Параметрические стабилизаторы напряжения

Простейшим стабилизатором постоянного напряже­ния является параметрический стабилизатор, схема ко­торого приведена на рис. 18.11. Стабилизация напря­жения необходима в тех случаях, когда напряжение пи­тания какого-либо участка электронного устройства не должно изменяться при изменениях напряжения пер­вичного источника питания (напряжения сети или ба­тареи), а также при изменениях тока, потребляемого этим участком устройства. Может также оказаться не­обходимым стабилизировать питание всего устройства. Строго говоря, добиться идеальной стабилизации, то есть совершенно постоянного напряжения на выходе стабилизатора, нельзя. Поэтому задачей стабилизатора является ослабить влияние изменений входного напряжения и изменений тока нагрузки на его выходное нап­ряжение.

Принцип действия параметрического стабилизатора основан на свойстве стабилитрона резко изменять про­ходящий через него ток при небольших изменениях при­ложенного напряжения. От этого параметра и зависит степень стабилизации напряжения, что послужило при­чиной названия такой схемы. Каждый тип стабилитро­на характеризуется напряжением стабилизации U_ст, минимальным I_мин и максимальным I_макс токами ста­билизации. Стабилизация напряжения на сопротивле­нии нагрузки R_Hосуществляется за счет того, что почти все изменение входного напряжения благодаря измене­нию тока через стабилитрон падает на балластном ре­зисторе R₆.Через балластный резистор протекает сум­ма токов стабилитрона и нагрузки. При увеличении входного напряжения увеличивается напряжение на нагрузке и на стабилитроне, что вызывает резкое уве­личение тока через стабилитрон. Увеличивается паде­ние напряжения на балластном резисторе, поэтому уве­личение напряжения на стабилитроне и на нагрузке оказывается значительно меньше, чем изменение вход­ного напряжения. Аналогично происходит стабилизация и при уменьшении входного напряжения. При увеличе­нии тока нагрузки напряжение на ней и на стабилитро­не уменьшается, что приводит к резкому уменьшению тока стабилитрона. Поэтому суммарный ток через бал­ластный резистор поддерживается почти прежней ве­личины, чем и достигается стабилизация выходного напряжения.

При расчете параметрического стабилизатора нуж­но знать номинальный ток нагрузки и выбрать номи­нальный ток стабилитрона, примерно равный полусум­ме его минимального и максимального токов стабили­зации. Сложив номинальные токи стабилитрона и на­грузки, находят номинальный ток через балластный резистор. Затем выбирают входное напряжение U₀, при­мерно равное 1,5 U_ст. Чем больше входное напряжение, тем лучше стабилизация. Наконец, определяется сопро­тивление балластного резистора, Для этого разность между входным напряжением и напряжением стабили­зации делится на ток через балластный резистор. Пе­ремножая эти же величины, находят мощность, вы­деляемую на балластном резисторе в номинальном режиме. На этом расчет стабилизатора заканчива­ется.

Можно определить значения максимального и мини­мального входного наиряжений, при которых будет под­держиваться стабилизация выходного напряжения. Для этого к току нагрузки прибавляют максимальный или минимальный ток стабилитрона и сумму умножают на сопротивление балластного резистора, определяя паде­ние на нем напряжения при максимальном и мини­мальном токах. Прибавив к полученным падениям нап­ряжения напряжение стабилизации, находятся пределы входного напряжения. Чем меньше ток нагрузки по сравнению с током ста­билитрона, тем лучше стабилизация. Иногда полагают, что если ток нагрузки в несколько раз больше номи­нального тока имеющегося стабилитрона, его нельзя использовать для стабилизации. Такое мнение ошибоч­но: в подобных случаях сокращаются пределы измене­ния входного напряжения, при которых обеспечивается стабилизация и приходится увеличивать входное нап­ряжение и соответственно балластное сопротивление.

Промышленностью выпускается широкий ассорти­мент кремниевых стабилитронов на самые различные напряжения стабилизации, минимальные и максималь­ные токи. Однако в устаревшей аппаратуре еще встре­чаются газонаполненные стабилитроны, которые также характеризуются аналогичными, приведенными выше параметрами. Схемы их включения и способ расчета стабилизатора те же.