Параметричні стабілізатори з активними елементами

 

Коефіцієнт корисної дії однокаскадного стабілізатора дорівнює:

 

                            ,                          (3.22)

 

де Рвх, Рн, Рг, Рст – відповідно вхідна потужність і потужності, що розсіюються навантаженням, баластним резистором, стабілітроном.

Кількісно значення ККД ПСН знаходяться у межах 20 %. Малий ККД пояснюється, у тому числі, великими втратами потужності на гасячому резисторі Rг. Збільшити опір резистора, не зменшуючи ККД, можна уведенням замість баластного резистора транзисторного стабілізатора струму, як це показано на рисунку 3.12 [3, 7].

 

Рисунок 3.12 – Схема ПСН з активним елементом

 

Стабілізатор струму складається з транзистора VT1, діода VD1, резисторів R1, R2. Транзистор увімкнений за схемою емітерного повторювача. Напруга на його базу знімається зі стабілітрона VD1. Вона практично не змінюється при зміні . Напруга на резисторі R1 приблизно дорівнює напрузі на VD1 і також змінюється мало. Внаслідок цього мало змінюються струми емітера і колектора при зміні вхідної напруги, а відповідно постійним залишається струм навантаження. Стабілізатор струму має великий диференціальний опір, і його увімк­нен­ня еквівалентно увімкненню баластного резистора великого опору.

Використання стабілізатора струму не змінює вихідний опір та температурний коефіцієнт ПСН, але збільшує ККД і коефіцієнт стабілізації.

Стабілізатором струму може бути польовий транзистор (рисунок 3.13) [3].

 

Рисунок 3.13 – Схема ПСН на польовому транзисторі

 

Опір сток-виток через малий нахил вихідних характеристик є для змінної складової струму дуже великим, опір для постійної складової напруги значно менший. Тому ця схема при високому ККД забезпечує кращий коефіцієнт ста­білізації напруги.

 

Порівняння схем ПСН

 

ПСН застосовують для стабілізації напруги при потужності навантаження до одиниць ват і як джерела еталонної напруги в електронних стабілізаторах.

Однокаскадні малопотужні ПСН забезпечують  до 100 і вихідний опір 5...15 Ом. Уведення термокомпенсуючих елементів знижує  у 2...3 рази.

У двокаскадних стабілізаторах . Вихідний опір дорівнює вихідному опору однокаскадного стабілізатора.

Мостові стабілізатори та ПСН зі стабілізаторами струму забезпечують коефіцієнт стабілізації до 10000. Проте вихідний опір мостового стабілізатора більший, ніж однокаскадного.

Достоїнства ПСН – мала кількість елементів; згладжування пульсацій напруги (коефіцієнт згладжування  дорівнює коефіцієнтові стабілізації .

Недоліки ПСН: відносно великий вихідний опір, малий ККД, неможливість плавно регулювати вихідну напругу.

 

Порядок розрахунку ПСН

 

Наведемо порядок розрахунку ПСН за такими початковими даними:

величина, діапазон змін та коефіцієнт пульсацій вхідної напруги (необхідну величину напруги можна також розраховувати);

номінальне значення вихідної напруги і допуск на її розкид (наприклад: 8 1В);

максимальний та мінімальний струми навантаження;

максимальна відносна нестабільність вихідної напруги при зміні вхідної напруги та струму навантаження;

допустима амплітуда пульсацій вихідної напруги;

номінальне, максимальне та мінімальне значення робочої температури.

У процесі проектування стабілізатора необхідно: вибрати схему і стабілітрони; розрахувати величину вхідної напруги; знайти величину баластного резистора; визначити, якщо це необхідно, дані для розрахунку випрямляча (струм, напругу, коефіцієнт пульсацій). Струми, напруги, потужності не повинні перевищувати допустимі значення для елементів ПСН.  

 

3.7 Компенсаційні стабілізатори постійної напруги з неперервним
регулюванням