Параметры стабилизаторов

Стабилизатор — это устройство, предназначенное для автоматического поддержания в заданных пределах напряжения или тока при изменении входного напряжения, тока нагрузки, температуры, давления, влажности, вибрации и других дестабилизирующих факторов.

Основными параметрами стабилизаторов являются:

1. Коэффициент стабилизации
2. Нестабильность выходного напряжения
3. Внутреннее сопротивление стабилизатора
4. Температурная нестабильность
5. Коэффициент сглаживания пульсаций
6. Коэффициент полезного действия

Коэффициент стабилизации выходного напряжения можно определить как отношение нестабильности выходного напряжения к нестабильности входного напряжения:

            (1)

Нестабильность выходного напряжения (статическая ошибка) измеряется как отношение изменения выходного напряжения к его номинальному значению:

            (2)

Измерение нестабильности выходного напряжения производится при постоянной нагрузке (ток нагрузки не должен изменяться).

Внутреннее сопротивление стабилизатора можно определить как

            (3)

Измерение внутреннего сопротивления стабилизатора производится при неизменном входном напряжении (U_вх = const).

Нестабильность выходного напряжения в зависимости от тока нагрузки. Этот параметр применяется вместо внутреннего сопротивления.

 при U_вх = const          (4)

Температурная нестабильность Для выходного напряжения она определяется следующим образом:

 при U_вх = const и R_н = const         (5)

Коэффициент сглаживания пульсаций вычисляется следующим образом:

            (6)

где U_m — амплитуда пульсаций.

Коэффициент полезного действия определяется как отношение выходной мощности к мощности, потребляемой стабилизатором:

            (7)

Следует отметить, что мы перечилили только основные параметры стабилизаторов. Для стабилизаторов переменного тока дополнительно оговариваются требования по стабильности частоты сети переменного тока, нестабильность входного импеданса и его реактивной составляющей, коэффициент мощности. Кроме того важными параметрами являются габариты, масса и надежность стабилизатора, но эти требования относятся уже к любому радиоэлектронному устройству.

Наибольший вклад в общую нестабильность выходного напряжения вносят нестабильности по напряжению, току и температуре и, в зависимости от этого, получается результирующая нестабильность стабилизатора:

δ = δ_U + δ_I + δ_T

Cтабилизаторы классифицируются в зависимости от стабильности на стабилизаторы:

• низкой точности δ = 2 ... 5%
• средней точности δ = 0,5 ... 2%
• высокой точности δ = 0,1 ... 0,5%
• прецизионные δ <= 0,1%
.

Для питания аппаратуры связи, в подавляющем большинстве случаев, применяют стабилизаторы средней точности.

Стабилизатор выполняет свою работу при помощи регулирующего элемента — РЭ. Стабилизаторы бывают последовательными или параллельными. Это зависит от схемы включения РЭ. Структурные схемы последовательного и параллельного стабилизатора приведены на рисунке 1.

Рисунок 1. Основные структурные схемы стабилизаторов

В параллельных стабилизаторах регулирующий элемент включен параллельно нагрузке. В данной схеме изменение входного напряжения компенсируются изменением тока, протекающего через регулирующий элемент. При этом напряжение на выходе остается стабильным за счет изменения падения напряжения на балластном резисторе. Преимуществом данной схемы является то, что параллельные стабилизаторы не боятся перегрузки по току и могут выдержать короткое замыкание по цепи нагрузки. Ток, протекающий через балластный резистор R_балл, можно определить как I₁ = I_РЭ + I_Н, а выходное напряжение можно определить из следующей формулы:

     (8)

В последовательных стабилизаторах РЭ включен последовательно с нагрузкой. Регулировка напряжения на выходе достигается при помощи изменения сопротивления регулирующего элемента, что приводит к изменению падения напряжения. В этом случае выходное напряжение определяется следующим образом:

     (9)

Стабилизаторы разделяются на две большие группы:

• параметрическиe стабилизаторы
• компенсационные стабилизаторы

В параметрических стабилизаторах используются нелинейные свойства характеристик электронных приборов (вольт-амперных, ампер-вольтовых, ом-градусных, вебер-амперных, вольт-секундных и др.). В качестве элементов регулировки стабилизатора могут быть использованы такие электронные элементы, как стабилитроны, терморезисторы, дроссели насыщения и т.д.

В компенсационных стабилизаторах управляющее напряжение, подаваемое на элемент регулировки формируется в зависимости от отклонения выходной величины от заранее заданного значения независимо от того, чем вызвано это отклонение. В этих стабилизаторах для определения отклонения применяется эталонный источник тока или напряжения. Компенсация производится при помощи цепи отрицательной обратной связи.

Дата последнего обновления файла 07.06.2015

1. Сажнёв А.М., Рогулина Л.Г., Абрамов С.С. “Электропитание устройств и систем связи”: Учебное пособие/ ГОУ ВПО СибГУТИ. Новосибирск, 2008г. – 112 с.
2. Алиев И.И. Электротехнический справочник. – 5-е издание, стереотипное. – М.: ИП РадиоСофт, 2010. – 384с.
3. Гейтенко Е.Н. Источники вторичного электропитания. Схемотехника и расчёт. Учебное пособие. – М., 2008. – 448 с.
4. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов / В.М.Бушуев, В.А. Деминский, Л.Ф. Захаров и др. – М.,2009. – 384 с.
5. Денисов А.И., Зволинский В.М., Руденко Ю.В. Вентильные преобразователи в системах точной стабилизации. – К.: Наукова думка, 1997. – 250 с.

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором 130 научных и научно-методических работ, в том числе 21 монография и 26 учебников и учебных пособий.