Regulatory napięcia
Regulator napięcia jest elementem elektronicznym używanym w celu uzyskania na wyjściu napięcia o wartości odpowiedniej dla zasilanego odbiornika. Zastosowanie regulatora napięcia jest najprostszym sposobem na uzyskanie stabilnego napięcia zasilania. Na wyjściu regulatora napięcia, zwanego też stabilizatorem napięcia uzyskiwane jest napięcie o stałej wartości w czasie, wykazujące małe wahania, które nie wpływają na prawidłowość funkcjonowania odbiorników. Stablizator napięcia skutecznie chroni układy elektroniczne przez potencjalnymi uszkodzeniami i innymi niepożądanymi skutkami zasilania niestabilnym napięciem. Jego zasada działania opiera się na ujemnym sprzężeniu zwrotnym. Pośród konstrukcji stabilizatorów napięcia rozróżnia się przede wszystkim stabilizatory liniowe i impulsowe. W tym artykule przedstawiono cechy charakterystyczne stabilizatorów napięcia stosowanych we współczesnych układach elektronicznych.
Liniowe stabilizatory napięcia
W swojej zasadzie działania, liniowy stabilizator napięcia przypomina rezystorowy dzielnik napięcia. Różnica polega jednak na tym, że konstrukcja takiego stabilizatora wykorzystuje tranzystory polowe. Rezystancja toru prądowego stabilizatora liniowego zmienia się odpowiednio do obciążenia, w wyniku czego na wyjściu jest otrzymywane napięcie stałe o przebiegu bliskim do takiego, jakie możemy uzyskać z baterii i akumulatorów. Do największych zalet stabilizatorów liniowych zalicza się niski koszt zakupu, wysoką niezawodność, brak tętnień napięcia na wyjściu, błyskawicznie krótki czas reakcji na zmiany zachodzące w obciążeniu stabilizatora, a także bezzakłóceniowe oddziaływanie elektromagnetyczne. Wadami natomiast jest niska sprawność i w przypadku urządzeń o dużym poborze mocy – konieczność zagospodarowania dużej ilość miejsca w obudowie z uwagi na montaż radiatora wspomagającego chłodzenie stabilizatora. Niestety, stabilizator liniowy nie może także podwyższyć napięcia na wyjściu.
Bocznikowy regulator napięcia
Regulator bocznikowy działa na zasadzie regulacji napięcia poprzez zmianę rezystancji między dodatnim biegunem zasilania a masą. W ten sposób część prądu wpływającego do regulatora jest kierowana do masy. Takie rozwiązanie jest bardzo proste konstrukcyjnie, ale powoduje wprowadzanie dodatkowych strat, dlatego jest nieekonomiczne w przypadku zasilania odbiorników dużej mocy. Jako elementów regulacyjnych używa się dzielników napięcia zbudowanych z rezystora i diody Zenera spolaryzowanej anodą masy, a także tranzystorów bipolarnych, w których kanał kolektor-emiter przepuszcza prąd z bieguna dodatniego zasilania do masy, odpowiednio do prądu bazy tranzystora. Najczęstsze zastosowania bocznikowych regulatorów napięcia to zasilacze niskonapięciowe, wzmacniacze błędu w układach pomiarowych, zasilacze regulowane, a także układy kontroli napięcia.
Stabilizatory impulsowe
Stabilizatory impulsowe to fundamentalny element konstrukcji wielu współczesnych zasilaczy impulsowych. Najprościej ujmując, zasada działania stabilizatora impulsowego polega na szybkim cyklicznym załączaniu i wyłączaniu napięcia zasilającego z częstotliwością idącą w setki kiloherców. Podobnie jak w stabilizatorze liniowym, stabilizator impulsowy wykorzystuje ujemne sprzężenie zwrotne w celu uzyskania stabilnego napięcia wyjściowego. Regulatory impulsowe odznaczają się wyższą sprawnością w porównaniu do stabilizatorów liniowych, a ponadto za ich pomocą możemy uzyskać na wyjściu napięcie wyższe niż na wejściu. Proces regulacji napięcia opiera się na modulacji szerokości impulsów (PWM) sterujących kluczami tranzystorowymi, które cyklicznie wyłączają i załączają napięcie pochodzące ze źródła zasilania. Aby napięcie na wyjściu stabilizatora impulsowego było stabilne, konieczne jest również stosowanie na wyjściu kondensatorów podtrzymujących napięcie. Stabilizatory impulsowe stanowią fundamentalny podzespół w m.in. w ładowarkach do telefonów i w zasilaczach komputerowych.