Тема 4. Стабілізатори напруги і струму

Стабілізатором називається пристрій, який призначений для під-тримання стабільності (незмінності) напруги чи струму живлення в заданих межах. Вони поділяються на стабілізатори напруги і стру-му. Стабілізатори напруги характеризуються коефіцієнтом стабілі-зації напруги

, /4.1/

де і відповідно зміни вхідної і вихідної напруг.

Стабілізатор струму характеризується коефіцієнтом стабілізації струму

, /4.2/

де і відповідно зміни струмів на вході і виході стабіліза-тора.

За принципом стабілізації стабілізатори поділяють на параметри-чні, компенсаційні (аналогові) і імпульсні.

4.1. Параметричні стабілізатори напруги (псн)

Основним елементом параметричного СН є кремнійовий стабілітрон (рис.10.)

Принцип роботи ПСН ґрунтується на використанні властивості вольт-амперної характеристики стабілітрона в III квадранті – відрізок А-В, який майже паралельний осі струму (рис.10.б).

При змінні струму навантаження стабілітрона від до спад напруги на стабілітроні, який є джерелом напруги живлення навантаження , буде дуже мало змінюватись: від до .

а

б

Рис.10. Схема вмикання (а) і вольт-амперна характеристика стабілітрона

Величиною баластного опору (рис.10.а) обмежується величина струму через стабілітрон і визначається його струм при відсутності навантаження. Обов’язковою умовою ефективної роботи ПСН є вимога, щоби струм навантаження був менше струму стабілізації .

Як і у всіх напівпровідникових приладів, у кремнійових стабіліт-ронів є залежність параметрів від температури.

Для зменшення впливу температури на стабілітрон, у якого температурний коефіцієнт напруги додатний, послідовно з ним вмикають термістор або діод в прямому вмиканні, які мають від’ємний ТКН (рис.11).

а

б

Рис.11. Схеми температурної компенсації роботи стабілітрона:

а – за допомогою термістора ; б – вмиканням додаткового діода

ПСН на стабілітроні мають значні втрати потужності на баласт-ному резисторі (рис. 10) і на стабіліт-роні , незначний діапазон за струмом наванта-ження. Недостатня величина стабілізації вихідної напруги .

Для розширення меж струму навантаження ПСН використо-вують однотранзисторні послідовні стабілізатори, рис.12.

Рис. 12. Схема однотранзисторного параметричного стабілізатора напруги

Вмикання транзистора послідовно з навантаженням за раху-нок ефекту підсилення збільшує стабільність вихідної напруги і зна-чно розширює межі струму навантаження, оскільки транзистор ввімкнути як емітерний повторювач.

При збільшенні вхідної напруги збільшується від’ємний потен-ціал на базі , збільшується спад напруги колектор-ємітер за рахунок чого залишається стабільною: .

Недоліками однотранзисторного ПСН є недостатня величина і відсутність можливості регулювати вихідну напругу.

На базі однотранзисторних ПСН побудовані триполюсні мікрос-хемні СН, схема вмикання яких показана на рис. 13. Вони призначе-нні для монтажу на печатних платах.

Рис. 13. Схема вмикання триполюсного стабілізатора напруги:

– мікросхемний стабілізатор напруги; – діод для розряджання

після вимикання

Для триполюсних стабілізаторів обов’язковий радіатор охолод-ження, оскільки вони розраховані на значно більші струми, ніж ста-білітрони. Щоб отримати стабілізатор напруги на більший струм, ніж допускає мікросхема, до триполюсного добавляють транзистор більшої потужності, як показано на рис. 14.

Рис. 14. Схема вмикання триполюсного стабілізатора напруги із збільшенням струму навантаження

Принцип роботи схеми, рис.14 наступний. При збільшенні стру-му навантаження через мікросхему спад напруги на відкриває і він шунтує мікросхему, тобто струм навантаження буде дорівнювати струму через транзистор і струму через мікросхе-му , тобто .