Полупроводниковый стабилитрон

Это полупроводниковый диод, сконструированный для работы в режиме электрического пробоя. Условное графическое обозначение стабилитрона представлено на рисунке 13.

Рисунок 13 – Условное графическое обозначение стабилитрона

Вуказанном режиме при значительном изменении тока стабилитрона напряжение изменяется незначительно. Говорят, что стабилитрон стабилизирует напряжение.

Встабилитронах может иметь место и туннельный, и лавинный, и смешанный пробой в зависимости от удельного сопротивления базы. В стабилитронах с низкоомной базой (низковольтных, до 5,7 В) имеет место туннельный пробой, а в стабилитронах с высокоомной базой (высоковольтных) – лавинный пробой.

Основными являются следующие параметры стабилитрона:

Рисунок 14– Принципиальная схема параметрического стабилизатора напряжения

Решение: Руководствуюсь исходными данными по справочнику выбираем стабилитрон с U ст.ном ≈ U 2.ном . Выбрали стабилитрон типа КС518А со следующими паспортными данными:

U ст.min = 17,2 В, Uст.max = 20,8 В, Iст.min = 0,001 А, Iст.max = 0,045 А.

Определяем сопротивление нагрузки:

Ток и напряжение в цепи параметрического стабилизатора:

I1 = Iст + Iн ; U1 = I1 × Rб +U ст.ном .

Основная задача при расчете параметрического стабилизатора – определение сопротивления балластного резистора, обеспечивающего при заданных параметрах нагрузки и питающей режим работы стабилитрона в пределах рабочей зоны.

Составим систему неравенств для определения балластного сопротивления:

Тогда

69,66 £ Rб £ 102,15.

Уточняем по ряду Е24 балластное сопротивление стабилитрона:

Rб = 82 Ом.

Определяем параметры стабилизатора в соответствии с выбранным балластным сопротивлением. В номинальном режиме:

Rн = 475 Ом, Iн = 0,04 А, U н =19 В.

Мощность, потребляемая от сети питания:

P1 = U1 × I1 , где I1 = U1 − U2 = 24 −19 = 0,061 А, Rб 82

U2 = Iн ×Uн = 0,039 × 475 = 18,6 В,

Р1 = 24 ×0,061 = 1,464 Вт.

Мощность, передаваемая нагрузке:

Рн = Uн × Iн.ном = 19 × 0,04 = 0,76 Вт КПД параметрического стабилизатора:

h = Рн ×100% = 0,76 ×100% = 0,519 ×100% = 51,9% . Р1 1,464

Коэффициент стабилизации:

Для выполнения проверочного расчета проведем линеаризацию ВАХ стабилитрона на рабочем участке, заменив в принципиальной схеме стабилизатора стабилитрон на последовательно включенные Rст.дин Составляем схему замещения (рисунок 15):

Проверочный расчет.

По законам Кирхгофа составим систему уравнений. Найдем параметры схемы замещения, при U1ном :

I1 × Rб + Iст × Rст.дин = U1 -U 2*

I1 × Rб + Iн × Rн = U1I1 - Iст - Iн = 0

Составим матричное уравнение и найдем значения токов:

Х = А−1 × В

Решение матричного уравнения:

I1 = 0,061 А,

Iст = 0,022 А,

Iн = 0,039 А.

Определяем напряжение на нагрузке при номинальном заданном входном напряжении:

U 2 = I н × Rн = 0,022 ×475 = 18,53 В.

Составляем уравнения по закону Кирхгофа для входного напряжения

U1нно - DU1 :

Запишем в матричном виде:

Х = А−1 × В

Решение матричного уравнения:

I1 = 0,42 А,

I = 0,0047 А,

ст

I = 0,037 А,

н

Определяем напряжение на нагрузке при минимальном заданном входном напряжении:

U 2 = Iн × Rн = 0,037 × 475 = 17,6 В.

Составляем уравнения по закону Кирхгофа для U1ном + U1 :

Запишем в матричном виде:

Х = А−1 × В

Решение матричного уравнения:

I1 = 0,084 А,

Iст = 0,041 А,

Iн = 0,043 А,

Определяем напряжение на нагрузке при максимальном заданном входном напряжении:

U 2 = Iн × Rн = 0,043×475 = 20,4 В.

Так как в результате проверочного расчета ток через стабилитрон при максимальном входном напряжении не превышает максимальное паспортное значение тока через стабилитрон и ток через стабилитрон при минимальном входном напряжении превышает минимальное паспортное значение тока через стабилитрон выбор стабилитрона и балластного сопротивления верный. Наносим на ВАХ расчетные точки при трех значениях входного напряжения. Расчет окончен.

Таблица 6