МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Дрогобицький механіко-технологічний коледж

Лабораторія основ електроніки і мікроелектроніки

Затверджую:

Заступник директора з навчальної роботи

__________ Ренжин П.М. „ ” 2011 р

Практична робота № 1

Розрахунок параметричного стабілізатора напруги

з дисципліни: „ Основи електроніки і мікроелектроніки ”

Виконав

Ст гр ЕК-32

Ковальчук Олег

Перевірив викладач

Щупляк Н.М.

Дрогобич-2011

Розрахунок параметричного стабілізатора напруги

1.Мета роботи: Навчитись розраховувати напівпровідниковий стабілізатор

напруги.

2.Теоретичні основи

Принцип дії параметричних стабілізаторів напруги грунтується на використанні напівпровідникових діодів – стабілітронів, вольт-амперні характеристики (ВАХ) яких мають ділянки з практично відсутньою залежністю напруги від струму. При увімкненні стабілітрона в зворотньому напрямі його ВАХ в цьому разі має вигляд прямої вертикальної лінії, яка проходить майже паралельно осі струмів. При зміні в широких межах струму через прилад, спад напруги на ньому практично не змінюється.

Рис.1 Схема параметричного стабілізатора напруги

На рис.1 наведена схема параметричного стабілізатора напруги. Якщо вхідна напруга Uвх стабілізатора збільшується, то це приводить до збільшення струму через стабілітрон і баластний резистор Rб (Rн = const). Надлишок вхідної напруги падає на Rб, а напруга Uвих – на опорі навантаження., що дорівнює Uст, залишається незмінною. При зміні опору Rн, струм, що протікає через опір Rб збільшується внаслідок збільшення струму навантаження і струму через стабілітрон, зростає напруга на резисторі Rб, а напруга Uвих практично зберігається незмінною.

Стабілітрони допускають їх послідовне включення. Напруга стабілізації при цьому додається. Паралельне сполучення стабілітронів недопустиме, тому що внаслідок неідентичності їх характеристик струми, які протікають через стабілітрони, розподіляються нерівномірно, що призведе до виходу з ладу одного із стабілітронів.

Напруга стабілізації стабілітрона Uст вибирається рівною номінальній робочій напрузі Uн.

На рис. 2 наведено побудову навантажувальних характеристик стабілітрона.

Рис. 2 Побудова навантажувальних характеристик стабілітрона

Тут прийнято такі позначення:

1 – ВАХ ідеального стабілітрона;

2 – лінія навантаження при Iст min;

3 - лінія навантаження при Iст ном;

4 – лінія навантаження при Iст max.

Із рис. 2 видно, що зміна вхідної напруги у межах від Uвх min до Uвх max не призводить до зміни напруги на навантаженні, яка при цьому становить Uн=Uст н (якщо не враховувати динамічного опору стабілітрона Rд= ∆Uст/∆Iст).

Основні параметри кремнієвих стабілітронів:

• номінальна напруга стабілізації Uст ном;

• максимальний струм стабілізації Iст max;

• мінімальний струм стабілізації Iст min;

• диференціальний опір стабілітрона Rд=ΔUст/ΔIст, що визначає реальну ВАХ (як правило, в довідниках ВАХ стабілітронів не приводиться);

• максимальна потужність розсіювання Рmax;

• температурний коефіцієнт напруги стабілізації αст = ΔUст/(Uст ном ∙ ΔТ), де ΔUст – зміна напруги стабілізації; ΔТ – абсолютна зміна температури навколишнього середовища.

Номінальний струм стабілізації стабілітрона вираховують за формулою:

Iст ном = (Iст max – Iст min)/2, Uст ном = const (1)

Вихідними даними для розрахунку елементів схеми (рис.1) є:

напруга на навантаженні Uн=Uвих;

• максимальна величина струму навантаження Ін max (може бути потужність Рн);

• номінальне значення вхідної напруги Uвх ном;

• допустимі відхилення вхідної напруги ΔU (абсолютна зміна) або δ (відносна зміна вхідної напруги)

Необхідно визначити:

• тип стабілітрона (за номінальною напругою стабілізації і допустимими струмами стабілізації);

• величину та потужність баластного опору.

Для забезпечення ефективної роботи стабілізатора необхідно вибирати Uвх ≈ (2…3) Uст ном.

Аналітичний розрахунок схеми зручно проводити, виходячи із наступних умов:

а) Опір навантаження має незмінну величину Rн = const (Uвх = var)

За другим законом Кірхгофа для схеми на рис. 1 маємо:

Uвх max = Rб (Ін + Іст max) + Uст ном (2)

Uвх min = Rб (Ін + Іст min) + Uст ном (4)

Тоді ΔU = Uвх max - Uвх min = Rб (Іст max - Іст min) (5)

• Із рівняння (5) визначаємо баластний опір

Rб = ΔU/ Іст max - Іст min (6)

• Стабілітрон вибирають за значеннями Uст ном, Іст min, Іст max.

• Потужність баластного резистора

Рrб ≥ Rб ∙ І² вх max (7), де Івх max = Ін + Іст max.

• Ефективність роботи стабілізатора визначаємо коефіцієнтом стабілізації

Ксm = ΔUвх / Uвх ном : ΔUвих / Uн; Ксm ≤ 100

б) Опір навантаження має змінну величину Rн = var і міняється в межах від Rн = ∞ (навантаження відімкнено) до мінімальної величини Rн min = Uст ном / Ін max

Для забезпечення працездатності схеми необхідно виконати умови:

Івх max = Uвх max - Uст ном / Rб < Іст max (що відповідає Rн = ∞);

Іст = Івх min - Ін max > Іст min (що відповідає Rн = Rн min);

Івх min = (Uвх min – Uст) / Rб ≥ Ін max + Іст min