Параметрические стабилизаторы напряжения

Существуют два типа стабилизаторов напряжения: параметрические и компенсационные. В параметрических стабилизаторах используется постоянство напряжения стабилитрона, при изменении протекающего по нему току. Схема параметрического стабилизатора приведена на рис. 1.2 Она состоит из балластного резистора R_Б и стабилитрона VD. Нагрузка подключается параллельно стабилитрону.

Дестабилизирующими факторами схемы являются изменения напряжения источника питания Е изменения сопротивления R_н (тока I_Н) нагрузки.

Приведем основные соотношения, необходимые для расчета параметров стабилизатора.

Главным при расчете стабилизатора является выбор типа стабилитрона на напряжение нагрузки U_cт=U_н и обеспечение условий его работы, при которых изменяющийся в процессе работы ток стабилитрона I_ст не выходил бы за пределы рабочего участка, т. е. не был меньше I_cт.min и больше I_ст.мах рис. 4.1.1.

Основные соотношения токов и напряжений получаем, воспользовавшись первым и вторым законом Кирхгофа:

где: , (3)

Напряжение U_н, определяемое напряжением U_cт, изменяется незначительно, в связи с чем его можно считать неизменным. Тогда при изменении тока нагрузки (сопротивления R_n) и напряжения Е ток I_ст будет изменяться от некоторого минимального до максимального значения. Минимальному значению тока стабилитрона будет соответствовать минимальные значения Е_max и R_min, а максимальному значению тока стабилитрона — максимальные значения Е_мах и R_max. Расчет стабилизатора сводится к тому, чтобы выбрать величину сопротивления R_Б, при которой через стабилитрон протекал бы ток I_ct.min соответствующий началу его рабочей характеристики. Балластное сопротивление определяется выражением:

, (4)

Ток , протекающий через стабилитрон в процессе работы схемы, учитывают выбором типа прибора по току, исходя из того, чтобы этот ток не превышал максимально допустимого значения, указанного в справочнике. Максимальные мощности, рассеиваемые на стабилитроне и резисторе R_E, рассчитывают по формулам:

, (5)

, (6)

Показателем качества стабилизации напряжения служит коэффициент стабилизации К_ст, показывающего во сколько раз относительное приращение напряжения на выходе стабилизатора меньше вызвавшего его относительного приращения напряжения на входе.

4.2. Проведение эксперимента

Эксперимент 1. Измерение напряжения и вычисление тока через стабилитрон.

а). Откройте файл (рис. 4.2.1.). Измерьте значение напряжения U_Ct на стабилитроне при значениях ЭДС источника, приведенных в таблице раздела "Результаты измерений", и занесите результаты измерений в ту же таблицу.

б). Вычислите ток I_Ст стабилитрона для каждого значения напряжения U_CT Результаты вычислений занесите в таблицу.

в). По данным таблицы постройте вольтамперную характеристику стабилитрона.

г). Оцените по вольтамперной характеристике стабилитрона напряжение стабилизации.

д). Вычислите мощность Р_ст, рассеиваемую на стабилитроне при напряжении Е = 20 В.

е). Измерьте наклон ВАХ в области стабилизации напряжения и оцените дифференциаль­ное сопротивление стабилитрона в этой области.

Рис.4.2.1. Схема для измерения напряжения на стабилитроне.

Эксперимент 2. Получение нагрузочной характеристики параметрического стабилизатора.

а). Подключите резистор R_L=75 Ом параллельно стабилитрону. Значение источника ЭДС установите равным 20В. Включите схему. Запишите значение напряжения U_CT на стаби­литроне в раздел "Результаты экспериментов".

б). Повторите пункт а) при коротком замыкании и при сопротивлениях резистора R_L 100 Ом, 300 Ом, 600 Ом, 1 кОм.

в). Рассчитайте ток I_х через резистор R, включенный последовательно с источником, ток I_L через резистор R_L, и ток стабилитрона 1_Ст для каждого значения R_L из таблицы, приведенной в разделе "Результаты экспериментов". Результаты занесите в таблицу.

Эксперимент 3. Получение ВАХ стабилитрона на экране осциллографа.

Откройте файл (рис. 4.2.2.). Включите схему. Запишите в экспериментальные данные напряжение стабилизации, полученное из графика на экране осциллографа.

Рис.4.2.2. Схема для построения ВАХ стабилитрона.

Результаты экспериментов.

Эксперимент 1. Измерение напряжения и вычисление тока через стабилитрон.

а)... в). Данные для построения ВАХ стабилитронов:

Е,В	UПр, мВ	IПР, мА
0
4
6
10
15
20
25
30

Эксперимент 2. Измерение точек нагрузочной характеристики параметрического стабилизатора

Напряжение стабилитрона U_Ct> и значения I_lt I£, I_Ct при Е=20 В

Rl, Ом	Uст> В	I, A	Il> м А	1ст> м А
75
100
200
300
600
IK
К.з.