86. Стабилизатор тока

Стабилизаторы тока служат для поддержания постоянства величины тока нагрузки при изменениях ее сопротивления и колебаниях питающего напряжения. Они применяются значительно реже, чем стабилизаторы напряжения.

Простейшие стабилизаторы тока могут быть созданы с помощью нелинейного элемента, обладающего большим внутренним сопротивлением, у которого на определенном участке вольттамперной характеристики ток очень мало зависит от приложенного напряжения (участок ab на рис. 88). Включением такого элемента последовательно с нагрузкой (рис. 88а) можно обеспечить весьма малые изменения тока при значительных изменениях напряжения источника питания.

Напряжение питания в исходном режиме U10 должно быть таким, чтобы рабочая точка находилась на пологом участке характеристики стабилизирующего элемента, т. е.

U₁₀ = U₀ + U_ст,

где U₀ – напряжение на стабилизирующем элементе в исходном режиме;

U_ст – напряжение на нагрузке.

Для оценки стабилизирующего действия устройства вводятся понятия коэффициентов стабилизации тока.

Нагрузочный ток I_ст является функцией  входного напряжения и сопротивления нагрузки:

I_ст = Ф( U1, R_n),

а его изменение определяется полным дифференциалом этой функции:

Обозначим через I_ст0 заданную величину тока, около которой изменяется стабилизированный ток нагрузки I_ст. Величина

, связывающая относительное изменение напряжения на входе с относительным изменением тока в нагрузочном сопротивлении при постоянной величине последнего, называется коэффициентом стабилизации тока при постоянной нагрузке.

Величина

представляет собой коэффициент стабилизации тока при постоянной величине напряжения питания.

При идеальном стабилизирующем элементе, у которого

, практически коэффициенты стабилизации тока имеют конечные значения.

Рис. 88. Стабилизация тока:

а) схема включения нелинейного элемента;

б) вольттамперная характеристика нелинейного элемента

87. Стабилизатор постоянного напряжения

Напряжение на выходе стабилизатора U_ст является функцией входного напряжения _U1 и сопротивления нагрузки R_н / U_ст = Ф(U₁, R_н). Изменение Uст определяется полным дифференциалом этой функции:

Обозначим через U_ст0  заданную величину напряжения на выходе, около которой изменяется U_ст, и через U₁₀  соответствующее величине U_ст0  входное (номинальное) напряжение, около которого изменяется U₁.

Величина

, связывающая относительное изменение напряжения на входе с относительным изменением напряжения на выходе, называется коэффициентом стабилизации напряжения при постоянной нагрузке. Величина

представляет собой коэффициент стабилизации напряжения при постоянной величине напряжения питания.

Здесь R_н.0 – сопротивление нагрузки, около которого изменяется R_н. Чем больше величины K′_с/у и K′′_с.н, тем совершеннее стабилизатор напряжения.

Стабилизация напряжения с помощью стабилитрона может осуществляться при токах нагрузки, не превышающих 25–30 мА. Величина коэффициента стабилизации K′_ст  в этом случае обычно лежит в пределах 8–30.

В практике находят применение схемы включения стабилитронов, в которых несколько звеньев, содержащих эти приборы, соединяются последовательно (рис. 89). В этом случае выходное напряжение первого каскада U_ст1  должно быть больше выходного напряжения второго каскада U_ст2. Поэтому в первом каскаде включают последовательно два стабилитрона либо подбирают стабилитрон с большим напряжением горения, чем во втором каскаде. Величины сопротивлений R_n1 и R_n2 выбирают такими, чтобы стабилитроны работали в нормальном режиме.

Коэффициент стабилизации многокаскадной схемы равен произведению коэффициентов стабилизации ее каскадов. С увеличением числа каскадов он возрастает, но одновременно повышается напряжение, которое необходимо подать на вход устройства.

Рис. 89. Схема каскадного включения стабилитронов

У электронных стабилизаторов постоянного напряжения коэффициент стабилизации достигает тысяч, а ток нагрузки может быть относительно большим.

Их выходное сопротивление может быть с очень малым – порядка нескольких ом, что очень важно для устройств, где стабилизатор является источником питания многокаскадных усилительных схем. В этом случае малое сопротивление источника питания снижает возможность возникновения самовозбуждения из‑за обратной связи через цепь источника.

В рассматриваемых стабилизаторах напряжения роль стабилизирующего элемента, воздействующего на выходное напряжение, играет электронная лампа, которая может включаться последовательно с нагрузочным сопротивлением или параллельно ему.

В стабилизаторе последовательного типа лампа работает как переменное сопротивление, величина которого автоматически изменяется так, что при этом обеспечивается постоянство напряжения на зажимах нагрузочного сопротивления.