Стабилизаторы напряжения

Существует большое разнообразие диодов с различными свойствами. Мы уже упоминали туннельные диоды, которые имеют на вольт-амперной характеристике участок с отрицательным сопротивлением, и варикапы, которые в закрытом состоянии меняют свою ёмкость под действием приложенного напряжения.

Мы рассмотрим ещё один тип диода, который применяется почти в каждом радиоэлектронном устройстве. Это стабилитрон.

Рис. 4.29.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона КС139.

Проведены касательные в разных точках участка стабилизации и приведены дифференциальные сопротивления стабилитрона в этих точках.

.

Для примера на рис. 4.29 приведена вольт-амперная характеристика стабилитрона КС139. В прямом направлении ток начинается при напряжении около 0.7 В, как и у всех кремниевых диодов. Но в обратном направлении при напряжении около 4 В начинается пробой диода и ток сильно меняется с напряжением. Это свойство и используют в стабилизаторах напряжения.

Рис. 4.30.

Схема простейшего параметрического стабилизатора напряжения.

Дифференциальное сопротивление на падающем участке характеристики стабилитрона может быть меньше других сопротивлений в схеме на рис. 4.30. У нашего экземпляра стабилитрона КС139 это сопротивление при токе стабилизации около 30 мА равно 6.7 Ом, а напряжение стабилизации +4.5 В (см. рис. 4.29). При токе i = 90 мА r_CT = 2 Ома.

Коэффициент стабилизации определяют как отношение относительных изменений напряжений на входе и на выходе стабилизатора.

(4.13)

Если добавить правила Кирхгофа

то можно для коэффициента стабилизации получить такую формулу:

если выбрать r_CТ достаточно маленьким

и то (4.14)

Для примера выберем сопротивление нагрузки R_Н = 1кОм, средний ток стабилитрона i_CT = 30 мА, U_ВХ = 10 В, U_ВЫХ = 4.5 В. Тогда i_H = 4.5 мА, i_BX = i_CT + i_H = 34.5 мА, а балластное сопротивление придётся взять равным

При i_CT = 30 мА r_CT = 6.7 Ом (см. рис. 4.29). Тогда

Нагрузкой стабилизатора часто является устройство, у которого меняется потребляемый ток. Если потребляемый ток снизился до нуля, то есть R_H → ∞, то ток через стабилитрон увеличится до 34.5 мА, а напряжение на стабилитроне снизится всего на 0.03 В. Если определить минимальный ток через стабилитрон в этой схеме 20 мА, то максимальный ток нагрузки будет i_BX – i_CT = i_H = 34.5 – 20 = 14 мА и минимальное допустимое сопротивление нагрузки будет

Транзисторы