Використання стабілітронів у стабілізаторах напруги

 

Стабілітрони використовують як джерела еталонної (опорної) напруги у складних схемах стабілізації і як елементи самостійних стабілізаторів, коли навантаження є малопотужним. У першому випадку зміни струму, який протікає через стабілітрон малі у порівнянні з його середнім (постійним) значенням, а у другому – зміни струму можуть бути відносно великими [3, 4].

ВАХ стабілітрона (рисунок 3.3,а) має зворотну протяжну ділянку, яка є робочою у параметричних стабілізаторах напруги. На ній значним приростам струму відповідають малі зміни напруги.

 

Рисунок 3.3 – Вольт-амперна характеристика стабілітрона

 

Зазвичай робочу ділянку ВАХ стабілітрона зображають так, як показано на рисунку 3.3,б.   

Якщо струм стабілізації виявиться більшим максимально допустимого , то потужність, що на ньому розсіюється, перевищить граничне значення, температура p-n переходу стане вище допустимої і відбудеться необоротний тепловий пробій, який зруйнує p-n перехід. 

Електричний пробій, наслідком якого є поява робочої ділянки, є зворотним. Напруга пробою при чергових увімкненнях повторюється з високою точністю (приблизно 0,01 %). На її значення не впливають електричне і магнітне поля, світлове опромінювання.

Недоліком стабілітрона є зміна напруги стабілізації при зміні температури. У діапазоні (від – 40 до + 60)°С напруга стабілізації міняється у більшості стабілітронів практично лінійно. Тому температурна нестабільність визначається температурним коефіцієнтом стабілізації напруги (ТКН).

Стабілітрони з напругою стабілізації меншою 6 В мають від’ємний ТКН, а більшою – позитивний. Діапазон зміни ТКН 0,06... 0,2 %/°С.

На рисунку 3.4 наведена залежність відносного коефіцієнта стабілізації напруги  від значення напруги, на яку виготовлено стабілітрон. Наявність стабілітронів з позитивним і негативним значеннями ТКН надає можливість скласти схему з декількох стабілітронів, у якої ТКН буде близьким до нуля (температурна компенсація) [3, 6].

 

 

Рисунок 3.4 – Залежності ТКН від напруги, на яку виготовлено стабілітрон

 

При невеликих змінах струму робочу ділянку ВАХ можна замінити відрізком прямої (рисунок 3.5,а) [3]. Еквівалентна схема при такому поданні стабілітрона містить джерело еквівалентної ЕРС  і внутрішній диференційний опір  (рисунок 3.5,б). Еквівалентна ЕРС визначається відрізком, який відсікає пряма на осі напруги, а , де  – прирости напруги та струму стабілітрона.

 

Однокаскадний стабілізатор на стабілітроні

Схема стабілізатора

 

Принципова схема однокаскадного ПСН наведена на рисунку 3.6,а. Вона складається з баластного (гасячого) резистора  та стабілітрона . Баластний резистор  обмежує струм стабілітрона [3].

Лінійна схема заміщення дозволяє за допомогою методів розрахунку лінійних кіл визначити усі параметри стабілізатора.

 

 

 

Рисунок 3.5 – Робоча ділянка ВАХ (а) та еквівалентна схема стабілітрона (б)

 

Зміна напруги на вході стабілізатора викликає зміну струму, що протікає через стабілітрон і баластний резистор, внаслідок цього змінюється падіння напруги на резисторі, стабілізуючи вихідну напругу. Наприклад, при збільшенні  збільшується величина струму у ланцюзі , , збільшується падіння напруги на резисторі, а напруга на стабілітроні залишається незмінною.

 

 

Рисунок 3.6 – Принципова (а) та еквівалентна (б)) схеми ПСН