Стабилитрон

Стабилитроном называется полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя при обратном смещении слабо зависит от тока в заданном его диапазоне, и который предназначен для стабилизации уровня напряжения в схеме.

Реальная ВАХ стабилитрона:

ВАХ стабилитрона идеальная:

Основные параметры:

1) U_ст (напряжение стабилизации при заданном токе)

2. Динамическое сопротивление

R_диф=ΔU_ст/ΔI_ст = 0.5 – 200 Ом (определяемое относительным приращением U_ст на стабилитроне к вызывающему его малому приращению тока)

Чем меньше R_диф, тем лучше осуществляется стабилизация.

2. I_{ст min} ток стабилизации минимальный

3. I_{ст max} ток стабилизации максимальный

5) Максимальный ток определяется отношением максимально допустимой мощности к U_ст

I_max≈P_max/U_ст

В качестве стабилитронов применяют кремниевые диоды, обладающие большой устойчивостью к тепловому пробою.

Кремниевые стабилитроны используются для стабилизации напряжений источников питания, а также для фиксации уровней U(I) в различных схемах, в автоматических потенциометрах.

Стабилитрон в схему стабилизации обычно включают так, чтобы p-n-переход был смещен в обратном направлении.

Параметрический стабилизатор

Схема параметрического стабилизатора напряжений состоит из балластного резистора Rбал (для ограничения тока через стабилитрон), и стабилитрона, подключенного параллельно нагрузке, выполняющий основную функцию стабилизации.

Рис. 10. Схема параметрического стабилизатора напряжения

Основные соотношения токов и напряжений в стабилизаторе определяются первым и вторым законами Кирхгофа:

(1)

Расчет стабилизатора сводится к тому, чтобы выбрать стабилитрон и выбрать величину R_бал, тогда из системы уравнений (1) получаем формулу для расчета R_бал:

Стабилитрон выбирается по справочнику, по двум параметрам:

1. I_{ст max}, который не должен превышать максимально допустимый ток через стабилитрон;

2. U_ст напряжение стабилизации, которое определяется напряжением на нагрузочном устройстве.

Основными параметрами стабилизатора являются:

1. Коэффициент стабилизации, равный отношению приращений входного и выходного напряжений. Коэффициент стабилизации характеризует качество работы стабилизатора.

2. Выходное (внутреннее) сопротивление стабилизатора

Для нахождения К_ст и R_вых рассматривается схема замещения стабилизатора для приращений. Нелинейный элемент работает на участке стабилизации, где его сопротивление переменному току R_диф является параметром стабилизатора.

Рис. 12. Схема замещения стабилизатора

Дифференциальное сопротивление R_диф определяется

Для схемы замещения получаем, коэффициент стабилизации определяется:

С учетом, что R_н>>R_диф и R_бал>>R_диф, формула определения коэффициента стабилизации будет выглядеть так:

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения К_ст = 5 - 50

Другой параметр стабилизатора R_вых, согласно теореме об эквивалентном генераторе (U₂ = 0)

т.к. R_бал>>R_диф, то

Для получения повышения стабилизированного напряжения применяют последовательное включение стабилитронов. Параллельное включение стабилитронов не допускается. С целью увеличения коэффициента стабилизации возможно каскадное включение нескольких параметрических стабилизаторов напряжения.