5.2. Классификация и система обозначения стабилитронов

Как и для полупроводниковых диодов, система обозначения стабилитронов определяется стандартом ОСТ 11336.919-81 (шестизначный буквенно-цифровой код).

На первом месте буквой К или цифрой 2 обозначается материал (Si), из которого изготовлен стабилитрон.

На втором месте буквой С обозначен подкласс – стабилитроны.

На третьем месте цифрой обозначен тип стабилитрона:

1 - мощность не более 0,3 Вт, напряжение до 10 В;

2 - мощность не более 0,3 Вт, напряжение от 10 до 100 В;

3 - мощность не более 0,3 Вт, напряжение выше 100 В;

4 - прецизионные, мощность от 0,3 до 5 Вт, напряжение до 10 В;

5 - мощность от 0,3 до 5 Вт, напряжение от 10 до 100 В;

6 - мощность от 0,3 до 5 Вт, напряжение выше 100 В.

Для цифр 1 и 4 напряжение стабилизации указывается в вольтах с десятичным знаком, 33 – это U_ст.ном= 3,3 В.

Для цифр 2 и 5 напряжение стабилизации указывается в целых значениях вольт, следовательно 33 – это U_ст.ном= 33 В.

Для цифр 3 и 6 напряжение стабилизации указывается в вольтах после 100, то есть к цифрам, указанным в обозначении, необходимо прибавить 100 В.

Например, КС133А – стабилитрон маломощный, напряжение стабилизации 3,3 В; КС620А – стабилитрон средней мощности, U_ст.ном= 120 В.

Классификационная литера показывает отличие по электрическим параметрам, например по ТКСН.

Дополнительный элемент указывает на конструктивные отличия (тип корпуса, сборка – два стабилитрона в одном корпусе катодами друг к другу и т.д.).

5.3. Параметрический стабилизатор напряжения

Стабилитроны применяются в схемах стабилизации напряжения. Простейшая схема параметрического стабилизатора постоянного напряжения представляет собой делитель напряжения из резистора R_огр(его называют также балластным) и стабилитрона VD, параллельно которому подключена нагрузкаR_н.

Рис. 5.2. Параметрический стабилизатор напряжения

Расчёт схемы параметрического стабилизатора напряжения начинается с выбора типа стабилитрона из условия U_ст.ном=U_Н. Затем необходимо проверить условие нормальной работы схемы, иначе при изменении тока нагрузки может произойти выход из режима стабилизации, когдаI_н=I_н.макс, или перегрузка стабилитрона приI_н= 0. Затем рассчитывают величинуR_огрпо формуле:

. (5.2)

Качество работы параметрического стабилизатора напряжения оценивается коэффициентом стабилизации. Чем выше коэффициент стабилизации, тем точнее будет поддерживаться напряжение в нагрузке при изменении входного напряжения или тока нагрузки. Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора определяется по формуле:

. (5.3)

5.4. Анализ работы схемы параметрического стабилизатора напряжения

Расчётная схема параметрического стабилизатора напряжения представлена на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Расчётная схема параметрического стабилизатора напряжения

Проведём графический анализ работы схемы. Для этого построим на ВАХ стабилитрона нагрузочную линию (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Графический анализ работы схемы параметрического стабилизатора напряжения

Напряжение источника питания схемы определяется выражением:

; (5.4)

где I_вх=I_ст+I_н.

В режиме стабилизации ток нагрузки равен , тогда

. (5.5)

Выражение (5.5) называется уравнением нагрузочной линии (нагрузочной прямой). Нагрузочная линия строится по двум точкам:

1) точке холостого хода, когда I_ст= 0,;

2) точке короткого замыкания, когда U_ст= 0,.

Координаты рабочей точки О пересечения нагрузочной линии с ВАХ стабилитрона определяют ток (I_ст) и напряжение (U_ст) стабилитрона при заданных значенияхU_вх,R_огриR_н.

При изменении U_вхнагрузочная линия перемещается параллельно самой себе. Пока рабочая точка О находится в пределах рабочего участка ВАХ стабилитронааб, напряжение в нагрузке стабилизировано.

Если напряжение питания схемы изменится на величину U_вх, напряжение на стабилитроне изменится наU_ст<<U_вх. ОпределимU_стиз уравнения нагрузочной линии, которое преобразуем для приращений напряжений и токов:

, (5.6)

где - динамическое сопротивление стабилитрона.

Выразив U_стиз (5.6) получим:

. (5.7)

Стабилизация напряжения осуществляется и при изменении тока нагрузки:

. (5.8)

Из выражений (5.7) и (5.8) следует, что качество стабилизации напряжения тем лучше, чем больше отношение сопротивлений и, что полностью соответствует выражению (5.3) Однако, при увеличенииR_огрвозрастают потери мощности в ограничительном резисторе, из-за чего уменьшается коэффициент полезного действия схемы.

Более подробные сведения о стабилитронах и приведены в литературе [13, 14, 21].

Если ток нагрузки будет больше, чем максимальный ток стабилитрона I_{ст. макс}, параметрический стабилизатор не сможет работать. В этом случае схема параметрического стабилизатора должна быть дополнена схемой усилителя тока, которую выполняют на транзисторе. Транзисторы будут рассмотрены в следующей лекции.

Пример расчёта параметрического стабилизатора напряжения

При изменении напряжения стабилизации от 8 до 8,1 В ток стабилитрона изменился от 2 до 22 мА. Определить дифференциальное сопротивление стабилитрона. Определить коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора на таком стабилитроне, если U_вх= 16 В,R_огр= 500 Ом.

Решение. Дифференциальное (динамическое) сопротивление стабилитрона

кОм или 5 Ом.

Коэффициент стабилизации .

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные параметры полупроводникового стабилитрона.

2. Расшифруйте обозначение КС168А, КС 531В, КС 620 А.

3. Нарисуйте схему параметрического стабилизатора напряжения и объясните назначение деталей.

4. Как рассчитать величину ограничительного резистора в схеме параметрического стабилизатора?

5. Приведите формулу для расчета коэффициента стабилизации параметрического стабилизатора.

6. При каком соотношении токов стабилитрона и нагрузки возможна нормальная работа параметрического стабилизатора напряжения?