Существуют два метода стабилизации напряжения: параметрический и компенсационный.
При параметрическом методе стабилизации напряжения применяются нелинейные элементы, которым свойственно непостоянство сопротивления при изменении приложенного напряжения или проходящего тока. Это обусловливает нелинейность вольт-амперной характеристики.
Схема параметрического стабилизатора показана на рис. 122, а. Между входными зажимами 1—1 включена последовательная цепь, состоящая из активного линейного сопротивления R и нелинейного элемента с сопротивлением Rн.э. Выходное напряжение, снимаемое с нелинейного элемента, подводится к выходным зажимам 2—2, к которым подключается нагрузка в виде сопротивления Rн.
 |
Рис. 122. Схема (а) и вольт-амперные характеристики (б) параметрического стабилизатора напряжения. |
Принцип действия стабилизатора поясняют графики, приведенные на рис. 122, б. Кривая OA является вольт-амперной характеристикой нелинейного элемента. Прямая ОВ устанавливает общую линейную зависимость между током и напряжением в нагрузке. Наклон ее определяется углом α = arctg Rн. Кривая ОС представляет собой эквивалентную вольт-амперную характеристику, которая выражает зависимость между напряжением Uвых и общим током I. Она получена последовательным суммированием точек двух первых характеристик при одинаковых падениях напряжения на сопротивлениях Rн и Rн.э.
В качестве примера на графике показано определение точки К эквивалентной вольт-амперной характеристики. Абсцисса этой точки получена суммированием отрезков аб и ав. Вольт-амперную характеристику UR = φ (I) линейного элемента схемы — сопротивления R — можно получить из уравнения
Uвх =IR+Uвых
откуда
Эта характеристика представляет прямую линию DE с углом наклона к оси ординат β = arctg R. Началом ее является точка D, так как в схеме должно выполняться условие Uвх = Uвых+ UR. Точка пересечения кривой ОС и прямой DE обозначена буквой М. Координаты точки М (напряжение (Uвых и ток I) соответствуют исходному режиму работы стабилизатора.
При увеличении входного напряжения (напряжения на выходе выпрямителя) на ΔUвх прямая DE переместится параллельно самой себе и займет новое положение D'E'. Угол наклона к оси ординат останется прежним, так как сопротивление R не изменилось. Рабочей точкой теперь будет точка М'. Из графика видно, что выходное напряжение увеличилось на ΔUвых. Приращение ΔUвых <ΔUвх .
Схема обладает стабилизирующими свойствами не только при изменении входного напряжения, но и при изменении тока через нагрузку. Если сопротивление нагрузки уменьшить на ΔRн, то при этом увеличится ток через нагрузку на ΔIн и прямая ОВ займет положение ОВ' у определяемое углом наклона α' = arctg (Rн — ΔRн). Эквивалентная вольт-амперная характеристика займет положение ОС. Таким образом, изменение тока нагрузки на ΔIн приводит к смещению рабочей точки М в положение М", которой соответствует очень незначительное изменение выходного напряжения ΔUвых. Как видно, сопротивление нелинейного элемента Rн.э, входящее в схему, так изменяется, что напряжение на выходе стабилизатора (на нагрузке) остается почти неизменным, несмотря на значительные изменения, входного напряжения или тока нагрузки.
Компенсационный метод стабилизации напряжения осуществляется путем автоматического регулирования выходного напряжения. Основными элементами компенсационного стабилизатора являются чувствительный, усилительный и исполнительный элементы (рис. 123).
Схема отрегулирована так, что при номинальном выходном напряжении напряжение на выходе чувствительного элемента отсутствует. Если же выходное напряжение отклонится от номинального .значения, то с выхода чувствительного элемента на усилитель поступит часть выходного напряжения, которая после усиления изменяет режим работы исполнительного элемента, включенного последовательно с нагрузкой, таким образом, что выходное напряжение вновь становится равным номинальному.
При параметрическом и компенсационном методах стабилизации процесс поддержания постоянства выходного напряжения или тока в нагрузке осуществляется при помощи как электронных ламп, так и полупроводниковых приборов, которые обеспечивают устойчивую и практически безынерционную работу стабилизатора.
 |
Рис. 123. Блок-схема компенсационного стабилизатора напряжения. |
