zad 1.

Zasada działania stabilizatorów kompensacyjnych polega na zmianie rezystancji statycznej regulatora, który sterowany jest różnicą napięć ”Є” (tzw. sygnałem błędu), uzyskiwaną na drodze ciągłego porównywania wartości napięcia (lub jego części) wyjściowego U_o z wartością napięcia źródła odniesienia. Stabilizatory kompensacyjne mogą pracować w układzie szeregowym oraz równoległym. Decyduje o tym sposób włączenia regulatora, szeregowo z obciążeniem lub równolegle do obciążenia.

W przypadku stabilizatora szeregowego działanie jego jest następujące. Z chwilą, załóżmy, zmniejszenia się wartości napięcia wyjściowego U_o, maleje proporcjonalnie spadek napięcia na rezystorze R₃, a więc maleje potencjał wejścia odwracającego wzmacniacza. Ponieważ potencjał wejścia nieodwracającego jest stały (źródło odniesienia), zwiększa się, zatem sygnał błędu Є, który wzmocniony przez wzmacniacz powoduje wzrost potencjału na jego wyjściu i zmniejszenie rezystancji statycznej tranzystora T (dzięki lepszemu wysterowaniu). W konsekwencji zwiększa się prąd i_o i napięcie U_o utrzymuje się na stałym poziomie. Jak widać mamy tu do czynienia ze zjawiskiem ujemnego sprzężenia zwrotnego, które jest podstawą działania stabilizatora.

W przypadku stabilizatora równoległego działanie układu jest następujące. Zmniejszenie wartości R_o zwiększa prąd i napięcie wyjściowe ma tendencje do spadku. Z chwilą zmniejszenia się napięcia U_o maleje potencjał wejścia nieodwracającego wzmacniacza, a więc maleje również A-krotnie (A-wzmocnienie wzmacniacza) potencjał wyjścia wzmacniacza. Rośnie rezystancja statyczna regulatora, maleje wartość prądu i_t płynącego przez tranzystor, a zatem maleje również wartość prądu płynącego przez szeregowy rezystor R_s(i_o+i_t). Spadek napięcia na rezystorze R_s maleje, co powoduje zwiększenie się napięcia wyjściowego. W konsekwencji tych zmian napięcie U_o utrzymuje się na stałym poziomie. Stabilizatory równoległe stosuje się rzadko i najczęściej przy stałych poborach prądu obciążenia. Zasadniczą ich wadą jest niska sprawność rzędu 30÷40%. Zaletą natomiast jest to, że są odporne na zwarcia.

Schemat stabilizatora kompensacyjnego:

UR - układy regulujące
WB - wzmacniacz błędów
ZN - źródło napięcia odniesienia

zad 4.

W stabilizatorach stosuje się dwie grupy zabezpieczeń:

• Nadnapięciowe - służące do zabezpieczenia stabilizatora lub układu obciążającego przed pojawieniem się niepożądanego napięcia.

• Nadprądowe - służące do zabezpieczenia stabilizatora lub układu obciążającego przed prądem o zbyt dużej wartości.

Elementy zabezpieczeń nadnapięciowych to: kondensatory, diody. Kondensatory są włączane na wejściach i wyjściach stabilizatorów. Najczęściej stosujemy kondensatory o pojemności 0,1 - 0,5
F.
Diody również włączane są na wejściu i wyjściu stabilizatora oraz równolegle do elementów regulacyjnych. Podczas normalnej pracy stabilizatora diody te są spolaryzowane w kierunku zatkania. Służą one do zabezpieczenia stabilizatora i układu regulacyjnego przed zniszczeniem wskutek odwrotnego włączenia wejściowego napięcia niestabilizowanego lub przyłączenia wyjścia do napięcia o odwrotnej polaryzacji.
Przy uszkodzeniu stabilizatorów, będących elementem źródła zasilania, często zdarza się, że napięcie wejściowe stabilizatora przedostaje się na jego wyjście. Może to spowodować uszkodzenie układu zasilanego. Aby temu zapobiec stosuje się zwieracze. Na rysunku przedstawiono schemat funkcjonalny stabilizatora szeregowego z zabezpieczeniami nadnapięciowymi. Na wyjściu stabilizatora znajduje się układ zwieracza tyrystorowego zbudowany z rezystora R, diody Zenera DZ i tyrystora TY. Jeżeli napięcie wyjściowe wzrośnie powyżej wartości UZ, to przez diodę Zenera popłynie prąd, co spowoduje załączenie tyrystora i zwarcie napięcia wyjściowego do masy.



Schemat funkcjonalny stabilizatora szeregowego z zabezpieczeniami nadnapięciowymi.

Do zabezpieczeń nadprądowych stosujemy bezpiecznik topikowy, który jest umieszczony w obwodzie pierwotnym transformatora sieciowego i na wyjściu stabilizatora. Zapewnia on skuteczną ochronę przed zwarciem wyjścia stabilizatora. Natomiast nie zapewnia on skutecznej ochrony przed wzrostem prądu obciążenia nieznacznie większym od wartości nominalnej prądu bezpiecznika, ponieważ zanim zadziałałby bezpiecznik mógłby ulec uszkodzeniu.







Schematy stabilizatorów z zabezpieczeniami nadprądowymi.
a) z układem zwiększającym przeciążenie, b) z układem ograniczającym prąd obciążenia, charakterystyka tego układu, c) z układem ograniczającym prąd obciążenia „z podcięciem” wraz z charakterystyką.

Zapobiega się to stosując układ zwiększający przeciążenie bezpiecznika (rys.a). Jeżeli wartość prądu obciążenia wzrośnie powyżej wartości nominalnej prądu bezpiecznika, to spadek napięcia na rezystorze RZ wywołany przepływem tego prądu wyniesie UBEP. Spowoduje to załączenie tranzystora T1, a następnie załączenie tyrystora TY i przepływ dużego prądu zwarcia. W konsekwencji uzyskuje się przyśpieszone przepalenie bezpiecznika i odłączenie stabilizatora od źródła napięcia wejściowego.
Podobnie działa układ ograniczający prąd obciążenia stabilizatora (rys.b). Jeżeli prąd wyjściowy wzrośnie do wartości Iwymax, spowoduje to spadek napięcia na rezystorze RS do wartości UBEP. Nastąpi wówczas załączenie tranzystora T, który zmniejszy wartość prądu sterującego układ regulujący, zapewniając stałą wartość prądu obciążenia. Jeśli przy założonej wartości napięcia wyjściowego Uwy i wartości rezystancji obciążenia Ro, płynąłby prąd Iwy > Iwymax, to układ pracowałby jako stabilizator prądu wyjściowego Iwymax (patrz charakterystyka prądowo - napięciowa - rys.b).

Wartość rezystancji RS wyznacza się z zależności:




Modyfikację tego układu wraz z jego charakterystyką z podcięciem przedstawiono na rys.c. Tranzystor zabezpieczający T jest sterowany różnicą spadków napięć na rezystorach R1 i RZ. Spadek napięcia na rezystorze R1 jest proporcjonalny do napięcia wyjściowego, a spadek napięcia na rezystorze RZ jest proporcjonalny do napięcia obciążenia.
Tranzystor T włączy się, gdy pod wpływem wzrostu prądu wyjściowego (obciążenia) różnica napięć między bazą a emiterem zwiększy się do wartości UBEP = UB - UE.




Przewodzenie tranzystora T powoduje mniejsze wysterowanie układu regulacyjnego, czyli zmniejszenie napięcia wyjściowego.
Następuje zmniejszenie napięcia na bazie tranzystora, a co za tym idzie większe wysterowanie tranzystora T, pogłębiając ten proces. Proces ten kończy się ustaleniem prądu wyjściowego Izw (zwarcia), przy Uwy = 0.
Układy z podcięciem charakterystyki realizuje się w celu zabezpieczenia układu regulującego przed uszkodzeniem termicznym. W wyniku ograniczenia prądu wyjściowego, czyli po zadziałaniu zabezpieczenia, uzyskuje się zmniejszenie mocy wydzielanej w układzie. Unika się w ten sposób przegrzania, a także wydłuża się czas użytkowania stabilizatora.

---