Параметрический стабилизатор напряжения постоянного тока на полупроводниковом стабилитроне

Тема 5. Стабилизаторы

Общие сведения о стабилизаторах

Стабилизаторы предназначены для автоматического поддержания на нагрузке напряжения (или тока) заданного уровня в условиях, когда напряжение питающей сети меняется. В общем случае стабильность питающих токов и напряжений должна быть обеспечена не только при изменении напряжения сети, но и при изменении нагрузки, температуры окружающей среды и других дестабилизирующих факторов.

Использование стабилизаторов обеспечивает необходимое качество работы систем автоматики и телемеханики и их отдельных устройств: датчиков, усилителей, исполнительных и индикаторных и других устройств.

На практике наибольшее распространение получили стабилизаторы напряжения постоянного тока.

Обычно на вход такого стабилизатора подается напряжение от выпрямителя, иногда - от другого источника постоянного напряжения, например, от химического элемента. К выходу стабилизатора подключается нагрузка.

Обобщенная характеристика стабилизатора напряжения приведена на рис. 4.1. Рабочий участок характеристики стабилизатора – АВ.

Как видно из рисунка, на участке АВ при изменении входного в широких пределах (от Uвх мин до Uвх макс) выходное напряжение меняется в незначительных пределах (от Uвых мин до Uвых макс).

Основным параметром, характеризующим качество работы стабилиза­тора, является его коэффициент стабилизации по напряжению:

S =

где и Uвхн Uвыхн - соответственно номинальные значения входного и выходного напряжений стабилизатора;

ΔUвх и ΔUвых — изменения входного и соответствующего ему изменения выходного напряжения на рабочем участке характеристики:

ΔUвх = Uвх макс - Uвх мин;

ΔUвых = Uвых макс - Uвых мин.

По принципу действия различают два типа стабилизаторов напряжения: параметрические и компенсационные. Параметрические стабилизаторы просты по конструкции и надежны в работе, но их недостатком является относительно низкий коэффициент стабилизации его значения составляют несколько десятков единиц. Компенсационные стабилизаторы имеют высокий коэффициент стабилизации – до нескольких тысяч единиц.

Параметрический стабилизатор напряжения постоянного тока на полупроводниковом стабилитроне

Параметрические стабилизаторы строят на эле­ментах с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Такими элементами могут быть полупроводниковые стаби­литроны.

На рис.4.2. представлена простейшая схема параметрического стабилизатора на стабилитроне.

В этой схеме стабилитрон VD включен под обратное напряжение к выходу выпрямителя через балластное сопротивление Rб. Параллельно стабилитрону подключена нагрузка Rн.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона в этой схеме включения показана на рис. 4.3.

Участок характеристики АВ (участок пробоя стабилитрона) – является рабочим участком на характеристике стабилитрона. Средняя точка на участке АВ определяет номинальный режим работы стабилитрона. Среднее значение напряжения на участке АВ называется напряжением стабилизации стабилитрона Uст. Значения тока на участке стабилизации I мин и Iмакс называются током стабилиции стабилитрона. Для разных типов стабилитронов Uст, Iмин и Iмакс имеют разные значения. В таблице 4 приведены значения Uст, Iмин и Iмакс для некоторых типов стабилитронов.

Таблица 4

Стабилизирующие свойства схемы стабилизатора на стабилитроне можно объяснить следующим образом.

В номинальном режиме (при Uвх = Uст) напряжение на стабилитроне VD и нагрузке Rн равно

Uвых н = Uвх н - (Icт н + Iн)Rб

При увеличении Uвх резко возрастает ток через стаби­литрон Iст, увеличивается падение напряжения на балласт­ном резисторе Rб, что компенсирует увеличение входного напряжения, и напряжение на нагрузке меняется мало. При снижении Uвх ток Iст быстро уменьшается, уменьшает­ся падение напряжения на Rб. Следовательно напряжение Uвых поддерживается на практически на прежнем уровне:

U вых =U вых н = U ст

Промышленностью выпускаются стабилитроны разных типов, рассчитанные на разные значения напряжения стабилизации U ст. Используя разные типы стабилитронов, можно создавать стабилизаторы на нужный номинал выходного стабильного напряжения.

Расчет величины сопротивления резистора Rб выполняется по формуле:

Rб= .

Задача. Определить величину выходного напряжения стабилизатора, собранного на стабилитроне КС210Б.

Решение:

Для параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне величина выходного напряжения равна напряжению стабилизации стабилитрона: U вых = U ст.

Пользуясь справочником по полупроводниковым приборам находим величину напряжения стабилизации для стабилитрона КС210Б:

U ст= 10 В

Таким образом получаем

Ответ: U вых= 10 В

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: