Параметрические стабилизаторы напряжения.

В ряде случаев к выходному напряжению маломощного выпрямителя, используемому в качестве напряжения питания для некоторого электронного устройства, предъявляются требования в отношении его стабильности. Ввиду зависимости напряжения Ud от тока нагрузки, обусловленной наклоном внешней характеристики выпрямителя, а также от изменений напряжения U1 питающей сети между выпрямителем и нагрузкой включают стабилизатор напряжения.

Существует два типа стабилизаторов напряжения: параметрические и компенсационные. В первом типе стабилизаторов используется постоянство напряжения некоторых видов приборов при изменении протекающего через них тока. Из полупроводниковых приборов таким свойством, как известно, обладает стабилитрон.

Во втором типе стабилизаторов задачу стабилизации напряжения решают по компенсационному принципу, основанному на автоматическом регулировании напряжения, подводимого к нагрузке.

Схема параметрического стабилизатора напряжения приведена на рис. 3.31. Она состоит из балластного резистора Rб и стабилитрона Д. Стабилизатор подключается

Рис. 3.31к выходу выпрямителя с фильтром. Нагрузка включена параллельно стабилитрону.

При изменении напряжения Ud под действием колебания напряжения питающей сети или изменения сопротивления нагрузки Rн напряжение на нагрузке изменяется незначительно, так как оно определяется мало изменяющимся обратным напряжением стабилитрона Uст при изменении протекающего через него тока.

Главным при расчете стабилизатора являются выбор типа стабилитрона на напряжение нагрузки Uст=Uн и обеспечение условий его работы, при которых изменяющийся в процессе работы ток стабилитрона Iст не выходил бы за пределы рабочего участка, т. е. не был меньше Iстmin и больше Iстmax.

Основные соотношения для токов и напряжений в стабилизаторе получаем, воспользовавшись первым и вторым законами Кирхгофа:

Id=Iн+Iст, (3.28)

Ud=URб+Uн, (3.29)

Где URб=(Iн+Iст)Rб.

На основании соотношений (3.28), (3.29) для тока стабилитрона можно записать

Iст=(Ud-Uн)/Rб-Uн/Rн. (3.30)

Напряжение Uн определяемое напряжением Uст, изменяется незначительно, в связи с чем его можно считать неизменным. Тогда в условиях изменения тока нагрузки (сопротивления Rн) и напряжения Ud ток Iст, будет изменяться от некоторого минимального значения Iстmin до максимального значения Iстmax. Минимальному значению тока Iстmin согласно выражению (3.30) будут соответствовать минимальные значения Udmin и Rhmin, а максимальному значению тока IСТMAX - максимальные значения UDMAX и RHMAX. Расчет стабилизатора сводится к тому, чтобы выбрать величину сопротивления Rб при которой через стабилитрон протекал бы ток Icтмin, соответствующий началу его рабочей характеристики. В связи с указанным для расчета балластного сопротивления имеем

Rб=(U?min-Uн)/(Icтmin+Uн/Rнmin). (3.31)

Ток Iстmax=(Udmax-Uн)/Rб-Uн/Rhmax, протекающий через стабилитрон в процессе работы схемы, учитывают выбором типа прибора по току, исходя из того, чтобы ток Iстmax не превышал максимально допустимого значения тока через стабилитрон. Максимальные мощности, рассеиваемые в стабилитроне и резисторе Rб рассчитывают по формулам.

Таким образом, в процессе работы стабилизатора напряжение на нагрузке определяется напряжением на стабилитроне, соответствующим вольтамперной характеристике прибора. Изменение напряжения на нагрузке характеризуется изменением напряжения на стабилитроне при изменении тока Iст: т. е. определяется его дифференциальным сопротивлением rд. Показателем качества стабилизации напряжения служит коэффициент стабилизации Кст, показывающий, во сколько раз относительное приращение напряжения на выходе стабилизатора меньше вызвавшего его относительного приращения напряжения на входе:

Приращение напряжения на выходе стабилизатора?Uн связано с приращением входного напряжения?Ud соотношением

С учетом того, что Rн>>rд и Rб>>rд, соотношение (3.32) можно записать в виде

 

Подстановкой (3.34) в (3.32) получаем выражение для коэффициента стабилизации параметрического стабилизатора напряжения:

Обычно он не превышает 20—50.

Другим параметром стабилизатора является его выходное сопротивление Rвых стабилизаторов рассмотренного типа Rвых=rд? Rб? rд.