выходным сопротивлением (до десятых долей ома). Полупроводниковые стабилизаторы обычно применяются для стабилизации низких напряжений, например в блоках питания устройств, собранных на полупроводниковых приборах или микросхемах.

18.. СТАБИЛИЗАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В современных блоках питания для стабилизации переменного напряжения сети гбычио применяются электромагнитные стабилизаторы. В иих используется параметрический метод С1абилиг-1ации напряжения. В зависимости от типа ]!елииейного элемента электромагнитные стабилизаторы делятся на два основных вида: 1) стабилизаторы с насыщенным магнитным сердечником; 2) стабилизаторы с использованием резонанса токов или напряжений (Ьеррорезонансные стабилизаторы).

Стабилизаторы с насыщен1!ЫМ магнитным сердечником. В таки.ч: стабилизаторах используется нелинейность кривой намагничивания ферромагнитных материалов. Наиболее распространенная схема стабилизатора тгшого типа изображена па рис. 18.4, а.

Стабили.чятор состоит из трансформатора специальной конструкции, представ-.чяющего собой трехстержневой сердечник, на котором имеются три обмотки. На среднем стержне расположена первичная обмотка, на нее подается иеремениое стабилизируемое напряжение сети Uc. На левом стержне, сечение которого берется меньше среднего, расположена вторичная обмотка. Последовательно ео вторичной обмоткой включена ко.мпс?[сационная обмотка. Стержень, па котором расположена компен-СШионпая обмотка, может перемещаться, изменяя величину зазора в магнитопро-воде. Этни регулируется величина магнитного потока, пронизывающего витки ком-пенсационно[( обмотки.

Напряжение кoшeнcaциoинoй обмотки t/ направлено навстречу напряжению вторичной обмотки Са. Поэтому напряжение на выходе стабилизатора

Первичная и компенсационная обиогки работают в ненасыщенно,\1 режиме. Вторичная же обмотка за счет малого сечения сердечника работает в режиме глубокого насыщения. Поэтому при изменении напряжения t/c напряжения и будут изменяться неодинаково.

При увеличении t/c от нуля до максимального значения вторичное напряжение Vz вначале резко возрастает, а затем - при достижении области иасын1ения - растет незначительно (рис. 18.4, б). В то же время напряжение t/, компенсационной обмотки возрастает приблизительно пропорционально напряжению С.. Данные трансформатора могуть быть подобраны таким образом, чтобы в интересующем иас диапазоне колебаний напряжения кривые и t/ имели одинаковый угол наклона а. Тогда выходное напряжение стабилизатора С/х, равное разности и не будет зависеть от входного напряжения U.

К достоинствам разобранной схемы можно отнести: простоту конструкции, надежность в работе и безынернионность. Недостатками схемы являются: небольшие пределы стабилизации, искажение формы стабилизированного напряжения, низкие к. п. д. и cos ф, а также зависимость величины стабилизированного напряжения от частоты сети. Вследствие перечисленных недостатков стабилизаторов с насыщенным ;aгнитным сердечником более широкое применение получили феррорезонансные стабилизаторь].

Феррорезонансные стабилизаторы. Нелинейным элементом в феррорезонанс-ных стабилизаторах напряжс[1ия служит резонансный контур, состоящий из насыщенного дросселя и емкости, причем контур может быть последовательным или параллельным. Практически более высокие коэффициент стабилизации и к. п. д. удается получить при параллельном включении дросселя и конденсатора, т. е. при фсррорезонансе токов.

На рис. 18.5. а приведена схема феррорезонансного параллельного контура. Предположим, что активным сопротивлением контура можно пренебречь, а частота напряжения сети остается все время неизменной: = const. Будем изменять величину напряжения сети от нуля до максимума.

С ростом приложенного к контуру напряжения ток /с в емкостной ветви будет увеличиваться прямо пропорционально напряжению 1. Это видно из формулы

При постоянных m и С ток изменяется прямо пропорционально напряжению U<z- Поэтому вольт-амперная характеристика конденсатора контура представляет

Рис, 18.4. Электромагнитный стабилизатор Рис. 18.5. Феррорезоиансный парал-напряжег[ия с насыщенным магнитным лельнын контур: сердечником:

а - схема; 6 - графическое поясне!1ке

Ооты.

схема; б - графическое поясие])ие ра- феррорезонанса токов.

собой прямую линию OA (рис. 18.5. б). Ток в индуктивтюй ветви при увеличении Uc изменяется по кривой намагничивания ОБ, так как с ростом приложенного к контуру напряжения увеличивается магнитное насыщение дросселя, а его реактивное сопротивление уменьшается. Фаза тока в индуктивной ветви противоположна фаз, емкостгюго тока.

Зависимость общего тока контура (тока в иеразветвлениой цепи) от приложенного напряжения изображается кривой ОВ, которая получается в результате сложения абсцисс емкостного и индуктивного токов с учетом нх знаков. Из рис. 18.5, б видно, что в точке А} кривая ОВ пересекает ось ординат. Это означает, что при определенном напряжении сети р токи в индуктивной и емкостной ветвях, будучи в противофазе, становятся равными друг другу по величине (ср" £,р* вследствие чего общий ток контура уменьшается до нуля. При этих условиях в контуре наступает резонанс токов. Следует обратить внимание на то, что резонанс наступает только при вполне определенных значениях частоты /с и напряжения 1/ р сети.

Приведенный на рис, 18.5, б график соответствует идеальному контуру, в ко. Тором отсутствует активное сопротивление. В реальном контуре общий ток при резонансе не равен нулю. Поэтому вольт-амперная характеристика реального контура имеет вид, изображенный на рис. 18.6. Для удобства график построен без учета фазы тока, т. е. характеристика размещена по одну сторону от оси ординат. Как Видно из рис. 18.6, в момент резонанса, соответствующего точке М, общий ток контура /qq отличается от нуля. Кроме того, очевидно, что вольт-амперная характеристика параллельного контура нелинейна, а пологость ее гори.зонтальной части (участок Л1В) весьма больнгая. Следовательно, применяя такой контур в качестве нелинейного элемента в параметрическом стабилизаторе, можно получить высокий коэфш-цнснт стабилизации напряжения.

Пределы стабилизации напряжения в феррорезонансных стабилизаторах значительно широ, чем 1) электромагнитных стабилизаторах с насыщенным магнитным сердечником. Объясняется это большой длиной рабочего участка МВ вольт-амперной характеристики, который начинается почти у оси ординат (рие. 18.6).

По конструкции стабилизаторы напряжения с ппрлллельным контуром могут быть весьма различными. Одна из возможных схем такого стабилизатора приведена на рис. 18.7.

Феррорезонансный стабилизатор состоит из насыщенного автотрансформатора АТр и непасыщеиного дросселя Др с двумя обмотками: основной 1о„ и компенсационной Wn- Обмотка насыщенного автотрансформатора с конденсатором С образуют феррорезонансный параллельный контур, настрос}1ный на частоту, близкую к частоте сети. Выходное напряжение 1/,, равно раз1юстн между напряжением U2, которое снимается с части витков автотрансформатора, и напряжением компенсационной обмотки (рис. 18.7).

Рис; 18.6. Вольт-амнерная характеристика реального феррорезонансного контура.

Рис. 18.7. Типовая схема феррорезонансного стабилизатора.

Феррорезонансные стабилизаторы могут поддерживать напряжение на выходе с точностью до ±1% при изменении входного напряжения на ±20%, однако они очень чувствительны к изменениям частоты питающего напряжения. Обычно изменение частоты нз 1-2% вызывает изменение выходного напряжения на 2-3%. К. п. д. феррорезонапсных стабилизаторов составляет 60-70%, однако низкий коэффициент М0Щ1ЮСТИ (cos ф = 0,6 0,7) приводит к значительному повышению потребляемой от сети электроэнергии.

При использовании феррорезонапсных стабилизаторов следует учитывать, что вокруг них в процессе работы образуется сильное магнитное поле рассеяния, которое может создать наводки на усилители и измерительную аппаратуру.

18.5. СТАБИЛИЗАТОРЫ ТОКА

В современных электронных схемах широко используются элементы, предназначенные для поддержания постоянства величины тока в тех или иных цепях. Эти элементы получили название стабилизаторов тока.

Простейшая, но широко распространенная в полупроводниковых и микроэлектронных устройствах, схема транзисторного стабилизатора тока показана на рис. 18.8. В цепь эмиттера транзистора Т включен резистор /?э, а между источником входного напряжения и базой этого транзистора через ограничительный резистор включен кремниевый стабилитрон Д. Задача заключается в том, чтобы стабилизировать ток коллектора /к = К-

Этот ток связан с током эмиттера н током базы транзистора зависимостью

Jah = h~h (18.15)