5.2 Визначення коефіцієнта стабілізації і величини пульсацій
Варіації напруги на навантаженні при зміні струму навантаження
Припустимо, що вольтметр постійного струму, підключений до вихідних контактів схеми рис. 5.2,б, видно, що напруга холостого ходу Unocm.x.x. = Емакс. З рис. 5.3,б випливає, що Unocm.x.x=34 В. Осцилограф покаже ту ж саму напругу без пульсацій (рис. 5.3,б). Підключимо тепер навантаження Rh (рис. 5.3, а), що відбирає від джерела максимальний струм Ін=\ А. На екрані осцилографа ми побачимо при цьому, що середнє значення напруги на навантаженні Uh (чи постійна напруга Unocm) при цьому зменшується. Крім того, напруга має пульсуючу складову AU, накладену на це постійне значення. Середнє значення, виміряне вольтметром постійного струму, буде 24 В. Подвійна амплітуда напруги пульсацій AU дорівнює 5 В.
З рис. 5.3,б випливають два висновки. По-перше, постійна напруга навантаження падає при збільшенні струму навантаження. По-друге, напруга пульсацій збільшується від 0 В на холостому ході до великого значення (при струмі повного навантаження). Фактично вона пропорційна струмові навантаження.
Характеристика стабілізації
У схемі нестабілізованого джерела (рис.5.4,а) опір навантаження Rh можна змінювати, записуючи відповідні значення струму і напругу навантаження. Прилади постійного струму реагують тільки на середнє (постійне) значення струму чи напруги. Якщо побудувати графік для відповідних значень струму і напруги, то одержимо навантажувальну характеристику (рис.5.4,б). Точка О відповідає стану без навантаження (Ін = 0 і Unocm.x.x = 34 В); точка А відповідає умовам повного навантаження (Ін = 1 А і Uпост.п.н = 24 В).
Існує загальний спосіб визначення значення напруги на навантаженні при будь-якому струмі навантаження. При ємності конденсатора фільтра С вище за 200 мкФ напруга на навантаженні при фіксованому Ін залежить в основному від параметрів трансформатора. У паспорті на силовий трансформатор вказуються відношення діючих значень напруги на його обмотках і максимально допустимий струм у вторинній обмотці Іп. Нехай, наприклад, трансформатор на рис. 5.4,а має наступні параметри: 220 В/24 В при 1 А. Знайдемо відношення необхідного струму навантаження Ін до Іп і відкладемо знайдене значення на осі абсцис рис. 5.5.
а б
а – схема випростовувача,
б – діаграми роботи
Рисунок 5.4 - Схема вимірювання
Рисунок 5.5 - Графік для визначення постійної напруги на навантаженні нестабілізованого джерела живлення
Проведемо вертикальну пряму до перетину з прямою графіка і потім із точки перетину — горизонтальну пряму і визначаємо по осі ординат, яку частину від Емакс становить Unocm.
Визначення і спосіб зменшення напруги пульсацій
На рис. 5.3,б, пульсації збільшуються з ростом струму навантаження. Найбільша напруга пульсації спостерігається при максимальному струмі навантаження. Подвійну амплітуду напруги пульсацій AUможна визначити з рис. 5.6.
З рис. 5.6 видно, що напруга пульсацій зменшується зі збільшенням ємності конденсатора фільтра С. Збільшення цієї ємності в два рази приводить до зменшення пульсації вдвічі. У випадку відсутності осцилографа можна підключити паралельно навантаженню Rh вольтметр змінного струму і виміряти приблизне ефективне значення напруги пульсацій І/пульс, яке зв'язано з AU наступним співвідношенням:
(5.2)
Мінімальне миттєве значення напруги на навантаженні
Звернемося до рис. 5.3,б і помітимо, що постійна напруга навантаження Unocm ділить проміжок AU навпіл. Мінімальне миттєве значення напруги навантаження
(5.3)
Оскільки з ростом струму навантаження Unocm зменшується, a AU росте, найменше значення Uн.мін спостерігається при максимальному струмі навантаження. Це значення накладає обмеження на вихідну напругу кожного стабілізатора напруги, що підключається до нестабілізованого джерела живлення. Однак перш, ніж перейти до вивчення стабілізатора напруги, розглянемо ще один тип нестабілізованого джерела, який можна використовувати для живлення підсилювача потужності.
Рисунок 5.6 - Графік для визначення напруги пульсацій на виході нестабілізованого джерела живлення