РЭА параметрические

Стабилизатор постоянного напряжения вторичного электропитания

Параметрические стабилизаторы напряжения выполняются на специальных полупроводниковых диодах: стабилитронах и стабисторах. Принцип работы этих диодов рассмотрен ранее. Для стабилизации напряжения при помощи стабилитрона используют обратную ветвь вольт - амперной характеристики полупроводникового диода, а при помощи стабистора – его прямую ветвь.

В стабилитронах используется явление электрического лавинного пробоя. При этом в широком диапазоне изменения тока через диод напряжение на нем меняется незначительно. Для ограничения тока через стабилитрон последовательно с ним включается резистор. Типовая схема включения стабилитрона в параметрическом стабилизаторе приведена на рисунке 2.40.

84

Рисунок 2.40 – Типовая схема параметрического стабилизатора напряжения на одном стабилитроне

Работа типовой схемы стабилизатора, приведенной на рисунке 2.40, происходит следующим образом. Входное напряжение U_вх через гасящий

(балластный) резистор R_г подводится к параллельно включенному стабилитрону VD и сопротивлению нагрузки R_н. Поскольку напряжение на стабилитроне изменяется незначительно, то же относится и к напряжению на нагрузке. Если входное напряжение увеличивается, то практически все приращение ∆U_вх передается на резистор R_г, что приводит к увеличению тока в нем. Это увеличение тока происходит за счет увеличения тока стабилитрона при почти неизменном токе нагрузки.

Коэффициент стабилизации по напряжению (по току) параметрического однокаскадного стабилизатора определяется по формулам:

К _ст(U) = (U_вых/U_вх)·R_г/r_ст, (2.48)

К_ст(I)= R_вых/ R_н, (2.49)

где R_вых – выходное сопротивление одно каскадного стабилизатора

R_вых= (R_г· r_ст)/(R_г+r_ст). (2.50)

Для уменьшения нестабильности, при изменении входного напряжения, используются многокаскадные параметрические стабилизаторы. В таких стабилизаторах выход первого каскада соединен входом второго и т.д. В двухкаскадном параметрическом стабилизаторе должно выполняться условие U_вх>U_ст1>U_ст2. При этом питание второго стабилизатора производится почти неизменным напряжением U_ст1, даже при изменении U_вх. Коэффициент стабилизации определяется по формуле К_ст = К_ст1 · К_ст2. Недостатком такой схемы является пониженный КПД, так как для нее требуется значительное входное напряжение U_вх.

85

г)

Рисунок 2.41 - Схемы двухкаскадного параметрического стабилизатора (а), мостового стабилизатора (б), схема температурной стабилизации (в) и схема однокаскадного параметрического стабилизатора

Мостовой параметрический стабилизатор приведен на рисунке 2.41,б. В этой схеме используется принцип компенсации изменения напряжения стабилизации стабилитрона за счет противоположного изменения напряжения на компенсирующем резисторе R_d. В таком стабилизаторе выходное напряжение равно разности напряжения стабилизации стабилитрона VD и падения напряжения на резисторе R_d.

При увеличении напряжения U_вх увеличивается напряжение на стабилитроне VD. Одновременно с этим увеличивается напряжение на резисторе R_d. Если величина резистора R_d подобрана таким образом, чтобы увеличение напряжения на стабилитроне равно увеличению напряжения на резисторе R_d, то выходное напряжение U_вых почти не изменяется. Для этого необходимо выполнить условие r_ст/R_г1=R_d/R_г2. На практике, однако, удается увеличить К_ст не более чем в пять раз по сравнению с однокаскадным стабилизатором. К недостаткам мостового стабилизатора следует отнести увеличенное выходное сопротивление.

Температурная стабилизация параметрических схем может выполняться посредством компенсации ТКН, как показано на рисунке 2.41,в. Так как стабилитроны с напряжением стабилизации больше 6 В имеют положительный температурный коэффициент напряжения около 4мВ/ °С, а диоды при прямом включении имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения

(около -2 мВ/°С), то при последовательном соединении стабилитрона и двух или

нескольких диодов можно в значительной мере обеспечить температурную стабилизацию напряжения стабилитрона.

Термокомпенсированные стабилитроны можно использовать в качестве источников высокостабильного напряжения, если обеспечить их питание стабильным током. Значительно повысить коэффициент стабилизации в параметрическом однокаскадном стабилизаторе можно, если вместо линейного гасящего резистора Rг (смотри рисунок 2.40) применить высокоомный транзисторный двухполюсник. Схема такого стабилизатора приведена на рисунке 2.42.

Рисунок 2.42 – Схема с высокоомным транзисторным двухполюсником

Работа двухполюсника такая же, как работа фильтра типа ФК. В фильтре ФК ток коллекторный транзистора VT изменяется незначительно, так как рабочая точка транзистора выбирается на горизонтальном участке вольт - амперной характеристики. Если коллекторный ток изменяется незначительно, то и ток протекаемый через стабилитрон изменяться будет незначительно, а следовательно изменения напряжения на стабилитроне уменьшается, за счет чего повышается коэффициент стабилизации.

87

Дата добавления: 2014-01-04