Динамо-машины  Статические характеристики элементов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 [ 115 ] 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127

напряжение стабилизатора, его выходной (нагрузочный) ток и т. д. Выражение коэффициента стабилизации по входному напряжению имеет вид

вх ДУ.

и вых

Следует различать два принципиально различных способа осуществления стабилизации:

1. Параметрический метод, основанный на применении элементов с нелинейными статическими характеристиками. Параметрические стабилизаторы относятся к разомкнутым автоматическим устройствам.

2. Компенсационный метод, основанный на применении замкнутых систем автоматического регулирования.

Грубая стабилизация обычно осуществляется непосредственно системами автоматического регулирования напряжения бортовых генераторов (угольные, а также контактные вибрационные регуляторы и пр.). Точная стабилизация напряжений питания для задающих элементов осуществляется специальными стабилизаторами небольшой мощности, которые и будут рассмотрены подробнее.

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ С НЕЛИНЕЙНЫМИ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ

Параметрические стабилизаторы с активными нелинейными сопротивлениями могут применяться как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока. Если при этом нелинейность носит вентильный характер (различное сопротивление для разных направлений), то схема стабилизатора переменного тока несколько усложняется.

Нелинейные сопротивления по характеру нелинейности можно разделить на два типа:

1. Сопротивления типа г, - вольт-амперная (статическая) характеристика на некотором участке отклоняется от проходящей через начало координат прямой в сторону оси напряжений и ток /, проходя через них, более или менее постоянен для известных пределов изменения подводимого напряжения (рис. 204, а).

2. Сопротивления типа Ги - вольт-амперная характеристика отклоняется в сторону оси тока и падение напряжения на них U более или менее постоянно для известных пределов протекающего тока (рис. 204, б).

К сопротивлениям типа г, относятся обычные лампы накаливания, поскольку с увеличением подводимого к ним напряжения возрастает температура металлической нити, а следовательно, ток увеличивается не пропорционально напряжению, а значительно медленнее. Более резко это явление выражено у бареттеров.

в которых чаще всего применяется проволока из чистого железа, а баллон заполняется водородом. В такой конструкции соотношение между температурным коэффициентом сопро-

тивления нити и

условиями

Рис. 204. Вольт-амперные характеристики нелинейных резисторов, используемых в параметрических стабилизаторах:

п - с нелинейностью типа г j-, б - с нелинейностью типа / ,

теплоотдачи ее поверхностью оказывается более благоприятным и стабилизирующие свойства повышаются. Обычная величина тока бареттера составляет десятые доли ампера.

Если сопротивление типа г, включить последовательно с сопротивлением нагрузки R согласно рис. 205, а, то в определенных пределах изменения входного напряжения ток в цепи, а следовательно, и выходное напряжение Le ,. = будут изменяться очень мало. Однако сопротивление tj

по характеру своей нелинейности является стабилизатором тока, а не напряжения. Поэтому, если сопротивление нагрузки будет в процессе эксплуатации менять свою величину, то и выходное напряжение будет соответственно меняться. Если такие изменения нежелательны, то сопротивление нагрузки следует заилунтировать значительно меньшим по величине постоянным сопротивлением г, как это показано на схеме штриховой линией.

Рис. 205. Простейшие схемы параметрических стабилизаторов напряжения:

а - с нелинейностью типа г; б - с нелинейностью типа г

Конечно, это связано с необходимостью применения более мощного нелинейного сопротивления, т. е. с понижением к. п. д. схемы.

К сопротивлениям типа Га могут быть отнесены ПТР, поскольку они обладают отрицательным температурным коэффициентом.

Однако наиболее часто применяемыми нелинейными сопротивлениями этого типа являются стабиловольты и полупроводниковые диоды-стабилизаторы.

Стабиловольты представляют собой лампы тлеющего разряда с холодными электродами большой площади. Поэтому в известных

пределах изменения тока стабиловольта (десятки миллиампер) изменяется лишь участвующая в разряде площадь электродов. Сам характер разряда, а следовательно, и величина падения напряжения при этом сохраняются. Если ток возрастает выше значения, при котором в разряде участвует вся поверхность электродов, то тлеющий разряд переходит в дуговой и может произойти разрушение электродов. Другая особенность стабиловольтов заключается в том, что зажигание стабиловольта (возникновение тлеющего разряда) происходит при несколько более высоком напряжении, чем горение.

Полупроводниковые диоды-стабилизаторы представляют собой германиевые или кремниевые диоды, к которым приложено обратное напряжение, несколько превышающее напряжение пробоя Они выгодно отличаются тем, что их пробивное напряжение в зависимости от конструкции может быть сделано различным - от сотен до единиц вольт, в то время как нижний предел для стабиловольтов имеет порядок десятков вольт.

Такого рода вольт-амперными характеристиками обладают и полупроводниковые резисторы из смеси карборунда, глины и графита (вилит, карборунд и др.), которые в последнее время изготов ляются на относительно низкие напряжения. Однако по стабиль ности характеристик они пока уступают рассмотренным выше не линейным элементам.

Простейшая и распространенная схема включения стабиловольтов и диодов стабилизаторов с нелинейностью типаг, представлена на рис. 205, б. Схема обеспечивает стабилизацию выходного напряжения как при изменении входного напряжения, так и при изменении величины нагрузочного сопротивления /? . Увеличение выходного напряжения по любой причине будет сопровождаться лишь увеличением тока (более сильным, чем по линейному закону), а излишек входного напряжения будет поглощен добавочным сопротивлением гдд, т. е. АС/ = /йо Д/.

Стабиловольты и диоды-стабилизаторы являются наиболее совершенными из нелинейных элементов, используемых в схемах стабилизаторов. Однако и они даже в стационарных условиях не могут обеспечить стабилизации выше 0,1%.

Работа бареттеров и других нелинейных элементов, нелинейность которых обусловлена явлениями нагрева, связана с дополнительными погрешностями динамического характера, так как при изменении режима цепи температура устанавливается не сразу.

На практике часто встречаются мостовые схемы стабилизаторов. Очень чувствительным, дающим более высокий коэффициент стабилизации, чем простейшие схемы, может быть нелинейный мост (рис. 206, а), состоящий из двух пар нелинейных сопротивлений разного типа. Однако это вовсе не означает большей точности ста билизации напряжения, поскольку точность зависит от стабильности входящих в мост сопротивлений и их инерционности.