Принципиальная электрическая схема параметрического стабилизатора с непрерывным регулированием
Самая простая типичная схема на рисунке справа вверху. Кремниевый диод (стабилитрон) VD1, включенный в обратном направлении, является стабилизирующим элементом. При малом обратном напряжении через стабилитрон протекает ток, мало зависящий от напряжения, как и в обычных диодах. Увеличение этого напряжения вызывает электрический пробой запорного слоя стабилитрона. В этом состоянии изменение тока в широких пределах почти не вызывает изменения напряжения на стабилитроне. Если мощность, выделяемая на стабилитроне, не превышает допустимую, то состояние пробоя может существовать бесконечно долго (десятки тысяч часов) и повторяться при включении и выключении диода. Это напряжение пробоя и является напряжением стабилизации Uст.
Стабилизировать низкое (0.5-3 В) напряжение, можно используя схему, изображенную на рисунке справа вверху. Для стабилизации здесь используются полупроводниковые диоды в прямом включении. Количество последовательно включенных диодов выбирают в соответствии с требуемым выходным напряжением стабилизатора, из расчета, что падение на переходе германиевого прибора составляет около 0.5 В, а кремниевого – 0.7 В. Зависимость выходного напряжения от температуры в этом варианте характеризуется практически линейным отрицательным ТКН - температурный коэффициент напряжения (с повышением температуры уменьшение напряжения на каждом диоде составит примерно 0.3 % на каждый °С).
В схеме представленной на рисунке снизу слева, необходимую термокомпенсацию стабилитрона VD (с положительным ТКН), обеспечивают полупроводниковые диоды. Выходное напряжение для такого стабилизатора определяется суммой напряжения стабилизации КС и падения напряжения на диодах, а степень термокомпенсации количеством последовательно включенных диодов.
Получить практически любое стабилизированное напряжение, величиной менее 1.5 В, можно с помощью стабилизатора, схема которого показана на рисунке внизу справа. Выходное напряжение здесь определяется разностью напряжений стабилизации стабилитронов VD1, VD2. Высокая температурная стабильность, в данном случае, достигается при использовании однотипных стабилитронов с возможно близкими ТКН.
Компенсационные стабилизаторы (кс). Классификация по принципу построения схемы. Структурные схемы.
В КС производится сравнение фактической величины выходного напряжения с его заданной величиной и в зависимости от величины и знака рассогласования между ними автоматически осуществляется корректирующее воздействие на элементы стабилизатора, направленное на уменьшение этого рассогласования.
Схемы бывают последовательного и параллельного типов.
Э – источник опорного (эталонного) напряжения;
СУ – сравнивающий и усилительный элемент;
РЭ – регулирующий элемент.
В стабилизаторе последовательного типа РЭ включен последовательно с источником входного напряжения и нагрузкой. Если напряжение на выходе отклонилось от своего номинального значения, то разность Э напряжения и выходного изменяется, усиливается и воздействует на РЭ. При этом сопротивление РЭ автоматически меняется и напряжение входа распределяется между РЭ и нагрузкой таким образом, чтобы компенсировать напряжение на нагрузке.
В схеме параллельного стабилизатора при отклонении напряжения на выходе от номинального выделяется сигнал, равный разности эталонного и выходного напряжений, усиливается СУ и воздействует на РЭ, включенный параллельно нагрузке. Ток РЭ изменяется, поэтому на балластном сопротивлении, включенном последовательно с сопротивлением нагрузки изменяется падение напряжения, а напряжение на выходе Uвых=Uвх-IвхRб остается стабильным (Стабилизация происходит непрерывно и очень быстро, и чем больше отклонение системы от нормы, тем сильнее противодействие этой системы).
Различие схем в том, что в последовательных стабилизаторах напряжение на РЭ возрастает при увеличении напряжения на нагрузке, а ток примерно равен току нагрузки, а в параллельных стабилизаторах напряжение на РЭ не зависит от входного напряжения, а ток находится в прямой зависимости от напряжения на нагрузке.
Недостаток стабилизатора параллельного типа – невысокий КПД.
Недостаток стабилизатора последовательного типа – при коротком замыкании на выходе к РЭ будет приложено все входное напряжение.