Основные параметры стабилизаторов напряжения

Качество работы стабилизаторов напряжения характеризуется следующими параметрами:

1. Коэффициент стабилизации по входному напряжению. Он равен отношению относительных изменений напряжений на входе и выходе стабилизатора при постоянном токе нагрузки:

. (1)

Здесь ∆U_п и ∆U_н - абсолютные изменения входного и выходного напряжений, a U_п и U_н - номинальные значения этих напряжений.

2. Коэффициент стабилизации по нагрузке равен отношению относительного изменения тока нагрузки к относительному изменению выходного напряжения:

. (2)

Часто вместо коэффициента стабилизации (2) реакция стабилизатора напряжения на изменение тока нагрузки характеризуется его выходным сопротивлением R_вых:

(3)

3. Коэффициент сглаживания пульсаций характеризует фильтрующие свойства стабилизатора. Он показывает, во сколько раз относительная величина пульсаций напряжения на входе стабилизатора превышает их относительное значение на выходе:

. (4)

Здесь U_п~ и U_н~ - амплитудные значения пульсаций напряжения соответственно на входе и выходе стабилизатора.

4. Температурный коэффициент напряжения (ТКН) стабилизатора характеризует степень стабильности его выходного напряжения при изменении температуры окружающей среды при постоянном напряжении на входе и постоянном токе нагрузки стабилизатора. Он определяется как отношение изменения стабилизированного напряжения к вызвавшему его изменению температуры окружающей среды:

. (5)

Кроме перечисленных выше основных параметров, характеризующих качество стабилизации напряжения, стабилизаторы оцениваются по энергетическим показателям, важнейшим из которых является коэффициент полезного действия (КПД). Он равен отношению мощности, потребляемой нагрузкой стабилизатора, к мощности, потребляемой стабилизатором от источника питания.

Неотьемлемой составной частью любого стабилизатора является регулирующий элемент, в качестве которого могут быть использованы электронная лампа, транзистор, полупроводниковый или газоразрядный стабилитроны. По способу взаимного включения регулирующего элемента (РЭ) и сопротивления нагрузки (R_н) различают последовательные и параллельные стабилизаторы напряжения (рис. 1).

Рис. 1. Последовательный (а) и параллельный (б) стабилизаторы напряжения

В случае последовательного СН (рис. 1,а) для напряжения на нагрузке справедлива формула

(6)

Из (6) видно, что в качестве РЭ необходимо взять такой элемент, сопротивление которого увеличивается с ростом протекающего через него тока. В этом случае увеличение входного напряжения приведет к возрастанию тока в цепи и, следовательно, к росту сопротивления РЭ. Падение напряжения на РЭ увеличивается, а коэффициент передачи цепочки k₁ уменьшается, т.е. происходит компенсация изменения входного напряжения.

В параллельных СН (рис. 1, б) регулирующий элемент включен параллельно нагрузке и имеется дополнительный балластный резистор R. Связь напряжения на нагрузке с напряжением питания для такой схемы дается формулой

. (7)

Из (7) видно, что при возрастании U_п сопротивление РЭ должно уменьшаться, чтобы сохранить напряжение на нагрузке неизменным.

В зависимости от вида регулирующего элемента и способа управления им стабилизаторы напряжения подразделяются на нелинейные (параметрические) и компенсационные.