1.11 Параметрический стабилизатор напряжения на основе стабилитрона.

Д ля стабилизации напряжения на нагрузке R_н (резистор с сопротивлением R_н) применяют параметрические стабилизаторы напряжения. Такие стабилизаторы называют параметрическими потому, что их принцип действия основан на использовании такого параметра стабилитрона, как напряжение стабилизации, т.е. особенности ВАХ стабилитрона. Схема параметрического стабилизатора напряжения, выполненного на основе стабилитрона, приведена на рис.1.17. Параметрический стабилизатор напряжения состоит из балластного резистора и стабилитрона . На схеме (рис.1.17) также показаны источник ЭДС Е, питающий схему и сопротивление нагрузки .

Рис. 1.17 Схема параметрического стабилизатора

Параметрический стабилизатор напряжения предназначен для обеспечения стабильного напряжения на нагрузке при воздействии дестабилизирующих факторов, к которым относят изменение величины ЭДС источника и величины сопротивления нагрузки.

Для левого контура схемы (рис.1.17) можно записать:

, (1.2)

а верхнего узла:

, (1.3)

(В схеме рис.1.22 положительное направление тока через стабилитрон выбрано противоположным прямому току через диод или стабилитрон. Поэтому при увеличении тока через стабилитрон рабочая точка на ВАХ стабилитрона (рис.1.18) будет перемещаться вниз, т.е. на ВАХ будут возрастать (по абсолютной величине) отрицательные значения тока через стабилитрон.)

Рис 1.18 ВАХ стабилитрона

Учитывая, что , запишем ток нагрузки:

. (1.4)

Выразим из (2) ток через стабилитрон и с учетом (1) и (3) получим:

. (1.5)

Пусть и произвольно варьируются от некоторых минимальных значений и до некоторых максимальных – и . Из анализа (1.5) следует, что: если увеличить, то ток через стабилитрон увеличивается, и если увеличить, то ток через стабилитрон увеличивается (по абсолютной величине). В противных случаях ток через стабилитрон уменьшается (по абсолютной величине).

Возможны четыре сочетания крайних значений ЭДС и сопротивления нагрузки:

и ; (1.6)

и ; (1.7)

и ; (1.8)

и . (1.9)

На основании вышеизложенного и с учетом (1.5) следует, что минимальный (по абсолютной величине) ток через стабилитрон будет в случае (1.6), а максимальный – в случае (1.9).

При расчете величины сопротивления балластного резистора в схеме (рис.1.17) обычно придерживаются следующей методики:

1. Выражение (1.5) преобразуется к виду:

, (1.10)

В (1.10) подставляются значения и согласно (1.6). При этом ток через стабилитрон примет минимальное значение. Поскольку для обеспечения режима стабилизации напряжения на нагрузке ток через стабилитрон не должен быть меньше минимального (по абсолютной величине), то в (1.10) вместо следует подставить . После проведения вычислений по (1.10) определяется величины сопротивления балластного резистора .

2. Выражение (1.5) преобразуется к виду:

, (1.11)

В (1.11) подставляются значения и согласно (1.9). При этом ток через стабилитрон примет минимальное значение , определяемое по (1.11). Поскольку для обеспечения работоспособности параметрического стабилизатора (рис.1.17) ток через стабилитрон не должен быть больше минимального (по абсолютной величине) допустимого тока через стабилитрон , то следует проверить выполнение условия:

. (1.12)

В случае выполнения (1.12) параметрический стабилизатор считается работоспособным. В случае нарушения (1.12) параметрический стабилизатор считается неработоспособным, т.к. стабилитрон выйдет из строя из-за перегрузки по току. Необходимо применить в схеме стабилитрон другой марки с большим значением допустимого максимального тока или использовать другое схемотехническое решение для стабилизации напряжения на нагрузке.