Параметрические стабилизаторы

Схема простейшего параметрического стабилизатора постоянного напряжения приведена на рис. 7.15, а. Ток через балластный резистор R _б равен сумме тока нагрузки и тока, протекающего через стабилитрон.

При изменении напряжения на входе стабилизатора ток через стабилитрон в соответствии с его вольтамперной характеристикой (рис. 7.15, б) меняется в широких пределах, что приводит к соответствующему изменению падения напряжения на резисторе R _б, а напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на нагрузке при этом изменяется незначительно.

Коэффициент стабилизации напряжения для простейшего параметрического стабилизатора может быть приближенно выражен формулой:

где r _диф = Δ U _ст/Δ I _ст – дифференциальное сопротивление стабилитрона. Погрешность приближения невелика при условии R _б/ r _диф >> 1.

Очевидно, что с увеличением значения R _бувеличивается коэффициент стабилизации, однако при этом вследствие увеличения падения напряжения на резисторе R _б уменьшается его КПД. Отношение U _вых /U _вхрекомендуется выбирать в диапазоне 0,3 – 0,7; при этом может быть получена величина коэффициента стабилизации порядка 10 – 30.

Стабилитроны, предназначенные для использования в параметрических стабилизаторах постоянного напряжения, как правило, должны характеризоваться высокой стабильностью их параметров в диапазоне рабочих температур. У большинства стабилитронов с напряжением стабилизации больше 6 В ТКН имеет положительное значение, т.е. увеличение рабочей температуры всегда приводит к увеличению напряжения стабилизации, а уменьшение рабочей температуры – к его уменьшению. У стабилитронов с напряжением стабилизации менее 5 В ТКН отрицателен.

Если к температурной стабильности выходного напряжения предъявляются жесткие требования, необходимо вводить в схему стабилизатора дополнительные термокомпенсирующие элементы. Наиболее часто для этой цели последовательно со стабилитроном включают обычные кремниевые диоды, ТКН которых отрицателен. Путем подбора соответствующих типов и количества дополнительных термокомпенсирующих диодов удается получить высокую температурную стабильность напряжения на нагрузке. Такой способ уменьшения ТКН реализован в специальных термокомпенсированных стабилитронах типов Д818А – Д818Е, КС196А – КС196Г, выпускаемых отечественной промышленностью. К основному недостатку данного способа термокомпенсации относится увеличение дифференциального сопротивления цепи, состоящей из последовательно включенных стабилитрона и компенсирующих диодов. Это приводит к уменьшению коэффициента стабилизации напряжения.

Для увеличения коэффициента стабилизации может использоваться последовательное включение нескольких параметрических стабилизаторов, когда вход каждого последующего стабилизатора подключается к выходу предыдущего. Общий коэффициент стабилизации напряжения многокаскадного параметрического стабилизатора равен произведению коэффициентов стабилизации всех его каскадов. Например, для двухкаскадного параметрического стабилизатора, выполненного на стабилитронах типа Д814А, при токе стабилизации 10 мА можно получить нестабильность выходного напряжения до 0,002%. Основной недостаток многокаскадных параметрических стабилизаторов заключается в их низком КПД и в необходимости существенного повышения входного напряжения по отношению к напряжению на нагрузке.

В параметрических стабилизаторах значения тока нагрузки и тока через стабилитрон – величины одного порядка. Для увеличения диапазона токов нагрузки параметрический стабилизатор дополняют эмиттерным повторителем (рис. 7.16). При этом предельный ток нагрузки увеличивается в h _21э раз, выходное напряжение уменьшается на величину U _бэ, а стабильность несколько ухудшается, так как величина U _бэ зависит от тока и от температуры перехода транзистора.