5.1.2 Параметрический стабилизатор напряжения

В параметрических СН в качестве элемента стабилизации обычно используют стабилитрон, который представляет собой диод, работающий на обратной ветви ВАХ в режиме обратимого пробоя (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 – Обратная ветвь ВАХ стабилитрона

Основными параметрами стабилитрона являются: напряжение стабилизации при заданном токе стабилитрона ; дифференциальное сопротивление на рабочем участке ВАХ ; минимальный и максимальный рабочие токи и .

Схема простого параметрического СН представлена на рис. 5.2, а.

а)	б)
Рисунок 5.2 – Параметрический стабилизатор

СН содержит стабилитрон и балластный резистор . К выходу параллельно стабилитрону подключена нагрузка . На вход подается положительное напряжение, большее напряжения стабилизации стабилитрона. В схеме протекают токи, как показано на рисунке. При этом ток балластного резистора равен сумме токов стабилитрона и нагрузки: . Поскольку нагрузка включена параллельно стабилитрону, то выходное напряжение СН определяется его напряжением стабилизации: . На резисторе падает избыток входного напряжения.

Рассмотрим принцип работы СН.

Пусть сопротивление нагрузки постоянно, а входное напряжение изменяется, например, уменьшается. Тогда уменьшается ток балластного резистора . Благодаря малому дифференциальному сопротивлению стабилитрона по сравнению с сопротивлением нагрузки изменение тока сопровождается таким же изменением (уменьшением) тока стабилитрона, а ток нагрузки останется неизменным. Следовательно, напряжение в нагрузке не изменяется.

Пусть входное напряжение постоянно, а сопротивление нагрузки изменяется, например, уменьшается. При этом происходит перераспределение тока балластного резистора между стабилитроном и нагрузкой: ток стабилитрона уменьшается, а ток нагрузки возрастает. Выходное напряжение остается неизменным.

Найдем основные параметры стабилизатора через параметры компонентов схемы.

1. Выходное напряжение, как показано выше, равно напряжению стабилизации стабилитрона:

. (5.1.1)

2. Коэффициент стабилизации можно определить, используя эквивалентную схему параметрического СН для переменного сигнала, показанную на рис. 5.2, б. Схема представляет собой делитель напряжения, поэтому изменение напряжения на выходе можно найти по формуле

.

Подставляя в выражение для коэффициента стабилизации и учитывая, что обычно выполняется неравенство , получаем

. (5.1.2)

Как видно из формулы, увеличение коэффициента стабилизации можно получить путем увеличения и уменьшения . Однако первое мало эффективно, так как при увеличении сопротивления балластного резистора необходимо увеличивать входное напряжение , чтобы сохранить неизменным входной (рабочий) ток стабилизатора.

3. Выходное сопротивление СН определяется при отключенной нагрузке. Если считать, что входное напряжение подается от идеального источника напряжения, то при определении выходного сопротивления в эквивалентной схеме для переменного сигнала компоненты и оказываются включенными параллельно друг другу. Поскольку из них существенно меньше, то оно и определяет выходное сопротивление СН:

. (5.1.3)

Таким образом, все основные параметры простого параметрического СН определяются исключительно свойствами стабилитрона, следовательно, выбору стабилитрона при проектировании СН должно уделяться особое внимание.

Как видно из принципа работы, максимальный ток нагрузки параметрического СН не может превышать максимальный ток стабилитрона . Для увеличения выходного тока используют усилитель на основе БТ с ОК (рис. 5.3).

Рисунок 5.3 – Схема стабилизатора с усилителем тока

В этой схеме выходной ток простого параметрического СН на элементах и является током базы , а ток нагрузки – током эмиттера БТ. Поэтому достигается увеличение тока нагрузки в раз.

Выходное напряжение СН с усилителем тока составляет . Коэффициент стабилизации такой же, как у простого стабилизатора, а выходное сопротивление равно сопротивлению БТ со стороны эмиттера для переменного сигнала: .

Параметрические СН используются в маломощных источниках питания с выходным током до 15…20 мА, а также в качестве источников опорного напряжения в компенсационных и импульсных СН.