4. Стабилизаторы напряжения

Электронные стабилизаторы постоянного напряжения делятся на два основных типа: непрерывного регулирования и импульсного. Стабилизаторы непрерывного типа имеют в своем составе элемент, регулирующий напряжение в непрерывном режиме (транзистор в активном режиме). Можно разделить все стабилизаторы также по способу подключения регулирующего элемента относительно нагрузки на последовательные и параллельные.

Наиболее простым стабилизатором параллельного типа является параметрический стабилизатор на основе стабилитрона - диода, ВАХ которого на отрицательном участке имеет значительную крутизну. Параметрический стабилизатор используется в качестве источника эталонного напряжения и источника питания для небольших нагрузок.

Для расчета параметрического стабилизатора напряжения необходимо знать следующие параметры стабилитрона:

      - номинальное напряжение стабилизации;

   - максимальный допустимый ток стабилитрона;

    - минимальный ток в режиме стабилизации;

   - максимальная мощность, рассеиваемая стабилитроном.

Для оценки качества стабилизатора (коэффициент стабилизации, выходное сопротивление, температурные свойства) необходимо знать также:

        - дифференциальное сопротивление стабилитрона;

   - температурный коэффициент напряжения стабилизации.

Пример. Определить величину балластного сопротивления, необходимого для построения параметрического стабилизатора напряжения и определить коэффициент стабилизации, если нагрузка имеет постоянное сопротивление 500 Ом. Напряжение стабилизации 10В, входное напряжение - 15В, - 5мА, - 50 мА, - 200 мВт, - 1 Ом.

Решение: Выберем рабочий ток стабилитрона равным 10мА, что обеспечивает достаточную крутизну ВАХ, при этом на стабилитроне рассеивается мощность =100мВт, что не превышает . Ток через нагрузку равен - = 20мА. Суммарный ток, таким образом, равен 30мА, тогда балластное сопротивление равно: =167 Ом. Из ряда номиналов выбираем резистор сопротивлением 160 Ом. Мощность, рассеиваемая балластным сопротивлением =150мВт.

Коэффициент стабилизации равен: =106.

Необходимо отметить, что параметрический стабилизатор нечувствителен к короткому замыканию на выходе, самым тяжелым режимом для стабилитрона является как раз режим холостого хода. Для снижения выходного сопротивления и повышения КПД применяют схему с последовательным включением нагрузки (рис. 4). Расчет этой схемы аналогичен рассмотренному примеру с учетом того, что нагрузкой параметрического стабилизатора является эмиттерный повторитель. Выходное сопротивление такого стабилизатора определяется по формуле для выходного сопротивления схемы с общим коллектором.

Рисунок 4. - Параметрический стабилизатор напряжения с эмиттерным
повторителем

Задача. Рассчитать схему стабилизатора напряжения, определить мощность, рассеиваемую на транзисторе, коэффициент стабилизации, выходное сопротивление, коэффициент стабилизации устройства. Транзистор и стабилитрон выбрать самостоятельно, данные приведены в табл. 5.

Таблица 5