КОМПЕНСАЦИОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР

2. КОМПЕНСАЦИОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР

 

Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающие автоматически и с требуемой точностью напряжение на нагрузке при изменении дестабилизирующих факторов в обусловленных пределах. 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.

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.

2.1 Выбор и анализ структурной схемы

Основными параметрами, характеризирующими стабилизатор, являются:

1. Коэффициент стабилизации, представляющий собой отношение относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора.

K_сти = DU_вх / U_вх : DU_вых / U_вых , (13)

где: U_вх и U_вых - номинальное напряжение на входе и выходе стабилизатора.

DU_вх и DU_вых - изменение напряжений на входе и выходе стабилизатора.

Коэффициенты стабилизации служат основными критериями для выбора рациональной схемы стабилизации и оценки ее параметров.

2. Выходное сопротивление, характеризующее изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки и неизменном входном напряжении.

R_вых = DU_вых / DI_вых , при U_вх = const. (14)

3. Коэффициент полезного действия, равный отношению мощности в нагрузке к номинальной входной мощности.

h = U_вых ´ I_вых / U_вх ´ I_вх . (15)

4. Дрейф (допустимая нестабильность) выходного напряжения. Временной и температурный дрейф характеризуется величиной относительного и абсолютного изменения выходного напряжения за определенный промежуток времени или в определенном интервале температур.

Схемы компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения бывают последовательного (рис.2.1) и параллельного (рис.2.2) типов.

Рис. 2.1.

Рис.2.2.

Различие приведенных схем состоит в следующем. В последовательных стабилизаторах напряжение на регулирующем элементе возрастает при увеличении напряжения на нагрузке, а ток приблизительно равен току нагрузки. В параллельных стабилизаторах напряжение на регулирующем элементе не зависит от входного напряжения, а ток находится в прямой зависимости от напряжения на нагрузке.

Стабилизаторы параллельного типа имеют невысокий КПД и применяются сравнительно редко. Для стабилизации повышенных напряжений и токов, а также при переменных нагрузках обычно применяются стабилизаторы напряжения последовательного типа. Их недостатком является то, что при коротком замыкании на выходе к регулирующему элементу будет приложено все входное напряжение. Это обстоятельство необходимо учитывать при эксплуатации стабилизатора.

2.2 Разработка принципиальной электрической схемы

В соответствии с выбранной структурной схемой (рис.2.1) составляем приблизительную схему компенсационного стабилизатора напряжения. После проведения расчета, данная схема будет доработана. Только после полного расчета режимов работы и выбора элементов можно составить окончательный вариант схемы электрической принципиальной компенсационного стабилизатора напряжения.

3. РАСЧЕТ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ РАЗНОСТНОГО УСИЛИТЕЛЯ

Рис.3.1 Схема вычитателя

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Исходные данные

Тип ОУ К140УД9

;

;

Rн = 15кОм;

;

;

;

;

Расчет выходного каскада.

1.  Величину резистора обратной связи [Ом]:

2.  Учитывая согласованное включение каскада принимаем [Ом]:

,

Отсюда

определяем

.

3.  Определяем величину резистора [Ом]:

;

4.  Так как для расчета  используется метод суперпозиций, то для симметричной структуры можно принять

.