Стабилитрон. Стабилитрон – полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения на приемнике электрической энергии

Стабилитрон – полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения на приемнике электрической энергии. Принцип работы стабилитрона основан на создании условий протекания в нем обратного тока по механизму лавинного пробоя, когда обратное падение напряжения на диоде слабо зависит от изменения обратного тока. При этом напряжение на нагрузке, включенной параллельно стабилитрону, также слабо зависит от протекающего через нее тока.

Схема стабилизатора напряжения с использованием стабилитрона представлена на рис.52.

Рис.52. Схема стабилизатора напряжения с применением стабилитрона (а) и его условное обозначение (б)

Вольт-амперная характеристика стабилитрона имеет вид, рис.52:

Рис.52. ВАХ стабилитрона (а) и ее обратная ветвь (б), повернутая на 180⁰ относительно начала координат с отображением параметров стабилизации

Основными параметрами стабилитрона являются: напряжение стабилизации, минимальный и максимальный токи стабилизации, рис. 2, дифференциальное сопротивление - отношение приращения напряжения к приращению тока на участке стабилизации ВАХ DU/DI.

Анализ приведенных рисунков показывает, что, например, при уменьшении сопротивления нагрузки ток через нее и общий ток через R_ВНУТ и R_ОГР, включенных последовательно, должен увеличиться. Это должно привести к увеличению падения напряжения на них и соответствующему уменьшению падения напряжения на параллельно включенных VD и R_ПР. Тогда ток через стабилитрон должен уменьшиться, общий ток через R_ВНУТ и R_ОГР уменьшиться, а напряжение на параллельно включенных VD и R_ПР несколько увеличиться. Таким способом осуществляется стабилизация напряжения на нагрузочном сопротивлении.

Для более точного анализа процесса стабилизации нужно построить обобщенную характеристику параллельно включенных VD и R_ПР. Так как эти элементы включены параллельно, то суммарная ВАХ является результатом сложения токов при одинаковых напряжениях на VD и R_ПР, рис.53.

Как видно из этого рисунка, относительное изменение стабилизируемого напряжения значительно меньше изменения тока в питающей цепи. Т.е. изменение тока в нагрузочном сопротивлении не вызывает существенного изменения напряжения на нагрузке. Можно также сделать вывод, что стабилизация напряжения приводит и к стабилизации тока через нагрузку.

Рис.53. Графики, показывающие порядок построения результирующей ВАХ параллельно включенных VD и R_ПР и изменение стабилизируемого напряжения при изменении напряжения питания Е±DЕ.

Стабилизировать напряжение более точно можно с применением стабилитрона совместно с транзисторами, рис.54, у которых, как известно ток коллектора (стока) слабо зависит от напряжения между коллектором и эмиттером или коллектором и базой (или аналогичными электродами полевого транзистора).

Рис.54. Схема компенсационного стабилизатора напряжения (а) и его структурная схема (б): БС – блок сравнения, У – усилитель постоянного тока, РЭ – регулирующий элемент (на схеме VT2)

Согласно структурной схеме, рис.54.б, выходное напряжение сравнивается с установленным напряжением стабилизации в блоке БС. Напряжение рассогласования с соответствующим знаком преобразованное в пропорциональную величину тока, подается на усилитель тока У, который задает ток рассогласования на РЭ, изменяющий выходное напряжение до заданного уровня.

По схеме, рис.54.а. потенциал на эмиттере VT2 поддерживается постоянным стабилитроном VD. Номинальное напряжение стабилизации регулируется установкой разности потенциалов между базой и эмиттером VT2 делителем напряжения R1 – R2 – R3.

Например, при увеличении напряжения на входе U_ВХ незначительно увеличится напряжение на коллекторе VT2, что приведет к увеличению тока через VT1 и увеличению напряжения на делителе R1 – R2 – R3 и нагрузке. В то же время увеличение напряжения на делителе приведет к увеличению тока через транзистор VT2 и снижению напряжения на его коллекторе, снижению напряжения на базе VT1 и уменьшению тока через VT1 и нагрузку, т.е. возврату напряжения на нагрузке к исходному значению. Применение транзисторов и стабилитрона с использованием свойств их ВАХ, а именно независимость напряжения стабилитрона в некотором диапазоне изменения тока через него и тока коллектора транзистора от напряжения коллектор-эмиттер, позволяет увеличить точность стабилизации напряжения на нагрузке.

Стабилизация напряжения характеризуется коэффициентом стабилизации К_СТ.U, который определяется как:

, (39)

где DU_ВХ – изменение напряжения на входе относительно номинального U_ВХ.НОМ; DU_ПР – изменение напряжения на нагрузке относительно номинального напряжения стабилизации U_ПР.НОМ. Коэффициент стабилизации может достигать значений порядка 1000.

Дата добавления: 2015-05-06