Параметрические стабилизаторы. Принцип параметрической стабилизации

В параметрических стабилизаторах используются нелинейные элементы – стабилитроны.

Они изготавливаются из кремния. В них также имеется p-n переход, однако по сравнению с диодами его ширина невелика. Поэтому, когда на него подается обратное напряжение, в переходе наступает электрический пробой, который не выводит стабилитрон из строя. Именно в режиме пробоя при малейшем увеличении напряжения ток через стабилитрон резко возрастает. Вольтамперная характеристика стабилитрона имеет вид:

Рис. 1

Вольтамперная характеристика стабилитрона имеет обратную ветвь с протяженным участком, на котором относительно большим приращениям тока соответствуют малые приращения напряжения. Режим работы стабилитрона подбирают таким, чтобы ток, проходящий через него, не выходил за пределы максимального и минимального значений. Тогда напряжение на нем будет меняться незначительно, т.е. будет стабилизированным. Это свойство стабилитрона и используется в параметрических стабилизаторах напряжения. Стабилитроны применяют при токах 20 – 30 мА. При изменении питающего напряжения на 10% выходное напряжение изменяется незначительно.

2. Схемы параметрических стабилизаторов напряжения

Стабилизация постоянного напряжения.

Для стабилизации постоянного напряжения применяется простейшая схема, состоящая из балластного сопротивления R и стабилитрона, включенного параллельно нагрузке:

Рис. 2

Такая схема включается после выпрямителя с фильтром. При изменении выпрямленного напряжения напряжение на выходе стабилизатора (на нагрузке) будет оставаться практически неизменным, то есть стабилизированным, так как оно определяется обратным напряжением на стабилитроне. При изменении выпрямленного напряжения изменяются токи через балластный резистор R и через стабилитрон. Это приводит к изменению напряжения на балластном резисторе, а напряжение на нагрузке практически не изменится. Резистор R ограничивает ток стабилитрона и выбирается таким образом, чтобы изменения тока через стабилитрон не выходили за пределы пологого участка вольтамперной характеристики стабилитрона.

В этой схеме при изменении входного напряжения на ток через стабилитрон изменится на , что приведет к незначительным изменениям напряжения на стабилитроне, а следовательно и на нагрузке. Коэффициент стабилизации для этой схемы:

К

Для получения более высокого выходного напряжения несколько стабилитронов соединяют последовательно. В этом случае стабилизированное напряжение равно сумме напряжений на всех стабилитронах.

Если стабилизируемое напряжение должно быть меньше, чем напряжение, даваемое стабилитроном, то последовательно с нагрузкой включают дополнительное сопротивление. Тогда часть напряжения теряется на этом дополнительном резисторе. В результате напряжение на нагрузке будет меньше.

Стабилизация переменного напряжения.

Для стабилизации переменного напряжения включают два стабилитрона встречно:

Рис. 3

При полуволне входного напряжения одной полярности стабилизирующее действие обеспечивается одним стабилитроном, при полуволне другой полярности - вторым стабилитроном.

Такой стабилизатор сильно искажает форму напряжения на выходе.

Многокаскадные стабилизаторы.

Для повышения коэффициента стабилизации используют многокаскадные стабилизаторы:

Рис. 4

Коэффициент многокаскадного стабилизатора:

Кст. = Кст. Кст. …Кст.

3. Расчет параметрических стабилизаторов напряжения

Главным при расчете параметрического стабилизатора является выбор типа стабилитрона и определение величины балластного сопротивления. Для простейшей схемы рисунка 2 расчет сводится к тому, чтобы выбрать величину балластного сопротивления R , при котором через стабилитрон протекал бы ток I , соответствующий началу пологого участка вольтамперной характеристики стабилитрона. В связи с этим:

R =

После определения R рассчитывается I :

I =