Параметрический стабилизатор напряжения

Основу схемы параметрического стабилизатора напряжения (ПСН) составляют: стабилитрон VD и балластный резистор К_б, включенные по схеме, приведенной на рис. 2.15, где [7_ВХ — нестабилизированный источник питания; R₆ — балластное сопротивление; VD — стабилитрон, включенный в обратном направлении; /_н и /_ст — токи нагрузки и стабилизации соответственно. Такой стабилизатор, как правило, подключается к источнику выпрямленного напряжения с фильтром. Входное напряжение U_BX в этом стабилизаторе распределяется на напряжение нагрузки (стабилитрона) и падение напряжения на R₆.

Рис. 2.15. Схема параметрического стабилизатора напряжения.

По второму закону Кирхгофа:

По первому закону Кирхгофа:

Подставляем эти значения в уравнение (2.17).

Пусть внешнее напряжение U_BX изменилось на Д1/_вх, тогда откуда получаем.

Очевидно, что выражение в знаменателе всегда больше единицы, поэтому At/_CT <$: AU_BX. Чтобы уменьшить AU_CT надо уменьшить г_ст и R_H или увеличить R₆. При увеличении R₆ большая часть напряжения источника питания будет падать на балластном сопротивлении R₆ и для сохранения напряжения стабилизации в заданном диапазоне необходимо будет увеличить напряжение источника питания. Кроме этого, на балластном сопротивлении будет также падать полезная мощность источника. Желательно, чтобы на балластном сопротивлении R₆ падало не более 2 В.

Работу стабилизатора также удобно рассмотреть, используя вольтамперную характеристику стабилитрона и смещенную (еще говорят «опрокинутую») ВАХ резистора R₆, изображенные на рис. 2.16.

При увеличении входного напряжения ДU_BX увеличение напряжения стабилитрона (нагрузки) получается небольшим. Это обусловлено тем, что при небольшом увеличении напряжения стабилитрона происходит значительное увеличение тока стабилитрона (Д1/_н и Д7_СТ на рис. 2.16), в результате чего происходит значительное увеличение напряжения на балластном сопротивлении U_R6 (примерно равное увеличению ДН_ВХ). Аналогично происходит и при уменьшении входного напряжения.

Рис. 2.16. Вольт-амперная характеристика стабилитрона и резистора /?_6.

При увеличении сопротивления нагрузки R_H происходит небольшое увеличение напряжения нагрузки U_H. Обусловлено это тем, что при малом увеличении напряжения на стабилитроне существенно увеличивается ток стабилитрона, что приводит к уменьшению тока нагрузки (почти на ту же величину, на которую увеличивается ток стабилитрона). При этом падение напряжения на балластном резисторе R₆ уменьшается незначительно.

Таким образом, в данной схеме при изменении (7_ВХ и К_н напряжение на нагрузке остается почти неизменным, в чем и состоит суть стабилизации напряжения.

Введем параметр — коэффициент стабилизации К_сг. Он определяется выражением.

которое всегда больше единицы. У реальных параметрических стабилизаторов К_ст ~ (10 н- 20). Для повышения стабильности напряжения может применяться схема каскадного соединения стабилитронов (рис. 2.17). В этом случае общий коэффициент стабилизации равен произведению коэффициентов стабилизации отдельных звеньев (ячеек):

к —К .г

^iVCT ^г'-ст1 ^ivct2*.

Рис. 2.17. Каскадное включение стабилитронов.

Если включить последовательно два стабилитрона (рис. 2.18) с разными ТКН, то: VD1 дает Н_ст1~7,5 В (положительный ТКН), VD2 дает U_ct2~0,5 В (отрицательный ТКН). Общее напряжение стабилизации тогда: 1/_ст = U_ct1+U_ct2 ~ 8 В с низким общим ТКН (2.16). Последовательное включение стабилитронов обычно применяется для получения более высоких стабильных напряжений.

Рис. 2.18. Последовательное включение стабилитронов.

Достоинство параметрического стабилизатора — простота схемы, недостатки: невозможность плавного регулирования стабилизированного напряжения, невысокий КПД и небольшой коэффициент стабилизации.