Stabilizatoare de tensiune – Principii de funcţionare

1.3. Principii de funcţionare

În procesul de stabilizare a unei tensiuni se utilizează două tehnici principale: stabilizarea serie şi stabilizarea paralel.

Stabilizarea serie (figura 1.2 a) constă în plasarea ele­mentului regulator în serie cu rezistenţa de sarcină R_$. În acest caz, elementul regulator se comportă ca o rezis­tenţă variabilă a cărei mărime este controlată de tensi­unea de ieşire V₀ prin bornele 2—3; cînd tensiunea ele intrare v₁ creşte, tensiunea V₀ de ieşire tinde să urmă­rească această creştere şi acţionează asupra elementului regulator, care-şi măreşte rezistenţa între bornele 1—2. Evident, în acest mod creşterea tensiunii la intrare va fi compensată de căderea de tensiune ce se înregistrează între bornele 1—2 şi ca atare, tensiunea la ieşire va re­veni la valoarea anterioară. Odată cu scăderea tensiunii la intrare, rezistenţa între bornele 1—2 îşi micşorează va­loarea astfel încît tensiunea la ieşire să rămînă de aseme­nea neschimbată. Simbolul de rezistor variabil marcat pe schema bloc din fig. 1.2 a pune în evidenţă faptul că ele­mentul regulator serie funcţionează ca un rezistor varia­bil în serie cu sarcina ajustîndu-şi mărimea rezistenţei în scopul menţinerii constante a tensiunii la ieşire.

Stabilizarea paralel, constă în plasarea elementului re­gulator în paralel cu sarcina (fig. 1.2 b). Elementul regu­lator în acest caz este un dispozitiv cu o rezistenţă dina­mică foarte mică în zona de lucru, ceea ce permite ca va­riaţiile curentului care îl străbate să nu producă schim­bări neînsemnate ale tensiunii la bornele lui*.

Mecanismul procesului de stabilizare este următorul: odată cu creşterea tensiunii v₁ la intrare, creşte şi curentul de intrare i₁. Elementul regulator, avînd rezistenţa dina­mică foarte mică în comparaţie cu rezistenţa de sarcină R_s, va prelua întreaga variaţie a curentului de intrare.

1. a) cu element regulator serie; b) cu element regulator paralel.

Rezistenţa R (de balast) contribuie la realizarea sta­bilizării preluînd variaţiile tensiunii de la intrare; în acest mod creşterea tensiunii v₁ va fi compensată de că­derea suplimentară de tensiune pe această rezistenţă. Dacă tensiunea la ieşire va scădea, căderea de tensiune pe rezistenţa R se va micşora cu aceeaşi valoare. Conco­mitent cu aceasta, rezistenţa R mai îndeplineşte şi rolul de a reduce la o valoare acceptabilă curentul care trece prin elementul regulator în situaţii limită.

Efectul de stabilizare se manifestă şi în cazul în care variază rezistenţa de sarcină, iar tensiunea la intrare v₁ rămine constantă. În acest caz, căderea de tensiune v_R, pe rezistenţa R, rărnîne practic neschimbată, deoarece creşterea curentului de sarcină se obţine pe seama scă­derii curentului prin elementul regulator şi invers. Mo­dificarea valorilor celor doi curenţi se produce astfel incit curentul prin rezistenţa R rămine constant. Cum V₀ = v₁—v_R, rezultă că tensiunea pe sarcină rămîne con­stantă. Şi în acest caz elementul regulator lucrează ca un rezistor variabil, aşa cum s-a simbolizat în fig. 1.2 b.

Cele două metode de stabilizare a tensiunii prezintă atît avantaje cît şi dezavantaje.

Stabilizarea paralel se bucură de avantajul unei con­strucţii mai simple. Dacă accidental, ieşirea „stabilizato­rului paralel” se pune în scurtcircuit la masă, acesta nu suferă stricăciuni deoarece la bornele lui tensiunea va fi nulă; dacă in aceste condiţii sursa de alimentare poate furniza fără pericol de distrugere curentul v₁/R şi rezis­tenţa R poate disipa puterea corespunzătoare acestui cu­rent, elementele componente ale stabilizatorului nu se defectează.

Stabilizarea serie a tensiunii, deşi conduce la scheme mai complexe, asigură un reglaj mai bun. Acest tip de reglare, comparativ cu stabilizarea paralel, are un randa­ment mai mare, în special în cazul curenţilor mici de sar­cină. Punerea în scurtcircuit la masă a ieşirii „stabiliza­torului serie” poate conduce la distrugerea elementului re­gulator. Pentru evitarea efectelor unui scurtcircuit stabili­zatoarele de acest tip sînt prevăzute cu circuite speciale de protecţie, care sînt fie limitatoare de curent (limitează intensitatea curentului prin sarcină la o valoare prereglată), fie circuite care deconectează alimentarea, îndată ce a fost depăşită o anumită intensitate a curentului prin sarcină.

* Situaţie tipică întîlnită în cazul unei diode Zener.