Параметрические стабилизаторы

В качестве параметрических стабилизаторов постоянного напряжения наиболее часто используются кремниевые стаби­литроны. В отличие от обычных диодов кремниевые стабили­заторы работают на обратной ветви ВАХ в области пробоя и незначительное увеличение напряжения вызывает существенное увеличение тока через стабилитрон. Однако «пробой» перехода не приведет к повреждению стабилитрона, если ток не превышает предельно допустимого значения..

На рис. 4.2 представлена ВАХ кремниевого стабилитрона, область 1—2 характеристики является рабочей.

Кремниевые стабилитроны характеризуются следующими параметрами: номинальным напряжением стабилизациипри номинальном токе стабилитрона; минимально допу­стимым током стабилизациихарактеризующим начало рабочего участка; максимально допустимым током стабилизации при котором мощность, рассеиваемая на стабилит­роне, не превышает максимально допустимого значения; диффе­ренциальным сопротивлением г_ст, определяемым как отношение приращения напряжения стабилизации к приращению тока че­рез стабилитрон; максимально допустимой мощностью, рассеи­ваемой стабилитроном Ртах, при которой температура р-п пере­хода не превышает предельно допустимого значенияразбросом напряжения стабилизации от номинального значения при заданных токе стабилитрона и температуре окружающей среды; средним температурным коэффициентом напряжения стабилизации а_ст, определяемым отношением изменения напря­жения стабилизации в процентах к абсолютному изменению температуры.

Промышленность выпускает стабилитроны на напряжения от единиц до сотен вольт в корпусном и бескорпусном исполне­нии на различные мощности от сотен милливатт до нескольких ватт. Для уменьшения температурного коэффициента последовательно со стабилитроном включают р-п переходы в прямом направлении.

На рис. 4.3, а представлена однокаскадная схема пара­метрического стабилизатора. Она состоит из гасящего резистора включенного последовательно с потребителем, стаби­литрона VD1, включенного параллельно потребителю. Принцип работы однокаскадного параметрического стабили­затора заключается в следующем При увеличении напряжения на входе стабилизатора ток через стабилитрон VD1 резко возрастает, что приводит к увеличению падения напряжения на гасящем резисторе R_n. Приращение напряжения на гасящем резисторе примерно равно приращению напряжения на входе стабилизатора, так что напряжение на выходе стабилизатора при этом изменяется незначительно.

Коэффициент стабилизации однокаскадного параметриче­ского стабилизатора

гдедифференциальное сопротивление стабилитрона.

"Как" видно из (4.1), коэффициент стабилизации зависит от сопротивления резистора R_n и r_CTi. При увеличении сопротивле­ния R_ri необходимо повышать входное напряжение U_0i, поэто­му коэффициент стабилизации не может безгранично увеличиваться. С учетом изменения входного напряжения выражение для коэффициента стабилизации можно представить в следующем виде:

гдеотносительное отклонение напряжения в сети в сто­рону понижения;

— максимально возможный коэффициент стабилизации одно­каскадного параметрического стабилизатора;

Из (4.3) видно, что для выбранного стабилитрона VD1 при известном токе нагрузки коэффициент стабилизации не может быть больше -Внутреннее сопротивление однокаскадного параметриче­ского стабилизатора приближенно равно дифференциальному сопротивлению стабилитрона: -Изменение окружающей температуры приводит к изменению выходного напряжения стабилизатора. Изменение выходного напряжения в зависимости от температуры характеризуется температурным коэффициентом стабилизатора у. который, в свою очередь, зависит от температурного коэффициента напря­жения стабилитрона, применяемого в схеме.

На рис. 4.3, б представлена схема двухкаскадного парамет­рического стабилизатора. Выходной каскад стабилизатора, со­стоящий из стабилитрона VD1 и гасящего резистора R_ru пи­тается от предварительного стабилизатора, выполненного на стабилитронах VD2, VD3 и резисторе R_ri.

Коэффициент стабилизации такой схемы равен произведе­нию коэффициентов стабилизации первого и второго каскадов:

Внутреннее сопротивление схемы на рис. 4.3, б, как и в однокаскадном параметрическом стабилизаторе, равно прибли­женно дифференциальному сопротивлению стабилитрона VD1. Таким образом, применяя многокаскадные параметрические стабилизаторы, можно значительно повышать коэффициент ста­билизации, однако стабильность выходного напряжения при изменении тока нагрузки остается такой же, что и в однокаскадных схемах.

В качестве параметрических стабилизаторов постоянного тока используются нелинейные элементы, ток которых мало зависит от. напряжения, приложенного к ним. Таким элемен­том может быть полевой или биполярный транзистор. Выход­ные и входная характеристики полевого транзистора приведены на рис. 4.4. Такие выходные характеристики имеют полевые транзисторы с р-п переходом и МОП-транзисторы обедненного типа. Из характеристик видно, что если напряжение затвор— исток неизменно, то и ток стока полевого транзистора изме­няется незначительно при изменении напряжения сток—исток.

Широкое распространение получила схема параметрическо­го "стабилизатора тока на полевом транзисторе, когда затвор и исток закороченыПолевой транзистор вклю­чен последовательно с сопротивлением нагрузки. Значение тока нагрузки 1_а=1_с определяется выбором со­противления резистора

Максимальное значение токаСопротивление резистора рассчитывается по формуле

Коэффициент стабилизации по входному напряжению

Стабилизаторы тока с полевым и биполярным транзистора­ми применяют вместо гасящего резистора R_r в параметриче­ских стабилизаторах напряжения (рис. 4.6). Это дает возмож­ность обеспечить получение высокого коэффициента стабилиза­ции, при относительно высоком КПД.

Коэффициент стабилизации по напряжению схемына рис. 4.6 определяется (4.1), в котором для схемы на: рис. 4.6, б

рис. 4.6, крутизна полевого транзисторастатический коэффициент передачи тока и сопротивление коллекто­ра транзистора VT1 в схеме с общим эмиттером; дифференциальное сопротивление стабилитрона VD2. Внутреннее сопротивление схем на рис. 4.6, как и для схем на рис. 4.3, равно дифференциальному сопротивлению стабилитрона. Исходными данными для расчета стабилизаторов явля­ются: номинальное напряжение сети U_u В; частота тока сетиотносительные отклонения напряжения сети как в сторону повышения, так и в сторону понижения a_max, a_mm; номинальное значение выходного напряжениямакси­мальный и минимальный ток и нагрузкикоэффи­циент стабилизациивнутреннее сопротивление r_t\ амплитуда переменной составляющей выходного напряженияпредельные значения температуры окружающей среды.

Лекция 8

Дата добавления: 2014-01-07