Анализ работы схемы параметрического стабилизатора напряжения

Расчётная схема параметрического стабилизатора напряжения представлена на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Расчётная схема параметрического стабилизатора напряжения

Проведём графический анализ работы схемы. Для этого построим на ВАХ стабилитрона нагрузочную линию (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Графический анализ работы схемы параметрического стабилизатора напряжения

Напряжение источника питания схемы определяется выражением:

; (5.4)

где I_вх = I_ст + I_н.

В режиме стабилизации ток нагрузки равен , тогда

. (5.5)

Выражение (5.5) называется уравнением нагрузочной линии (нагрузочной прямой). Нагрузочная линия строится по двум точкам:

1) точке холостого хода, когда I_ст = 0, ;

2) точке короткого замыкания, когда U_ст = 0, .

Координаты рабочей точки О пересечения нагрузочной линии с ВАХ стабилитрона определяют ток (I_ст) и напряжение (U_ст) стабилитрона при заданных значениях U_вх, R_огр и R_н.

При изменении U_вх нагрузочная линия перемещается параллельно самой себе. Пока рабочая точка О находится в пределах рабочего участка ВАХ стабилитрона аб, напряжение в нагрузке стабилизировано.

Если напряжение питания схемы изменится на величину DU_вх, напряжение на стабилитроне изменится на DU_ст << DU_вх. Определим DU_ст из уравнения нагрузочной линии, которое преобразуем для приращений напряжений и токов:

, (5.6)

где - динамическое сопротивление стабилитрона.

Выразив DU_ст из (5.6) получим:

. (5.7)

Стабилизация напряжения осуществляется и при изменении тока нагрузки:

. (5.8)

Из выражений (5.7) и (5.8) следует, что качество стабилизации напряжения тем лучше, чем больше отношение сопротивлений и , что полностью соответствует выражению (5.3) Однако, при увеличении R_огр возрастают потери мощности в ограничительном резисторе, из-за чего уменьшается коэффициент полезного действия схемы.

Более подробные сведения о стабилитронах и приведены в литературе [13, 14, 21].

Если ток нагрузки будет больше, чем максимальный ток стабилитрона I_{ст. макс}, параметрический стабилизатор не сможет работать. В этом случае схема параметрического стабилизатора должна быть дополнена схемой усилителя тока, которую выполняют на транзисторе. Транзисторы будут рассмотрены в следующей лекции.

Пример расчёта параметрического стабилизатора напряжения

При изменении напряжения стабилизации от 8 до 8,1 В ток стабилитрона изменился от 2 до 22 мА. Определить дифференциальное сопротивление стабилитрона. Определить коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора на таком стабилитроне, если U_вх = 16 В, R_огр = 500 Ом.

Решение. Дифференциальное (динамическое) сопротивление стабилитрона

кОм или 5 Ом.

Коэффициент стабилизации .

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные параметры полупроводникового стабилитрона.

2. Расшифруйте обозначение КС168А, КС 531В, КС 620 А.

3. Нарисуйте схему параметрического стабилизатора напряжения и объясните назначение деталей.

4. Как рассчитать величину ограничительного резистора в схеме параметрического стабилизатора?

5. Приведите формулу для расчета коэффициента стабилизации параметрического стабилизатора.

6. При каком соотношении токов стабилитрона и нагрузки возможна нормальная работа параметрического стабилизатора напряжения?