Стабилизатор тока и стабилизатор напряжения

Стабилизатором тока называют устройство, которое способно поддерживать в нагрузке неизменный ток при изменении сопротивления нагрузки и напряжения на входе всей схемы.

Стабилизацию постоянного тока можно производить с помощью различных схем. Простейшей схемой стабилизатора тока является схема на рис. 13.17, а. В ней последовательно с нагрузкой Я_л включен бареттер Б. На рис. 13.17, б приведена ВАХ бареттера.

Рис. 13.17.

Пример 134

Бареттер используют для стабилизации тока накала электронной лампы. Номинальный ток накала 0,3 А, напряжение 6 В. Определить, в каких пределах можно изменять напряжение U на входе схемы, чтобы ток нити накала лампы оставался неизменным и равным 0,3 А.

Решение. Сопротивление нити накала лампы Я_л = 6/0,3 = 20 Ом.

Проводим через точки а и Ъ (см. рис. 13.17, б), ограничивающие участок бареттирования, две прямые под углом a (tga с учетом масштабов по осям численно равен 20) к вертикали. По рис. 13.17, б определяем, что напряжение U можно изменять в интервале 22—41 В.

Пример 135.

В схему предыдущей задачи введено последовательное сопротивление R_v Полагая напряжение на входе схемы неизменным и равным 41 В, найти, до какого максимального значения в схеме имеет место стабилизация тока.

Решение. Если R_x = 0 и U = 41 В, то рабочий режим характеризуется положением точки b (см. рис. 13.17, б). С увеличением сопротивления R_г рабочая точка на ВАХ перемещается по направлению к точке а. В граничном режиме (точка а).

Следовательно, Я_1тах = 80 — 20 = 60 Ом.

Стабилизатором напряжения называют устройство, напряжение на выходе которого U_H поддерживается постоянным или почти постоянным при изменении сопротивления нагрузки R_H или напряжения U₁ на входе устройства.

Схема простейшего стабилизатора напряжения приведена на рис. 13.18. В качестве HP используется стабилитрон; R₆ — балластное сопротивление. На рис. 13.19 изображена ВАХ стабилитрона.

Рис. 13.18.

При анализе работы стабилизатора определяют пределы допустимых изменений и_г при R_H = const, а также исследуют работу стабилизатора при одновременном изменении и_г и R_H.

Для оценки качества работы стабилизатора иногда пользуются понятием коэффициента стабилизации. Под ним понимают отношение относительного приращения напряжения на входе стабилизатора (AL^/l/j) к относительному приращению напряжения на выходе стабилизатора (ДН_н/Н_н).

Пример 136.

В схеме на рис. 13.18 R_H = 5 кОм; R₆- 2 кОм. ВАХ стабилитрона соответствует рис. 13.19. Определить границы допустимого изменения U_v при которых на выходе стабилитрона поддерживается стабилизированное напряжение 150 В.

Решение. Воспользуемся методом эквивалентного генератора. Разомкнем ветвь стабилитрона и найдем напряжение холостого хода:

На рис. 13.19 проведем две прямые (сплошные) линии через точки т и п ВАХ стабилитрона так, чтобы тангенс угла (образованного ими с вертикалью), умноженный на гпц/rrij, был равен R_Bxab = 1427 Ом.

Отрезки, отсекаемые этими прямыми на оси абсцисс, равны U_abx. Из рис. 13.19 находим 0,713t/_lmin = 220 В, или U_lmin = 220 В. Аналогично 0,713 U_lmax = 192 В, или U_lmах = 269 В. Следовательно, напряжение и_г может изменяться от 220 до 269 В.

Пример 137.

Для схемы на рис. 13.18 при R₆ = 2,5 кОм (ВАХ стабилитрона см. на рис. 13.19) и и_г = 250 В определить, в каких пределах можно изменять сопротивление нагрузки Я_н, чтобы стабилизатор мог выполнять свои функции по стабилизации выходного напряжения.

Решение. Составим уравнение по второму закону Кирхгофа: IqR₆ + U=U_v Подставив в него.

получим.

Из (13.8) следует, что при U=0I= U_l/R₆ = 250/2000 = 125 мА.

Отметим положение этой точки на оси ординат (рис. 13.19) и штриховой линией проведем из нее два луча, чтобы они проходили через точки тип, ограничивающие участок стабилизации. Решим уравнение (13.8) относительно R_H :

Уравнение (13.9) применим дважды: один раз, используя координаты точки т, другой раз — точки п. Для точки ml- 5 мА; U -150 В и Я_н1 — 4,28 кОм. Для точки п I = ЗОмА; U = 157 В и R_h2 = 9,52 кОм. Таким образом, сопротивление можно изменять от 4,28 до 9,52 кОм.

Пример 138.

В схеме на рис. 13.20, а к источнику ЭДС Е присоединены туннельный диод (его ВАХ — кривая на рис. 13.20, б) и линейный резистор R. Построить зависимость: 1) тока I от изменения R при Е — 0,5 В; 2) тока I от ЭДС Е при R = 100 Ом.

Рис. 13.20.

Решение. Построение для случая 1 дано на рис. 13.20, в и для случая 2 — на рис. 13.20, г. Кривые построены по точкам пересечения ВАХ диода (кривой а на рис. 13.20, б) с ВАХ резистора R (прямая Ь, ее координаты (7=0, I = E/R и U = Е, 1= 0). В случае 1 проводим несколько прямых при различных R; в случае 2 прямую Ъ переносим параллельно самой себе.