7.Параметрические стабилизаторы напряжения (псн)

7.1.Назначение и основные параметры и характеристики псн

ПСН вторичного электропитания – это ПСНВЭ аппаратуры, в котором отсутствует цепь обратной связи и стабилизация осуществляется за счет использования нелинейных элементов, входящих в его состав [12, 22, 24, 61].

Такими элементами могут быть, например, кремниевый стабилитрон (чаще всего), а также дроссель насыщения или газоразрядный стабилитрон (так было раньше). У этих элементов с нелинейной вольтамперной характеристикой напряжение на электродах мало зависит от протекающего через элемент тока.

ПСНВЭ применяются для питания аппаратуры, с небольшой выходной мощностью. Особенно широко ПСНВЭ используется в качестве источников опорного (эталонного) напряжения в компенсационных стабилизаторах напряжения.

В последние годы в качестве источника опорного напряжения широко используются микросхема 142ЕН19.

Основные параметры кремниевого стабилитрона. Понятие о температурном коэффициенте напряжения (ТКН)

На рис.16 показана вольтамперная характеристика кремниевого стабилитрона.

а б

Рис.16

Параметрами, характеризующими работу стабилитрона, являются:

Напряжение стабилизации и соответствующий ему ток стабилизации .

В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются кремниевые стабилитроны с =(0,7-180)В, при типовом разбросе номинальных значений и и на токи стабилизации от единиц миллиампер до единиц ампер.

Максимально допустимый ток стабилизации ограничен значением максимально допустимой рассеиваемой мощности , зависящей, в свою очередь, от температуры окружающей среды.

Минимальный ток стабилизации определяется минимальным значением тока через стабилитрон, при котором еще полностью сохраняется работоспособность прибора. Между значениями и напряжение стабилизации изменяется незначительно.

Статическое сопротивление стабилитрона

- величина, определяемая отношением напряжения стабилизации к току стабилитрона в данном режиме

.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона

- величина, определяемая отношением приращения напряжения стабилизатора на приборе к вызвавшему его малому приращению тока стабилизации в данном диапазоне частот

.

Рис.17

На рис.17 приведена зависимость дифференциального сопротивления маломощных стабилитронов от напряжения стабилизации около 7-8 В. Далее, с увеличением дифференциальное сопротивление растет почти по линейному закону. Отсюда следует вывод, что при стабилизации напряжение постоянного тока, большего 14-16 В, для уменьшения вместо одного высоковольтного стабилитрона целесообразнее установить два или более последовательно включенных низковольтных стабилитронов.

Параллельное включение стабилитронов не допускается, так как у стабилитронов одного типа неизбежен разброс по напряжению стабилизации.

Температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН).

Под абсолютным температурным коэффициентом напряжения при некотором токе понимается производная от по температуре перехода в установившемся температурном режиме

при .

Рис.18

Корме абсолютного ТКН удобно пользоваться относительным ТКН . Температурные коэффициенты и удобно выражать соответственно в милливольтах на градус Цельсия или в процентах на градус Цельсия.

На рис.18 приведены зависимости и от напряжения стабилизации . Из рис. видно, что нулевые значения ТКН имеют место при напряжении стабилизации В.

У стабилитронов с меньшими значениями напряжения стабилизации ТКН стабилизации имеет отрицательные значения, с большими – положительные.

Как видно из рис., в области от 6 до 14 В практически линейно увеличивается с увеличением и эта область кривой может быть аппроксимирована простой формулой

,

где выражено в вольтах.

Диоды и стабилитроны, включенные в прямом направлении, имеют отрицательный коэффициент , линейно-изменяющийся с температурой и сравнительно мало зависящий от тока. Обычно ТКН кремниевых стабилизаторов в прямом направлении составляет – (1,4 – 1,7) мВ/⁰С, а для германиевых диодов – (1,5–1,9) мВ/⁰С.

Для получения стабилизированного напряжения, мало зависящего от

температуры окружающей среды, применяют различные способы темпе-ратурной компенсации .

Простейший способ компенсации состоит в том, что последовательно с кремниевым стабилитроном, (Рис.19) имеющим положительные значения коэффициента , включается один или несколько диодов (могут использоваться и кремниевые стабилитроны) в прямом направлении с отрицательными значениями .

Поскольку число последовательно включенных диодов может изменяться только дискретно, точную температурную компенсацию получить затруднительно. За счет последовательно включенных диодов VD2 и VD3 выходное напряжение увеличивается и становится равным

где N – число последовательно включенных компенсирующих диодов.

Рис.19

Суммарное дифференциальное сопротивление цепочки также увеличивается и становится равным

,

где - дифференциальное сопротивление диода в прямом направлении при заданном токе через диод.

Имеются и другие методы температурной компенсации изменения напряжения стабилизации при изменении температуры окружающей среды.

Для первой схемы

;

а для второй

.

где - значение прямого напряжения на диоде VD2;

- ТКН диода VD2.

В этих схемах значение коэффициента можно изменять от положительных до отрицательных значений потенциометром .

Отечественной промышленностью выпускаются также стабилитроны типа Д818 и КС211, в корпусе которых выполнена компенсация стаби-литрона и двух последовательно включенных компенсирующих стабилит-ронов в прямом направлении. Благодаря этому ТКН стабилизации у этих стабилитронов намного меньше, чем у обычных стабилитронов.