ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СТАБИЛИЗАТОРА

НАПРЯЖЕНИЯ

Стабильность напряжения питания является необходимым условием нормальной работы многих электронных устройств и нормального протекания ряда технологических процессов.

Для стабилизации напряжения на нагрузке при колебаниях напряжения сети или потребляемого нагрузкой тока применяют стабилизаторы напряжения.

Стабилизаторы напряжения подразделяют на параметрические и компенсационные. Параметрический стабилизатор основан на использовании элемента с нелинейной характеристикой, например, стабилитрона. Схема и вольт-амперные характеристики стабилизатора напряжения приведены на рис. 2.1.

Стабилитрон VD в параметрическом стабилизаторе включают параллельно нагрузке R_Н. Последовательно со стабилитроном для создания требуемого режима работы включают балластный резистор R_б.

Входное напряжение U_ВХ, подаваемое на схему стабилизации должно быть больше напряжения стабилизации стабилитрона U_СТ. Часть входного напряжения падает на резисторе R_б, а остальная часть приложена к нагрузке.

U_н = U_вх- (I_ст +I_н) R_б, (2.1)

I_н=U_н/R_н = U_ст/R_н. (2.2)

На рис. 2.1,б приведены вольтамперная характеристика стабилизатора (3) и «опрокинутые» вольт-амперные характеристики резистора R_б (1 и 2). При увеличении напряжения U_ВХ1 (положение 1) на D U_ВХ, например, из-за повышения напряжения в сети, вольт-амперная характеристика резистора R_б переместится параллельно самой себе и займет положение 2.

Рисунок 2.1 - Схема параметрического стабилизатора напряжения на

полупроводниковом стабилитроне (а) и вольт-амперные

характеристики (б), поясняющие его работу

Так как вольт-амперная характеристика стабилитрона на рабочем участке (от I_СТ.min до I_СТ.max) является почти вертикальной, то напряжение U_СТ..2 мало отличается от U_СТ.1, т.е. напряжение на стабилитроне и на нагрузке останется практически неизменным. Напряжение на нагрузке останется неизменным также при снижении входного напряжения и изменениях нагрузочного тока.

Для нормальной работы параметрического стабилизатора сопротивление резистора R_б должно быть таким, чтобы при номинальном значении входного напряжения его вольт-амперная характеристика пересекала вольт-амперную характеристику стабилитрона в точке А, соответствующей номинальному току стабилизатора I_СТ.НОМ. При всех возможных изменениях U_ВХ и R_Н ток через стабилитрон не должен выходить за пределы допустимых значений:

I_ст.min £ I_ст. £ I_ст.max . (2.3)

Из уравнений (2.1) и (2.2) получим:

U_ст = U_вх - (I_ст + U_ст / R_н) R_б (2.4)

Отсюда

R_б= (U_вх-U_ст)/ (I_ст + U_ст/ R_н) (2.5)

Расчет R_б предварительно может быть выполнен по формуле (2.5). При этом принимается I_СТ = I_СТ.ном, а U_ВХ.ном = (1,2 - 1,8)U_СТ. Затем проверяется выполнение условия (2.3).

Из уравнения (2.4) следует:

I_ст = (U_вх- U_ст(R_б/ R_н + 1)/ R_б. (2.6)

Наибольший ток через стабилитрон протекает при U_ВХ = U_ВХ.max и R_Н = R_Н.max:

I_ст.max=(U_вх.max-U_ст(R_б/R_н.max+1))/R_б. (2.7)

Наименьший ток через стабилитрон протекает при U_ВХ = U_ВХ.min и

R_Н = R_Н.min:

I_ст.min=(U_вх.min-U_ст(R_б/R_н.min+1))/ R_б. (2.8)

При невыполнении одного из условий (2.7) или (2.8) производится корректировка выбранных R_б или U_ВХ.ном.