Параметрический стабилизатор напряжения

Схема параметрического стабилизатора напряжения на основе стабилитрона приведена на рис.2.2.1. Параметрический стабилизатор напряжения состоит из балластного резистора и стабилитрона . На схеме (2.2.1) также показаны источник ЭДС Е, питающий схему и сопротивление нагрузки . Параметрический стабилизатор напряжения предназначен для обеспечения стабильного напряжения на нагрузке при воздействии дестабилизирующих факторов, к которым относят изменение величины ЭДС источника и величины сопротивления нагрузки.

Для левого контура схемы (рис.2.2.1) можно записать:

, (1)

а верхнего узла:

, (2)

(В схеме рис.2.2.1 положительное направление тока через стабилитрон выбрано противоположным прямому току через диод Рис. 2.2.1

или стабилитрон. Поэтому при увеличении тока через стабилитрон рабочая точка на ВАХ стабилитрона (рис.2.2.2) будет перемещаться вниз, т.е. при росте (рис.2.2.1) на ВАХ (рис. 2.2.2) будут возрастать (по абсолютной величине) отрицательные значения тока через стабилитрон.)

Учитывая, что , получим ток нагрузки:

. (3)

Выразим из (2) ток через стабилитрон и с учетом (1) и (3) получим:

. (4)

Пусть и произвольно варьируются от минимальных значений и до максимальных – и . Рис.2.2.2

Из анализа (4) следует, что: если увеличить, то ток через стабилитрон увеличивается, и если увеличить, то ток через стабилитрон увеличивается (по абсолютной величине). В противных случаях ток через стабилитрон уменьшается (по абсолютной величине).

Возможны четыре сочетания крайних значений ЭДС и сопротивления нагрузки:

и ; (5)

и ; (6)

и ; (7)

и . (8)

На основании вышеизложенного и с учетом (4) следует, что минимальный (по абсолютной величине) ток через стабилитрон будет в случае (5), а максимальный – в случае (6).

При расчете величины сопротивления балластного резистора в схеме (рис.2.2.1) обычно придерживаются следующей методики:

1. Выражение (4) преобразуется к виду:

, (9)

В (9) подставляются значения и согласно (5). При этом ток через стабилитрон примет минимальное значение. Поскольку для обеспечения режима стабилизации напряжения на нагрузке ток через стабилитрон не должен быть меньше минимального (по абсолютной величине), то в (9) вместо следует подставить . После проведения вычислений по (9) определяется величины сопротивления балластного резистора.

2. Выражение (4) преобразуется к виду:

, (10)

В (10) подставляются значения и согласно (8). При этом ток через стабилитрон примет минимальное значение . Поскольку для обеспечения работоспособности параметрического стабилизатора (рис.2.2) ток через стабилитрон не должен быть больше минимального (по абсолютной величине) допустимого тока через стабилитрон , то следует проверить выполнение условия:

. (11)

В случае выполнения (11) параметрический стабилизатор считается неработоспособным, т.к. стабилитрон выйдет из строя из-за перегрузки по току. Необходимо применить в схеме стабилитрон другой марки с большим значением допустимого максимального тока или использовать другое схемотехническое решение для стабилизации напряжения на нагрузке.

Задание для выполнения лабораторной работы

Задание для выполнения лабораторной работы состоит из двух частей.

В первой части лабораторной работы необходимо ВАХ стабилитрона заданной марки. Для выполнения этой части работы в программном пакете NI Multisim следует собирать схему электронного устройства, соответствующую рис.2.3.1. Марку стабилитрона необходимо выбрать из таблицы 2.1. в соответствии с номером подгруппы.

Во второй части лабораторной работы необходимо исследовать процессы в схеме параметрического стабилизатора при вариации ЭДС питающего источника и величины сопротивления нагрузки. Для выполнения этой части работы в программном пакете NI Multisim следует собирать схему электронного устройства, соответствующую рис.2.3.2. Параметры элементов, входящих в схему, выбирают из таблицы 2.3 в соответствии с номером подгруппы.