10. Основные параметры стабилизатора

1) Коэффициент стабилизации, равный отношению относительного приращения напряжения на входе к относительному приращению напряжения на выходе

2) Выходное сопротивление характеризует изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки

3) КПД

4) Дрейф – допустимая нестабильность выходного напряжения. Может быть температурным или временным.

Различают две группы стабилизаторов напряжения: параметрические и компенсационные.

Параметрический стабилизатор.

Его действие основано на нелинейности ВАХ полупроводникового элемента, т.е. стабилитрона.

При обратном напряжении равном электронный (лавинный) пробой. При этом ток диода может изменяться от до , а напряжение на переходе остается равным . Поэтому стабилитрон работает в режиме управляемого пробоя. Необратимые изменения в структуре кристалла не происходят, т.к. ток диода не превышает определенного значения. Это обеспечивается включением последовательно с диодом ограничительного сопротивления.

При увеличении U ток через стабилитрон резко возрастает. Это приводит к увеличению падения напряжения на ограничивающем резисторе R, входное напряжение остается практически неизменным. Рабочую точку выбирают в середине линейного участка ВАХ.

; (1); (2);

; ;

в режиме стабилизации

Т огда из (1) и (2) следует, что ;

;

В справочниках приводят параметры дифференцированного сопротивления на рабочем участке диода.

;

Определим коэффициент стабилизации: ;

Коэффициент стабилизации можно повысить, выбрав стабилитрон с малым и увеличив R. Однако, R можно увеличить лишь повышая , что не всегда приемлемо. Лучше применить каскадное включение стабилитрона. Для увеличения , большого напряжения стабилизации, применяют последовательное включение стабилитронов.

Для температурной компенсации напряжения кремниевых стабилитронов используют такие же стабилитроны или кремниевые диоды, включаемые последовательно со стабилитроном. При обратном включении стабилитрона их температурный коэффициент напряжения(ТКН) положителен, а при прямом включении ТКН стабилитронов и диодов отрицателен

В прецизионных (точных) стабилитронах типа D818 компенсирующие диоды помещены в одном корпусе со стабилитронами. Температура их одинакова и компенсация их наилучшая. Их ТКН очень мал 0,001%. При выборе стабилитрона рекомендуется, чтобы

;

Недостатки: невысокий коэффициент стабилизации, малые токи нагрузки, большое выходное сопротивление, невозможность регулировки . Поэтому данная схема используется в качестве источника опорного напряжения в более мощных компенсационных стабилитронах, где работает с малыми токами нагрузки. Обычно такой источник опорного напряжения строится по мостовой схеме.

Повышение коэффициента стабилизации в мостовых схемах достигается за счет компенсирующего напряжения, которое достигается на резисторе в схеме (1) или на стабилитроне в схеме (2) при изменении .

Для схемы (1) ;

Для схемы (2) ;

В каскадных и мостовых стабилизаторах относительно высокий достигается за счет значительного ухудшения КПД. Для устранения этого недостатка вместо используют источник тока.

не зависит от .

Параметрический стабилизатор с токостабилизирующим транзистором имеет вид:

а)

Эта схема позволяет стабилизировать ток, протекающий через стабилитрон и тем самым резко уменьшить отклонение напряжения на нагрузке при больших изменениях .

В интегральных микросхемах (ИМС) широко применяется включение токостабилизирующего полевого транзистора (ПТ).

б)

В интегральных схемах широкое применение находит схема стабилизатора, в которую вместо гасящего резистора R_г включён полевой транзистор [б]. Такой стабилизатор имеет меньшую нестабильность по входному напряжению. Транзистор используется для имитации большего сопротивления изменения тока.

Так, сопротивление промежутка сток – исток транзистора эквивалентно сопротивлению для переменного тока:

R_гэк = 1/g_си

где g_си - проводимость сток – исток транзистора.

Из-за малого наклона выходных характеристик полевого транзистора проводимость g_си мала и эквивалентное сопротивление переменному току оказывается очень большим, а коэффициент нестабильности по выходному напряжению – малым:

k_E ≈ r_ig_си

сопротивление промежутка сток – исток постоянному току много меньше соответствующего дифференциального сопротивления, и поэтому в такой схеме при меньших потерях мощности получают лучший коэффициент нестабильности.

В аналогичной схеме с биполярным транзистором [а] необходимо включение дополнительных резисторов и низковольтного стабилитрона. Эта схема позволяет стабилизировать ток протекающий через стабилитрон Д₂ и тем самым резко уменьшить отклонение U_вых на нагрузке при больших изменениях U_вх.