Параметры стабилизатора напряжения

Качество работы всех электронных схем определяется стабильностью напряжения питания активных элементов. Обычно это напряжение получают от сети переменного тока через выпрямители, и на стабильность выходного напряжения влияют колебания входного переменного напряжения, пульсации выпрямленного напряжения, плавные или резкие изменения сопротивления нагрузки, изменения температуры и ряд других факторов.

Задачу стабилизации напряжения питания выполняют стабилизаторы напряжения. Принцип работы параметрического стабилизатора нами также рассмотрен. Его недостаток в том, что он может применятся лишь в маломощных схемах и не всегда обеспечивает необходимую степень стабилизации.

Лучшими характеристиками обладают компенсационныестабилизаторы. Это, по сути, автоматические регуляторы, в которых фактическое выходное напряжение сравнивается с эталонным (опорным) напряжением. Получаемый при этом сигнал рассогласования усиливается и воздействует на регулирующий элемент стабилизатора так, чтобы сигнал рассогласования стремился к нулю. Но в этих стабилизаторах в качестве источника опорного напряжения малой мощности используются параметрические стабилизаторы (рис.3).

В данной работе исследуется работа параметрического стабилизатора напряжения, основными параметрами, определяющими качество его работы, являются следующие:

1. Коэффициент стабилизации по входному напряжению, равный отношению относительного приращения напряжения на входе к относительному приращению напряжения на выходе при R_Н = const.

(2.12)

Нередко для стабилизатора применяется величина абсолютногокоэффициента стабилизации

(2.13)

Этот коэффициент равноценен коэффициенту сглаживания фильтра, поэтому он применяется для оценки сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.

2. Выходное сопротивление стабилизатора, характеризующее изменение выходного напряжения при колебаниях тока нагрузки, но при ,

(2.14)

Очевидно, что для стабилизатора R_ВЫХ должно быть малым как при медленных изменениях тока нагрузки (статический режим), но, особенно, - в динамическом режиме, при резких изменениях сопротивления и тока нагрузки. Этот режим называется коммутационным, он сопровождается переходными процессами, которые часто связаны с весьма значительными выбросами или провалами выходного напряжения стабилизатора.

3. Дрейф выходного напряжения, вызванный колебаниями температуры и старением элементов схемы. Дрейф измеряется приращением выходного напряжения на единичное изменение соответствующего параметра - температуры и времени:

, (2.15)

, (2.16)

где: Т – изменение температуры, τ – промежуток времени работы источника от начала его эксплуатации.

4. Коэффициент полезного действия, равный отношению мощности, выделенной в номинальном режиме на нагрузке, к мощности, потребляемой от источника питания стабилизатора

(2.17)

5. Диапазон допустимого изменения выходных и входных напряжений и токов нагрузки, в пределах которого сохраняется заданная степень стабилизации выходного напряжения

; ; (2.18)

В схеме стабилизатора (рис.3) обычно задается необходимое выходное напряжение , которое равно напряжению стабилизации стабилитрона , а также пределы изменения сопротивления нагрузки R_Н.min и R_Н.max, либо предельные значения тока нагрузки и . При этих условиях балластное сопротивление в схеме рис.3 определяется с использованием следующих соотношений

; (2.19)

Качество стабилизации схемы можно оценить, если учесть дифференциальное сопротивление стабилитрона, шунтирующее сопротивление нагрузки R_Н. Если ток нагрузки постоянен ( ), то из схемы рис.3 получаем:

где

Учитывая, что , получим, что . Тогда

С учетом полученного соотношения, абсолютный коэффициент стабилизации (2.13), получается:

и (2.20)

Аналогично, при получим выходное сопротивление

(2.21)