6.7.1. Параметрические стабилизаторы напряжения
Параметрические стабилизаторы напряжения выполняются на полупроводниковых стабилитронах. Стабилитроном называется полупроводниковый диод, падение напряжения на котором в области электрического пробоя мало зависит от тока, что даёт возможность использовать его для стабилизации напряжения. Вольтамперная характеристика стабилитрона, рассчитанного на напряжение стабилизации, равное 8В приведена на рис.6.14.
Механизм пробоя в полупроводниковых стабилитронах может быть туннельным, лавинным или смешанным в зависимости от удельного сопротивления и других характеристик материала проводника. Основными параметрами стабилитрона являются: напряжение стабилизации Uсг при изменении тока стабилитрона от 1мин до 1макс.; температурный коэффициент изменения напряжения стабилизации (ТКН); динамическое сопротивление стабилитрона на участке стабилизации Rд=∆U/ ∆I.
Как видно из рис. 6.14., в области пробоя напряжения на стабилитроне лишь незначительно изменяется при больших изменениях тока стабилизации Iст. Это свойство полупроводникового стабилитрона используют в параметрических стабилизаторах для получения стабильного напряжения.
Рис.6.14. Вольтамперная характеристика полупроводникового стабилитрона.
Обозначение стабилитрона на электрических схемах приведено в левом верхнем углу рисунка.
6.7.2. Компенсационные стабилизаторы напряжения
Действие компенсационных стабилизаторов напряжения основано на включении последовательно или параллельно с нагрузкой мощного транзистора. Принципиальная схема компенсационного стабилизатора напряжения с последовательно включенном регулирующим транзистором приведена на рис.6.15.
В рассматриваемой схеме мощный биполярный транзистор Vт1 включен последовательно с резистором нагрузки Rн. Параллельно сопротивлению нагрузки включен высокоомный делитель напряжения Rд1–Rд2. .Напряжение Uд2 с резистора Rд2 подается на инвертирующий вход операционного усилителя, выходной ток которого поступает на базу транзистора Vт1. На неинвертирующий вход усилителя подается опорное напряжение Uоп от делителя, состоящего из резистора Rб и стабилитрона.
Падение напряжения на стабилитроне фактически задает номинальный уровень выходного напряжения Uвых=Uн. При отклонении выходного напряжения от номинального, равного Uвых.о, рабочая точка транзистора Vт1 смещается в сторону увеличения или уменьшения падения напряжения на транзисторе Vт1. Например, при возрастании величены напряжения Uвых., увеличивается напряжение U Rд2. При этом? Соответственно/ уменьшается ток на выходе операционного усилителя и ток базы транзистора Vт1 и увеличивается падение напряжения на нем (см рис. 5.2). В результате на выходе стабилизатора восстанавливается исходное номинальное напряжение Uвых.о.
Рис. 6.15. Принципиальная схема компенсационного
последовательного стабилизатора напряжения.
Существенным недостатком компенсационного стабилизатора напряжения является относительно большое падение напряжения на регулирующем транзисторе. Это особенно не допустимо в низковольтных выпрямителях, используемых для питания электронно-вычислительных машин и устройств автоматики, выполненных на интегральных микросхемах. Поэтому в настоящее время, как правило, используются стабилизаторы напряжения, основанные на регулировании выходного напряжения методами изменения длительности или частоты повторения импульсов. Именно на таком принципе основана стабилизация напряжения в импульсных выпрямителях, рассмотренных в разделе 6.6.