4.2. Показатели качества стабилизаторов

Основными дестабилизирующими факторами, вызывающими отклонение от номинального значения выходного напряжения (тока), являются изменения величины входного напряжения или тока нагрузки [5].

Полный дифференциал этой функции, считая uвых и Iн независимыми переменными:

. (4.1)

Разделим все части (4.1) на uвых, а также помножим первый член правой части на uвх /uвх и второй член на Iн / Iн :

. (4.2)

Если положить Iн = const, т.е. при dIн = 0, то получим

, (4.3)

где

. (4.4)

Коэффициент пропорциональности К, связывающий относительные изменения напряжения на входе и выходе при постоянном значении тока нагрузки и равный их отношению, называется коэффициентом стабилизации стабилизатора напряжения по входному напряжениюпри Iн=const:

.

Коэффициент Kст.н показывает, во сколько раз при постоянной нагрузке напряжение на выходе стабилизатора изменяется меньше, чем на входе. Чем больше величина Kст.н, тем выше качество стабилизатора напряжения. Если входное напряжение постоянно по величине uвх=const, т. е. duвх=0, то из (2.2) получаем duвых /uвых = γdIн / Iн, где

. (4.6)

Обозначим

(4.7)

и назовем выходным сопротивлением стабилизатора напряжения. При этом uвых/Iн=Rн – сопротивление нагрузки стабилизатора. Соответственно при Uвх=const

.

Отношение выходного сопротивления стабилизатора напряжения к сопротивлению его нагрузки определяет, во сколько раз относительное изменение выходного напряжения меньше вызвавшего его относительного изменения тока нагрузки при постоянном значении входного напряжения. Чем меньше отношение Rвых.н/Rн, тем меньше влияет изменение тока нагрузки на величину выходного напряжения. При заданной величине сопротивления нагрузки Rн уменьшение выше приведенного отношения возможно лишь за счет уменьшения выходного сопротивления стабилизатора напряжения Rвых.н.

Коэффициент стабилизации Kcт.ни выходное сопротивление R.вых.н являются основными показателями качества функционирования стабилизатора напряжения. Соотношения для коэффициента стабилизации (4.5) и для выходного сопротивления (4.7) получены в предположении достаточно малых изменений входного напряжения и тока нагрузки вблизи их номинальных значений. На практике изменение входного напряжения и тока нагрузки имеет конечные значения. Аппроксимируя изменение дестабилизирующих факторов в определенных пределах прямой линией, можно в (4.5) и (4.7) перейти к приращению; при этом выражения для Kст.ни Rвых.н принимают вид:

; (4.9)

. (4.10)

Соотношения (4.9) и (4.10) применяются на практике для определения значений Kст.н и Rвых.н. Следует отметить, что числитель и знаменатель (4.10) имеют разные знаки, так как при увеличении тока нагрузки на величину ∆Iн напряжение на нагрузке уменьшается на величину ∆uвых. Показателем качества стабилизатора напряжения является модуль значения Rвых. Соотношение (4.9) представим как .

Отношение приращений напряжения на входе стабилизатора к вызванному им приращению напряжения на выходе стабилизатора ∆uвх/∆uвыхназовем дифференциальным коэффициентом стабилизации напряжения Кст.д.н.

. (4.11)

Качество стабилизатора напряжения может оцениваться величиной относительной нестабильности (статической ошибкой) выходного напряжения d, равной отношению приращения величины выходного напряжения Duвых к номинальному значению этого напряжения uвых. Величина dопределяется в процентах:

. (4.12)

В соответствии с (4.12) чем меньше величина d, тем выше качество стабилизатора напряжения.

Энергетическим показателем качества, оценивающего режим стабилизации, является коэффициент полезного действия стабилизатора h, выражающий отношение полезной мощности, выделяющейся в нагрузке, к мощности, потребляемой им от источника электрической энергии с нестабилизированным напряжением:

. (4.19)

Коэффициент полезного действия стабилизатора характеризует мощность потерь рпот, которая рассеивается в элементах стабилизатора при его функционировании. Для определения КПД при Рвх = Рвых + Рпот соотношение (2.19) может быть представлено как

. (4.20)