2.2.17. Стабилизатор напряжения

Поддерживает напряжение питания U_п на одном уровне при отклонении напряжения в сети или при изменении тока нагрузки. Стабилизаторы обычно включают между выпрямителем и нагрузкой.

Основным показателем, характеризующим работу стабилизатора, является коэффициент стабилизации напряжения К_ст:

,

где – относительное отклонение напряжения на входе стабилизатора;

– относительное отклонение напряжения на выходе стабилизатора.

Коэффициент стабилизации однокаскадных параметрических стабилизаторов напряжения с кремниевыми стабилитронами (рис. 2.18) составляет около 10-20.

Для получения повышенного коэффициента стабилизации применяют двухкаскадные стабилизаторы. Их коэффициент стабилизации равен произведению коэффициентов стабилизации каждого каскада:

К_ст = К_ст1 · К_ст2 .

Для получения высокого коэффициента стабилизации при больших токах нагрузки применяются компенсационные стабилизаторы с использованием транзисторов большой мощности. В настоящее время получили широкое применение мощные микросхемы, обеспечивающие стабилизацию напряжения типа КР142ЕН8 с напряжением стабилизации 15 В, КР142ЕН5А с напряжением стабилизации 5В.

В параметрических стабилизаторах используется свойство стабилитрона, заключающееся в том, что при значительных изменениях тока через стабилитрон I_ст напряжение на нем U_ст практически остается постоянным. При изменении напряжения на выходе выпрямителя VD1-VD4 U_d изменяется ток пробоя стабилитрона I_ст VD5, пропорционально току изменяется падение напряжения на резисторе R1 (I_ст + I_н)·R₁, а напряжение на выходе стабилизатора U_ст = U_d - (I_ст + I_н)·R₁ практически не изменяется.

Для параметрических стабилизаторов коэффициент стабилизации напряжения равен

,

где – коэффициент передачи напряжения стабилизатором;

R₁ – балластное сопротивление (рис. 2. 18);

R_д – динамическое сопротивление стабилитрона.

Если температура окружающей среды изменяется, то последовательно со стабилитроном, включенным в обратном направлении, соединяются диоды в прямом направлении. У диодов в прямом направлении отрицательный температурный коэффициент напряжения (ТКН) может полностью или частично компенсировать положительный ТКН стабилитрона при обратном включении.

Так как стабилизаторы сглаживают пульсации напряжения, то коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на выходе К_пвых стабилизатора уменьшается в К_ст раз по сравнению с коэффициентом пульсаций на его входе К_пвх :

.

Исходными данными для расчета стабилизатора напряжения являются напряжение питания U_п, ток нагрузки I_н блока системы управления, для которого предназначен источник питания, и коэффициент стабилизации К_ст. Необходимо учитывать изменения входного напряжения в сторону увеличения и в сторону уменьшения . Если ток нагрузки изменяется, например, в ГПН, то нужно учитывать изменения тока нагрузки в сторону увеличения и в сторону уменьшения . В ГПИ, ИФ, НО ток нагрузки можно принимать постоянным, а = = 0.

Пример 6. Рассчитать параметрический стабилизатор без термокомпенсации для источника питания ГПН, который был рассчитан в примере 4, U_п = 15 В, R₂ = 3,9 кОм, С₂ = 2,7 мкФ.