Zespół Szkół Samochodowych im. inż. Tadeusza Tańskiego w Poznaniu
Opracował:	mgr inż. Mirosław Pietrasz
Temat:	Stabilizatory

1. Wiadomości wstępne

Stabilizator - układ elektroniczny, którego zadaniem jest utrzymywanie na wyjściu stałego napięcia (stabilizator napięcia) lub prądu (stabilizator prądu) niezależnie od obciążenia układu i wahań napięcia zasilającego. W praktyce stabilizatory prądu buduje się w oparciu o stabilizatory napięcia.

W stabilizatorach stosowane są zwykle obwody ujemnego sprzężenia zwrotnego, w których następuje porównanie napięcia wyjściowego z wzorcowym źródłem napięcia (o bardzo dużej stałości). W wyniku porównania powstaje sygnał sterujący, który wpływa na element regulacyjny tak, aby przeciwdziałać niepożądanym zmianom napięcia na wyjściu.

Schemat blokowy układu zasilania odbiornika prądu stałego z sieci energetycznej prądu przemiennego z zastosowaniem stabilizatora napięcia przedstawia rysunek poniżej.

WEJŚCIE TR PR F ST WYJŚCIE

Transformator TR obniża napięcie sieci do wymaganej wartości, prostownik PR zamienia napięcie przemienne na jednokierunkowe, filtr pojemnościowy F wygładza napięcie jednokierunkowe, stabilizator ST stabilizuje parametry wyjściowe zasilania odbiornika (obciążenie).

2. Charakterystyki stabilizatorów napięcia

Podstawowymi charakterystykami stabilizatorów napięcia stałego są:

• - charakterystyka napięciowa U_wy=f(U_we) przy I_wy=const.,

• - charakterystyka zewnętrzna U_wy=f(I_wy) przy U_we=const.

3. Rodzaje stabilizatorów

Analogowe stabilizatory napięcia działają w oparciu o zasadę dzielnika oporowego.

Dzielą się na parametryczne i kompensacyjne. Wśród parametrycznych wyróżnia się stabilizatory szeregowe i równoległe, w zależności od tego w jakim położeniu względem wyjścia znajduje się element regulujący.

Najprostszym stabilizatorem równoległym jest stabilizator z diodą Zenera. Układ ten zapewnia napięcie wyjściowe bliskie napięciu Zenera. Jednak znaczne zmiany prądu płynącego przez diodę przy zmieniającej się rezystancji obciążenia powoduje, że stopień stabilizacji tych układów jest niewystarczający.

Znacznie lepiej działa stabilizator równoległy, w którym jako element aktywny zastosowano tranzystor, natomiast dzielnik napięcia z dioda Zenera pełni rolę źródła napięcia odniesienia.

Jednak stabilizatory równolegle są rzadko stosowane, ponieważ pobierają prąd ze źródła napięcia niestabilizowanego nawet wtedy, gdy do ich wyjścia nie jest dołączone żadne obciążenie.

Wady tej nie posiadają stabilizatory szeregowe. Ponieważ jednak współczynnik wzmocnienia uzyskiwany w pojedynczym tranzystorze jest niewielki wahania napięcia wyjściowego wraz ze zmianą obciążenia (a także i temperatury) sięgają kilku procent.

Znacznie bardziej dokładne są stabilizatory kompensacyjne.

4. Stabilizator napięcia ze wzmacniaczem błędu

Stabilizatory kompensacyjne w procesie stabilizacji porównują napięcie stabilizowane z wzorcowym i w przypadku ich różnicy tak działają na element sterujący, że kompensuje on zmiany napięcia wyjściowego.

Jeżeli wskutek zmiany np. napięcia U₁ zmieni się napięcie stabilizowane U₂, to wówczas układ porównująco-wzmacniający przekaże różnicę między napięciem odniesienia U_s i napięciem U₂ do sterownika, który powodować będzie kompensację zmiany napięcia U₂.

Obecnie stabilizatory kompensacyjne budowane są jako układy monolityczne, w których skład wchodzi wiele elementów połączonych w oparciu o złożony schemat wewnętrzny.

Podstawowymi parametrami takich stabilizatorów są:

• U_{we max} - największa wartość napięcia wejściowego,

• U_wy - znamionowe napięcie wyjściowe,

• I_{wy max} - największy prąd obciążenia stabilizatora.

Cechą szczególnie odróżniającą stabilizator kompensacyjny od stabilizatora parametrycznego (np. z diodą Zenera) jest bardzo mały prąd wejściowy I₁₀ w stanie jałowym, praktycznie stały w przedziale zmian napięcia wejściowego U₁.

W układzie tym napięcie wyjściowe jest porównywane we wzmacniaczu błędu z napięciem wzorcowym. W przypadku wystąpienia różnicy, wzmacniacz wytwarza napięcie błędu, które odpowiednio zwiększa lub zmniejsza potencjał bazy tranzystora regulującego, dzięki czemu następuje odpowiednio zmniejszenie lub zwiększenie rezystancji tego tranzystora, powodując niwelację błędu. Jeżeli napięcie wyjściowe jest próbkowane za pośrednictwem dzielnika rezystorowego (R₁-R₂), układ ten pozwala na stabilizację dowolnego napięcia U_WY>U_Z.

Wadą tej konstrukcji jest możliwość uszkodzenia w przypadku poboru zbyt wielkiego prądu (I). Moc cieplna wydzielająca się w szeregowym elemencie regulacyjnym wynosi : P=(U_WE-U_WY)I.

Przy zwarciu wyjścia P→∞, następuje przegrzanie tranzystora.

W związku z tym stosuje się ograniczniki prądu, będące jednocześnie ich stabilizatorami.

Gdy pobór prądu jest niewielki, układ ten działa podobnie jak stabilizator napięcia omówiony powyżej. Jednak, gdy pobór prądu jest tak duży, że wywołuje na rezystorze R_ST spadek napięcia około 0.7 V, część prądu wyjściowego może przepływać przez złącze baza - emiter tranzystora T₂. Dzięki temu rezystancja tego tranzystora zmniejsza się, co powoduje obniżanie potencjału sterującego bazę tranzystora T₁, a przez to zmniejszenie napięcia wyjściowego.

Bibliografia:

1. http://pl.wikipedia.org/wiki/Stabilizator_%28elektronika%29

2. http://pe.fuw.edu.pl/pliki/wyklad11.pdf

3. http://elektron.pol.lublin.pl/users/keo/dydaktyk/Ins/Cw03pdf.pdf

D:\Fronter\EiEWPS\MATERIAŁY DYDAKTYCZNE\Klasa 1 TS\Dział 01-WŁASCIWOSCI MATERII, POLE MAGNETYCZNE I ELEKTRYCZNE\Materiały\01_Pojecia i wielkosci elektryczne.doc

3

UWY=UZ +0,7

UWY=UZ

UWE>UZ

UWE

---