2.Стабилизаторы постоянного напряжения и их параметры Стабилизаторы постоянного напряжения

I_н

СН

U_вых

U_вх

R_н

Стабилизатор постоянного напряжения – это электронное устройство, стабилизирующее напряжение на выходе при изменении в широких пределах входного напряженияU_вхи тока нагрузкиI_н

Напряжения U_вхиU_выхоба постоянные, то есть не знакопеременные, толькоU_вх -нестабилизированное, аU_вых– стабилизированное. НестабильностьU_вхобусловлена нестабильностью сети (±10%), а нестабильностьI_нобусловлена изменением эквивалента нагрузкиR_нв процессе эксплуатации электронного устройства, подключенного к выходу стабилизатора.

Основные параметры

U_вых, [В] – стабилизированное выходное напряжение

I_{н макс}, [А] – максимальный ток нагрузки стабилизатора (стабилизатор должен поддерживатьU_выхс заданной точностью при изменении тока нагрузки от 0 доI_{н макс})

K_ст=( ∆U_вх/ ∆U_вых)*(U_вых/U_вх) = ( 1/K_U )*(U_вых/U_вх)

K_ст- коэффициент стабилизации стабилизатора

K_U- коэффициент передачи по напряжению

R_вых= ∆U_вых/ ∆I_н

R_вых– выходное сопротивление стабилизатора

α_Т = ( ∆U_вых*100% ) / (∆T*U_вых), [% / ˚C]

α_Т – относительная температурная нестабильность выходного напряжения. Показывает на сколько % изменитсяU_выхпри изменении температуры на один градус

Параметры идеального стабилизатора

U_вых→ сonst

I_{н макс} → ∞

K_ст→ ∞

K_U→ 0

В плане параметров K_стиK_Uстабилизатор дуален (противоположен) усилителю, так как усилитель должен в возможно большей степени увеличивать входной сигнал (K_ст→ 0 ,K_U→ ∞), а стабилизатор должен ослаблять входной сигнал, воспринимая его как нестабильность (K_ст→ ∞ ,K_U→ 0,R_вых→ 0). В планеR_выхидеальный стабилизатор напряжения дуален идеальному стабилизатору тока (R_вых→ ∞)

Параметрические стабилизаторы

Действие параметрических стабилизаторов основано на нелинейности вольтамперных характеристик кремниевых стабилитронов или диодов.

Рассмотрим типовой пример:

I_R1

U_ВЫХ

I_СТ

I_Н

VD1

U_ВХ

R1

R2

Рис. 2.1

U_СТ

I_СТ

I_{СТ мин}

I_{СТ А}

I_{СТ макс}

U_СТАБ

А

Рис.2.2

В параметрическом стабилизаторе рис.2.1 VD1 – стабилитрон, вольтамперная характеристика которого представлена на рис.2.2.

Стабилитрон– это диод, который может работать в зоне обратимого пробоя; из рис.2.2 видно, что если стабилитрон включен в прямом направлении, то он работает как обычный открытый диод с напряжением на нём ≈0.6 В (смотри рис.2.2 первый квадрант); при подаче обратного напряжения обычный диод будет практически обесточен, а стабилитрон при значении напряженияU_ст=U_стаб, пробивается и при значительном изменении тока через стабилитрон напряжение на нём практически не изменится(смотри рис.2.2 третий квадрант). Это свойство стабилитрона и используется в параметрических стабилизаторах рис. 2.1.

На рис 2.1:

I_{СТ мин} - минимальный ток стабилитрона, при котором он выходит на рабочий режим;

I_{СТ макс} - максимально допустимый ток стабилитрона (при большем значении тока происходит перегрев по мощности);

По рис. 2.1 очевидно, что U_ВЫХ=U_СТАБ. В схеме рис. 2.1 при изменении входного напряжения изменяется напряжениеU_R1 (так какU_ВХ =U_R1+U_СТАБ), изменяется токI_R1, а следовательно и токI_СТ (так какI_R1=I_СТ+I_Н) следовательно рабочая точка А будет перемещаться вверх или вниз по вольтамперной характеристике.

При расчёте сопротивления R1 нужно чтобы максимальный ток через стабилитрон был меньше максимально допустимого:

(U_{ВХ мин} – U_ВЫХ)/R1 – I_{Н мин} ≤ I_{СТ макс}

Параметрические стабилизаторы как правило имеют невысокий КПД ή = 0.3 – 0.4 и могут обеспечить токи нагрузки I_{Н макс} десятки и сотни миллиампер.