Стабилизаторы напряжения это. Стабилизаторы напряжения: виды, принцип работы, характеристики — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое стабилизатор напряжения. Какие бывают виды стабилизаторов. Как работают линейные и импульсные стабилизаторы. Какие основные характеристики стабилизаторов напряжения важны при выборе.

Содержание

Что такое стабилизатор напряжения и зачем он нужен

Стабилизатор напряжения — это электронное устройство, предназначенное для поддержания постоянного напряжения на выходе при колебаниях входного напряжения и изменении нагрузки. Основная задача стабилизатора — обеспечить стабильное питание для электронной аппаратуры и бытовой техники.

Зачем нужны стабилизаторы напряжения? Вот несколько ключевых причин их использования:

Защита чувствительной электроники от перепадов напряжения в сети
Обеспечение корректной и долговременной работы бытовой техники
Повышение срока службы электрооборудования
Экономия электроэнергии за счет оптимизации энергопотребления
Предотвращение сбоев в работе компьютерной и офисной техники

Основные виды стабилизаторов напряжения

По принципу работы стабилизаторы напряжения делятся на две большие группы:

1. Стабилизаторы постоянного тока

Предназначены для стабилизации напряжения постоянного тока. Основные виды:

Линейные стабилизаторы
Импульсные стабилизаторы

2. Стабилизаторы переменного тока

Используются для стабилизации напряжения в сетях переменного тока. Основные типы:

Электромеханические
Феррорезонансные
Электронные (тиристорные и симисторные)

Принцип работы линейного стабилизатора напряжения

Линейный стабилизатор работает по принципу регулируемого делителя напряжения:

На вход подается нестабильное напряжение
Часть напряжения падает на регулирующем элементе (транзисторе)
Выходное напряжение снимается с нижнего плеча делителя
Система управления поддерживает постоянное выходное напряжение, изменяя сопротивление регулирующего элемента

Какие особенности характерны для линейных стабилизаторов?

Простота конструкции
Отсутствие помех
Низкий КПД при большой разнице входного и выходного напряжений
Необходимость в радиаторе для отвода тепла

Как работает импульсный стабилизатор напряжения

Принцип работы импульсного стабилизатора основан на широтно-импульсной модуляции:

Входное напряжение преобразуется в последовательность импульсов
Импульсы заряжают накопительный элемент (конденсатор или дроссель)
Система управления регулирует длительность импульсов
На выходе формируется стабильное напряжение

Каковы основные преимущества и недостатки импульсных стабилизаторов?

Высокий КПД (до 95%)
Компактные размеры
Возможность повышать или понижать напряжение
Наличие высокочастотных помех
Более сложная схемотехника

Основные характеристики стабилизаторов напряжения

При выборе стабилизатора напряжения следует обратить внимание на следующие ключевые параметры:

1. Диапазон входных напряжений

Определяет, в каких пределах может меняться входное напряжение без нарушения работы стабилизатора. Типичные значения:

±15%
±20%
±25%
-45%/+15%

2. Точность стабилизации

Показывает, насколько точно поддерживается выходное напряжение. Обычно выражается в процентах:

1-2% — для питания чувствительной электроники
3-5% — для большинства бытовых приборов
6-8% — для простой бытовой техники

3. Мощность

Определяет максимальную нагрузку, которую может обеспечить стабилизатор. Выбирается с запасом 20-30% от суммарной мощности подключаемых устройств.

4. Быстродействие

Характеризует скорость реакции на изменение входного напряжения. Измеряется в миллисекундах на вольт (мс/В):

Электромеханические: 12-18 мс/В
Электронные релейные: 5-10 мс/В
Электронные тиристорные: 0,5-2 мс/В

Особенности стабилизаторов переменного напряжения

Стабилизаторы переменного напряжения имеют ряд специфических особенностей:

Электромеханические стабилизаторы

Принцип работы основан на автотрансформаторе с подвижным контактом:

Высокая надежность
Способность выдерживать большие перегрузки
Низкое быстродействие
Наличие подвижных частей

Феррорезонансные стабилизаторы

Используют явление ферромагнитного резонанса в электрических цепях:

Простота конструкции
Высокая надежность
Большие габариты и вес
Зависимость от частоты сети

Электронные стабилизаторы

Работают на основе тиристоров или симисторов:

Высокое быстродействие
Точная стабилизация
Широкий диапазон входных напряжений
Чувствительность к перегрузкам

Как выбрать стабилизатор напряжения для дома

При выборе стабилизатора напряжения для бытового использования следует учитывать несколько важных факторов:

Определите суммарную мощность подключаемых устройств
Выберите тип стабилизатора (электромеханический, электронный)
Учтите диапазон колебаний напряжения в вашей сети
Обратите внимание на точность стабилизации
Рассмотрите дополнительные функции (защита от перегрузки, индикация)

Какой стабилизатор лучше выбрать для разных случаев?

Для всего дома: мощный электромеханический или электронный ступенчатый
Для компьютерной техники: электронный с высокой точностью
Для бытовой техники: электронный релейный
Для промышленного оборудования: тиристорный или симисторный

Современные тенденции в развитии стабилизаторов напряжения

Технологии стабилизаторов напряжения постоянно совершенствуются. Вот некоторые современные тенденции:

Увеличение энергоэффективности
Миниатюризация устройств
Интеграция с системами умного дома
Улучшение защитных функций
Развитие гибридных технологий

Какие инновации ожидаются в ближайшем будущем?

Использование искусственного интеллекта для оптимизации работы
Внедрение новых полупроводниковых материалов
Разработка стабилизаторов на основе сверхпроводников
Создание «умных» сетей с распределенной стабилизацией

Заключение: роль стабилизаторов напряжения в современной электронике

Стабилизаторы напряжения играют ключевую роль в обеспечении надежной работы электронных устройств и систем. Они защищают оборудование от перепадов напряжения, продлевают срок его службы и повышают энергоэффективность. С развитием технологий роль стабилизаторов будет только возрастать, особенно в контексте умных домов и промышленного интернета вещей.

Выбор правильного стабилизатора напряжения — важная задача как для бытового применения, так и для промышленных систем. Понимание принципов работы различных типов стабилизаторов и их ключевых характеристик позволяет сделать оптимальный выбор для конкретных условий эксплуатации.

Стабилизатор напряжения | это… Что такое Стабилизатор напряжения?

У этого термина существуют и другие значения, см. Стабилизатор.

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило, тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.

Содержание

1 Стабилизаторы постоянного тока
- 1.1 Линейный стабилизатор
  - 1.1.1 Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне
  - 1.1.2 Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе
  - 1.1.3 Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя
- 1.2 Импульсный стабилизатор
2 Стабилизаторы переменного напряжения
- 2. 1 Феррорезонансные стабилизаторы
- 2.2 Современные стабилизаторы
3 См. также
4 Литература
5 Ссылки
6 Примечания

Стабилизаторы постоянного тока

Микросхема линейного стабилизатора КР1170ЕН8

Линейный стабилизатор

расс = (U_in — U_out) * I_t рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе.

Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, т. е. должен быть установлен на радиатор нужной площади. Преимущество линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.

В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением линейные стабилизаторы делятся на два типа:

Последовательный: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.

Параллельный: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.

В зависимости от способа стабилизации:

Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.
Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.

Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне

Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке R_L. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов. Для снижения нестабильности выходного напряжения, вызванной изменениями входного напряжения, вместо резистора R_V применяется источник тока. Однако эта мера не уменьшает нестабильность выходного напряжения, вызванную изменением сопротивления нагрузки.

Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе

U_out = U_z — U_be.

По сути, это рассмотренный выше параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключённый ко входу эмиттерного повторителя. В нём нет цепей обратной связи, обеспечивающих компенсацию изменений выходного напряжения.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона на величину U_be, которая практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n переход, и для приборов на основе кремния приблизительно составляет 0,6В. Зависимость U_be от величины тока и температуры ухудшает стабильность выходного напряжения, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне.

Эмиттерный повторитель (усилитель тока) позволяет увеличить максимальный выходной ток стабилизатора, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне, в β раз (где β — коэффициент усиления по току данного экземпляра транзистора). Если этого недостаточно, применяется составной транзистор.

При отсутствии сопротивления нагрузки (или при токах нагрузки микроамперного диапазона), выходное напряжение такого стабилизатора (напряжение холостого хода) возрастает на 0,6В за счёт того, что U_be в области микротоков становится близким к нулю. Для преодоления этой особенности, к выходу стабилизатора подключают балластный нагрузочный резистор, обеспечивающий ток нагрузки в несколько мА.

Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя

out подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180°, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180°, условие устойчивости по фазе соблюдается.

Опорное напряжение Uz практически не зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон, и равно напряжению стабилизации стабилитрона. Для повышения его стабильности при изменениях Uin, вместо резистора R_V применяется источник тока.

В данном стабилизаторе, операционный усилитель фактически включён по схеме неинвертирующего усилителя (с эмиттерным повторителем, для увеличения выходного тока). Соотношение резисторов в цепи обратной связи задают его коэффициент усиления, который определяет, во сколько раз выходное напряжение будет выше входного (т.е. опорного, поданного на неинвертирующий вход ОУ). Поскольку коэффициент усиления неинвертирующего усилителя всегда больше единицы, величина опорного напряжения (напряжение стабилизации стабилитрона) должна быть выбрана меньше требуемого минимального выходного напряжения.

Нестабильность выходного напряжения такого стабилизатора практически полностью определяется нестабильностью опорного напряжения, за счёт большого коэффициента петлевого усиления современных ОУ (G_openloop = 10⁵ ÷ 10⁶).

Для исключения влияния нестабильности входного напряжения на режим работы самого ОУ, он может запитываться стабилизированным напряжением (от дополнительных параметрических стабилизаторов на стабилитроне).

Импульсный стабилизатор

Основная статья: Импульсный стабилизатор напряжения

В импульсном стабилизаторе ток от нестабилизированного внешнего источника подаётся на накопитель (обычно конденсатор или дроссель) короткими импульсами; при этом запасается энергия, которая затем высвобождается в нагрузку в виде электрической энергии, но, в случае дросселя, уже с другим напряжением. Стабилизация осуществляется за счёт управления длительностью импульсов и пауз между ними — широтно-импульсной модуляции. Импульсный стабилизатор, по сравнению с линейным, обладает значительно более высоким КПД. Недостатком импульсного стабилизатора является наличие импульсных помех в выходном напряжении.

В отличие от линейного стабилизатора, импульсный стабилизатор может преобразовывать входное напряжение произвольным образом (зависит от схемы стабилизатора):

Понижающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда ниже входного и имеет ту же полярность.
Повышающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда выше входного и имеет ту же полярность.
Повышающе-понижающий стабилизатор: выходное напряжение стабилизировано, может быть как выше, так и ниже входного и имеет ту же полярность. Такой стабилизатор применяется в случаях, когда входное напряжение незначительно отличается от требуемого и может изменяться, принимая значение как выше, так и ниже необходимого.
Инвертирующий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение имеет обратную полярность относительно входного, абсолютное значение выходного напряжения может быть любым.