на виході відрізняється від заявленої величини в більшу або меншу сторони.
