4. Методика расчета параметрического стабилизатора напряжения

П риведем методику расчета параметрического стабилизатора, собранного по схеме, приведенной на рис. 4.1,а.

О

Рисунок 4.1– Простейшая схема параметрического стабилизатора на КС

бычно задаются следующие параметры:

а) выходное напряжение стабилизирующего устройства Uвых и допуски на разброс выходного напряжения (ΔUвых.min и ΔUвых.max.) или Uвых.± ΔUвых.;

б) максимальный ток нагрузки Iн.max. (или минимальное сопротивление нагрузки Rн.min);

в) минимальный ток нагрузки Iн.min (или максимальное сопротивление нагрузки Rн.max.);

г) входное напряжение, подаваемое на стабилизатор, Uвх и пределы изменения входного напряжения ΔUвх (обычно ΔUвх = ± 10% от Uвх);

д) коэффициент стабилизации М или нестабильность выходного напряжения при изменении входного.

Требуется определить:

а) тип стабилитрона VD1;

б) величину и мощность балластного сопротивления Rбал;

в) коэффициент стабилизации;

г) нестабильность выходного напряжения ПСН;

д) к.п.д. стабилизатора.

Расчет производится в следующем порядке:

4.1. Выбираем тип стабилитрона для заданного напряжения Uвых=Uст. Если стабилитрон выбран, то для него известно Iст.min.доп, Iст.max.доп (см. табл. 3.1 и 3.2) и допустимый разброс ΔUст.ном.

Как правило, для стабилитронов группы Д808-Д813 Iст.min.доп ≥1÷3мА, ΔUст.ном = ± 0,75В.

4.3. Определяем минимальную величину балластного сопротивления Rбал. Из рис.4.1,а видим, что ток, протекающий через стабилитрон, будет равен Iст.min в том случае, если входное напряжение минимально, а ток нагрузки максимален

(4.1)

откуда

(4.2)

причем Rбал должно быть всегда ≥ Rбал.min.

4.3. Определяем максимальный ток через стабилитрон VD (рис.4.1,а). Iст.max. при максимальном входном напряжении и минимальном токе нагрузки будет равен

(4.3)

4.4. Проверяем, выполнимы ли условия

(4.4)

Если эти неравенства выполнимы, то стабилизатор работает в нормальном режиме.

4.5. Мощность, рассеиваемая на стабилитроне, не должна превышать максимально допустимой величины

(4.5)

4.6. Проверяем, правильно ли задано входное напряжение

(4.6)

где k_П = 0,03 – коэффициент пульсации выпрямленного напряжения.

4.7. Находим номинальное и максимальное входное выпрямленное напряжение

(4.7)

4.8. Определяем максимальный ток на входе стабилизатора

(4.8)

При несовпадении расчетного входного напряжения с заданным, необходимо пересчитать стабилизатор с новым значением Uвх .

4.9. Определяем влияние изменения нагрузки на стабилизацию схемы или выходное сопротивление стабилизатора

(4.9)

Поскольку r_дин<<R1, то Rст =-r_дин. Знак минус свидетельствует о том, что увеличение Iном приводит к уменьшению Uвых.

4.10. Определяем коэффициент пульсации на выходе стабилизатора:

а) при питании от однополупериодного выпрямителя с коэффициентом пульсации k'_п1

;

б) при питании от двухполупериодного выпрямителя с коэффициентом пульсации k''_п1

Из расчета также видно, что внутреннее сопротивление стабилизатора приблизительно равно динамическому сопротивлению КС.

4.11. Коэффициент полезного действия схемы в номинальном режиме равен

,

где Рст – мощность, потребляемая стабилитроном.