1.1. Пример расчета параметрического стабилизатора.

Необходимо выбрать схему и рас­считать параметрический стабилизатор на­пряжения со следую­щими данными: выход­ное напряжение E_ст=11 В; ток нагрузки I_н=8 мА; изменение тока на­грузки ∆I_н=2 мА; изменение входного (питаю­щего) напряжения ∆Е₀ составляет ±10% от Е₀. Схема должна иметь температурную компенсацию в диапазоне температур от −20 до +40°С.

Выбираем схему стабилизатора по типу схемы на рис.1.1, а.

Учитывая, что в схеме будут компенси­рующие диоды, выбираем стабилитрон Д814Б с напряжением стабилизации не­сколько меньшим заданного и имеющий сле­дующие данные:

E_стаб=8,75 В; I_ст=5÷36 мА (I_н<I_{ст.макс}); R_дин≤10 Ом при I_ст=5 мА; ТКН %≤+0,08 %/град.

Выбираем:

;

;

откуда

и

.

Ограничивающее сопротивление (1.3) и выделяемая на нем мощность (1.4) соответст­венно равны

;

.

Токи через стабилитрон и компенсирую­щие диоды (1.5) равны

;

.

Эти значения лежат в пределах, допусти­мых для данного стабилитрона.

Изменение напряжения стабилитрона в заданном диапазоне температур (1.6):

;

.

Необходимое количество германиевых компенсирующих диодов (типа Д7А-Д7Ж), имеющих в прямом направлении ТКН =−1,9 мВ/ºС и ∆E_д=0,5 В (1.7) равно

.

Динамическое сопротивление указанных диодов, найденное из вольтамперных ха­рак­теристик, R_дин.пр≈2 Ом.

Выходное напряжение (1.8) равно

.

Динамическое сопротивление цепи стаби­литронов и диодов (1.9) равно

.

Коэффициент стабилизации (1.2) равен

.

2. Графический расчет режима работы стабилитрона.

Наиболее удобным методом расчета статического режима работы нели­нейной цепи является графический метод.

В данном случае графическое построение сводится к наложению вольт­амперных ха­рактеристик линейной (Е, R) и нелинейной (стабилитрон) частей схемы (рис.2.1,а). Линейная часть схемы, в которую включена и активная на­грузка R_н, изображена на рис.2.1,б и является частью всей схемы стаби­лиза­ции, расположенной левее зажимов а, b. Вольтамперная харак­теристи­ка линей­ной части схемы отражает зависимость напряжения на ее зажимах а, b от потребляемого тока I. Как для любой линейной цепи, это прямая, соединяющую точку, соот­ветствующую режиму холостого хода [U=E_хх=ER_н/(R_г+R_н)], с точкой, соответствующей ре­жиму короткого замыкания ((U=0; I=I_кз=E/R_г).

Рис.2.1. Нелинейная и линейная части схемы па­раметриче­ского стабилиза­тора	Рис.2.2 Графический расчет режима работы стабилизатора

Наложение этой прямой на характеристику стабилитрона (рис.2.2) позво­ляет найти точку их пересечения B, которая и будет рабочей точкой ста­били­трона. Для этой точки вы­полняется равенство тока, отдаваемого линейной ча­стью, и тока, потребляемого стабилитро­ном при равенстве напряжения на за­жимах а, b и стабилитроне (рис.2.1).

В приведенном примере нагрузка стабилитрона линейна. Это и позволило достаточно просто построить вольтамперную характеристику части схемы ста­билизатора, расположен­ной левее точек а, b на рис.2.1, так как она по­лучилась линейной.

Другим примером, приводящим также к линейной схеме, является ста­би­лизатор на­пряжения на нагрузке, потребляющей неизменный ток I_н (рис.2.3).

Рис.2.3. Стабилизатор напряжения при неизменном токе на­грузки	Рис.2.4. Графический расчет суммарной не­стабильности выходного напряжения

Напряжение на зажимах а, b этой схемы определяется соотношением

U=E-IнRг-IRг.

(2.1)

Следовательно, характеристика линейной части схемы представляет со­бой прямую, соединяющую точку с координатами [(Е-I_нR_г); I=0] с точкой с ко­ординатами [U=0; I=E/R_г-I_н] (рис.2.4).

Рассуждения, приведенные выше, применяют и для определения пока­за­телей схемы стабилизации при больших изменениях тока нагрузки и напряже­ния питания стабилизатора. Суммарная нестабильность (макси­мальная) выход­ного напряжения определяется, в этом случае двумя крайни­ми положениями рабочей точки на характеристике стабилитрона.

Наименьшее выходное напряже­ние будет при наименьшем выход­ном на­пряжении и наибольшем токе нагрузки. Если меняется и сопротив­ление R_г, то минимуму выходного на­пряжения будет соответствовать прямая, полученная при R_гmax. По­строение, проведенное для этого режима (рис.2.5), дает рабочую точку a, определяющую левую гра­ницу рабочего уча­стка характерис­тики ста­билитрона.

Рис.2.5. Графический расчет режима работы стабилитрона.

Учет влияния изменения гасящего сопротив­ления

Наибольшее напряжение на выходе получится при максимальном вы­ход­ном напря­жении, минимальном токе нагрузки и минимальном сопротив­лении резистора. Соответст­вующая максимальному режиму рабочая точка b характе­ризует правую границу рабочего участка характеристики стабили­трона.

Нестабильность выходного напряжения схемы при заданных максималь­ных и мини­мальных значениях Е, I_н и R_г не выходит за пределы (U_maxU_min) и, следовательно, суммарная относительная нестабильность стабилизиро­ванного напряжения определяется коэффициен­том

k=(Umax-Umin)/(Umax+Umin).

(2.2)

Коэффициент полезного действия простой схемы стабилизации

=Pн/Pвх=IнU/[(Iн+Iст)E],

(2.3)

получается небольшим, порядка (2030) %, что объясняется значительными по­терями мощ­ности в гасящем резисторе и самом стабилитроне. Поэтому про­стую схему со стабилитроном применяют для стабилизации напряжения на на­грузках, потребляющих малую мощность.

6