Вопрос 38. Стабилизаторы напряжения

Сглаживающие фильтры позволяют существенно уменьшить уровень пульсаций, но не исключают их полностью. Исключить пульсации позволяют стабилизаторы напряжения.

Полупроводниковый параметрический стабилизатор – это диод, р-n переход которого, при определенных условиях, допускает электрический пробой. Такой диод называют стабилитроном. Пробоем р-n перехода называют явление резкого уменьшения дифференциального сопротивления перехода при достижении обратным напряжением заданного значения. Это значение называют напряжением стабилизации U_cт. Если протекающий через пробитый р-n переход ток ограничивать допустимым значением, то состояние пробоя в стабилитроне можно поддерживать и воспроизводить в течение десятков тысяч часов. Вольт - амперная характеристика стабилитрона приведена на рис. 27.10, а, а схемное обозначение - на рис. 27.10, б.

Рассмотренные свойства и вольт - амперная характеристика стабилитрона показывают, что при прямом включении он будет выполнять роль обычного диода. При обратном включении он также выполняет роль обычного диода, если обратное напряжение | U_обр | меньше напряжения стабилизации | U_ст |.

Когда наступает пробой р-n перехода, его дифференциальное сопротивление резко уменьшается, настолько, что падение напряжения на переходе лишь незначительно изменяется относительно U_ст. В силу этого нормальным включением стабилитрона является обратное. Рабочее напряжение не менее чем 1,5 раза должно превышать напряжение стабилизации U_{ст .} Рабочим участком вольт- амперной характеристики является участок пробоя р-n перехода.

Основными параметрами стабилитронов являются следующие:

-напряжение стабилизации U_ст;

-минимально допустимый ток стабилизации I_{ст мин}.;

-максимально допустимый ток стабилизации I_{ст макс}.;

-дифференциальное сопротивление стабилитрона R_ст = ∆U_ст / ∆I_ст;

-максимально допустимая мощность рассеивания Р_макс.

Схема стабилизатора напряжения приведена на рис. 27.10. в. Схема включает источник питающего напряжения – U_вх (например, напряжение с выхода сглаживающего фильтра), ограничительный резистор R_огр, стабилитрон D, сопротивление нагрузки R_H. Под воздействием входного напряжения через резистор R_огр протекает ток стабилитрона I_ст и ток нагрузки I_H. Поэтому  (27.20)

Напряжение стабилизации U_ст приложено к узлам 1 - 1^' схемы. Под этим напряжением находится и сопротивление нагрузки. Значит, .

Выражение (27.20) можно применять для расчета параметров схемы.