Напряжение на стабилитроне. Принцип действия, расчет

Для нормальной работы такого стабилизатора необходимо, чтобы ток I_ст, протекающий через стабилитрон, не был меньше, чем I_{ст. мин}, и больше, чем I_{ст. макс}. При изменении тока, протекающего через стабилитрон в этих пределах, на нем и на подключенной параллельно ему нагрузке R_H напряжение, называемое напряжением стабилизации U_CT, стабилитрона, будет оставаться постоянным.

Однако для стабилитронов одного и того же типа это напряжение будет неодинаковым. Поэтому в справочниках приводятся обычно минимальная и максимальная границы значений напряжения или указывается номинальное напряжение стабилизации U_CT и его допустимый разброс ΔU_CT.
Если напряжение U_вх, поступающее на вход стабилизатора, в процессе работы может изменяться от некоторого наименьшего значения U_{вх. мин} до наибольшего U_{вх. макс}, то при неизменном напряжении на стабилитроне все изменения входного напряжения должны гаситься на резисторе R1. Поэтому резистор R1 называют гасящим, или балластным. Чтобы при этом изменения тока, протекающего через стабилитрон, не выходили за пределы, ограниченные значениями I_ст.мин и I_{ст.макс}, нужно правильно рассчитать сопротивление этого резистора.
Отношение относительного изменения напряжения на входе стабилизатора (ΔU_BX/U_BX) к относительному изменению напряжения на его выходе (ΔU_вых/U_вых) называют коэффициентом стабилизации (К_ст).
Следовательно,

Стабилизатор на кремниевом стабилитроне имеет еще одно свойство. Дело в том, что стабилитрон обладает очень малым сопротивлением переменному (пульсирующему) току, называемым дифференциальным сопротивлением — r_д.ст. Чем круче характеристика в области пробоя, тем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона. Для большинства маломощных стабилитронов r_д.ст = 5...15 Ом. Вместе с резистором R1 дифференциальное сопротивление стабилитрона образует делитель, между плечами которого распределяются как постоянная составляющая выпрямленного напряжения, так и его пульсации. Если амплитуду пульсаций на входе стабилизатора обозначить через U_п.вх, а на выходе — через U_п.вых, то в соответствии с рисунком, (б) получим

Снижение пульсаций в выходном напряжении свидетельствует об уменьшении коэффициента пульсаций. Таким образом, простейший стабилизатор помимо стабилизации выходного напряжения осуществляет сглаживание пульсаций в выходном напряжении.
Важным параметром стабилизатора является его выходное сопротивление (R_вых), которое определяется как отношение изменения выходного напряжения стабилизатора к изменению тока нагрузки (ΔI_н) при неизменном входном напряжении:
R_вых= ΔU_вых/ΔI_н
Для простейшего стабилизатора R_вых ≈ r_д.ст.