Параметрический стабилизатор напряжения

Наибольшее распространение получили стабилизаторы постоянного на-

пряжения. Основные их преимущества – простота конструкций, небольшое

количество элементов и высокая надежность, а недостатки – низкие коэф-

фициент стабилизации (менее 25) и КПД, малые токи стабилизации, а также

узкий и нерегулируемый диапазон стабилизируемого напряжения.

Простейшая схема параметрического

стабилизатора напряжения, выполненного

на стабилитроне, приведена на рисунке 1.

Схема содержит балластное (ограничи-

тельное) сопротивление Rб (это сопротив-

ление является функционально необхо-

димым элементом), сопротивление на-

грузки Rн и полупроводниковый стабили-

трон VD1. Нагрузка подключена парал-

+

Uвх

R

б

Iст Iн

VD1

R

н

лельно стабилитрону, поэтому в режиме

стабилизации, когда напряжение на ста-

Рисунок 1 – Простейшая схема

включения стабилитрона

билитроне почти постоянное, такое же напряжение будет и на нагрузке. Все



Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru

изменения напряжения источника при его нестабильности почти полностью

поглощаются балластным сопротивлением.

Принцип действия пара-

метрического стабилизатора

постоянного

напряжения

Рисунок 2 – Пояснение работы стабилизатора напряжения

поясняется путем совместно-

го анализа ВАХ стабилитро-

на и балластного сопротив-

ления, представленных на

рисунке 2. Входное постоян-

ное напряжение схемы равно

Uвх1,а ток стабилитрона со-

ставляет Iст1.Для упрощения

предположим, что нагрузка

отключена (Rн =∞). Тогда

выражение, аналитически

описывающее положение балластного сопротивления Rб (линия 1), запи-

шется следующим образом: Uвх1= =Uвых1 +Iст1Rб.Если входное напряжение

увеличится на величину ∆Uвх и станет равным Uвх2,то характеристика бал-

ластного сопротивления займет положение линии 2, что соответствует вы-

ходному напряжению Uвых2 и току стабилизации Iст2.Как видно из рисунка 2,

выходное напряжение останется почти неизменным, а приращение входного

∆Uвх выделится на балластном сопротивлении Rб.Аналогичная картина

будет иметь место при уменьшении входного напряжения (при условии,

что это уменьшение не вышло из пределов стабилизации): в этом случае

снизится падение напряжения на балластном сопротивлении.

Наиболее часто стабилитрон работает в режиме, когда напряжение ис-

точника нестабильно, а сопротивление нагрузки постоянно. Для установле-

ния и поддержания правильного режима стабилизации в этом случае сопро-

тивление Rб должно иметь определенное значение. Обычно Rб рассчитыва-

ется для средней точки обратной ВАХ стабилитрона. Если напряжение ис-

точника Uвх изменяется от Uвх. min до Uвх. max,то балластное сопротивление

можно найти по формуле

Rб = (Uвх. ср – Uст)/(Iср +Iн), (4)

где Uвх ср = 0,5 (Uвх. min+Uвх. max) – среднее напряжение источника; Iср = 0,5 (Imin+

+ Imax) – средний ток стабилитрона; Iн =Uст/Rн – ток нагрузки.

Если напряжение Uвх будет изменяться в ту или другую сторону, то бу-

дет изменяться ток стабилитрона, но напряжение на нем, а следовательно, и

на нагрузке будет почти постоянным. Поскольку все изменения напряжения

источника должны поглощаться балластным сопротивлением, то наиболь-

шее изменение этого напряжения, равное Uвх. max – Uвх. min,должно соответ-



Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru Параметрический стабилизатор напряжения - student2.ru

ствовать наибольшему возможному изменению тока, то есть Imax – Imin. От-

сюда следует, если значение Uвх изменяется на ∆Uвх,то стабилизация будет

осуществляться только при соблюдении условия

∆Uвх ≤ (Imax – Imin) Rб.

(5)

Стабилизация в более широком диапазоне изменения входного на-

пряжения возможна при увеличении Rб.Однако из (4) следует, что

бόльшее значение балластного сопротивления получается при меньшем

значении тока нагрузки Iн,т. е. при большем Rн.Повышение Eср также

дает увеличение Rб.

Второй возможный режим стабилизации применяется в том случае, ко-

гда E = const, a Rн изменяется в пределах от Rн. min до Rн. max.Для такого ре-

жима Rб можно определить по средним значениям токов по формуле

Rб = (E – Uст)/(Iср +Iн. ср),

где Iн. ср = 0,5 (Iн. min+Iн. max),причем Iн. min=Uст/Rн. min и Iн. max=Uст/Rн. max.

(6)

Работу схемы в данном режиме можно объяснить следующим образом.

Поскольку Rб постоянно и падение напряжения на нем, равное E – Uст,так-

же постоянно, то и ток в балластном сопротивлении, равный Iср +Iн. ср,дол-

жен быть постоянным. Но это является возможным при условии, если ток

стабилитрона и ток в нагрузке изменяются в одинаковой степени, но в про-

тивоположные стороны. Например, если ток нагрузки увеличивается, то ток

стабилитрона на столько же уменьшается, а их сумма остается неизменной.

Таким образом, изменение сопротив-

ления нагрузки при неизменном напря-

жении источника вызывает изменение

тока, проходящего через стабилитрон.

Одной из основных характеристик

параметрического стабилизатора на-

пряжения на полупроводниковом ста-

билитроне является передаточная ха-

рактеристика Uвых=f(Uвх), представ-

ленная на рисунке 3. Рабочим участком

этой характеристики является участок

от Uвх. min до Uвх. max, на котором Uн= Uст.

Рисунок 3 – Передаточная характеристика

параметрического стабилизатора напряжения


Наши рекомендации