Параметрические стабилизаторы напряжения постоянного тока.

Параметрические стабилизаторы напряжения применяются при малых выходных токах, изменяющихся в незначительных пределах. Для построения параметрических стабилизаторов постоянного напряжения используют нелинейные элементы, напряжение которых мало зависит от тока, протекающего через них. В качестве таких элементов чаще всего применяют стабилитроны и стабисторы, вольт-амперные характеристики (ВАХ) которых представлены на рис.

В основе действия этих полупроводниковых приборов лежат механизмы лавинного или туннельного пробоя, поэтому для работы стабилитрона используется обратная ветвь ВАХ, а для работы стабистора используются свойства прямой ветви ВАХ (область 1-2 на рис. 5.1).

На рис.5.2. представлена схема однокаскадного параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне, где гасящий резистор Rr включен последовательно с нагрузкой, а стабилитрон VD1 — параллельно ей.

На рис. 5.3 изображены вольт-амперные характеристики стабилитрона 1 и нагрузки 2. Так как сопротивление нагрузки и стабилитрон включены параллельно (рис. 5.3), для построения суммарной характеристики необходимо сложить по оси токов характеристики сопротивления и стабилитрона . Полученная суммарная кривая (3) представляет собой зависимость .Рабочий участок этой кривой получается, как видно из построения, смещением вниз точек характеристики стабилитрона на величину тока нагрузки . Отложив на оси абсцисс входное напряжение , строим из этой точки характеристику резистора (прямая 4). Точка пересечения характеристик (4) и (3) определяет установившийся режим для данного входного напряжения. При изменении входного напряжения характеристика сопротивления перемещается и соответственно сдвигает рабочую точку на суммарной характеристике Как видно из графиков на рис. 5.3, при изменении вход. напряжения от напряжение на нагрузке изменяется от причем изменение выходного напряжения значительно меньше изменения напряжения на входе. Коэффициент стабилизации однокаскадного параметрического стабилизатора можно определить из приближенного выражения: При увеличении сопротивления коэффициент стабилизации возрастает. При минимальном входном напряжении ,когда для тока стабилитрона выполняется условие определим где — относительное отклонение входного напряжения в сторону понижения. => где — максимально возможное назначение коэффициента стабилизации. Следовательно для выбранного стабилитрона при известном токе нагрузки и относительных отклонениях входного напряжения коэффициент стабилизации не может быть больше .Изменение сопротивления нагрузки стабилизатора вызывает изменение тока Если принять, что напряжение неизменно, то изменение тока нагрузки приводит к соответствующему изменению тока через стабилитрон, причем которое вызывает соответствующее изменение вых. напряжения стабилизатора Получаем значение внутреннего сопротивления стабилизатора Выходное сопротивление стабилизатора в основном определяется дифференциальным сопротивлением стабилитрона и мало зависит от гасящего сопротивления. Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению выходного напряжения стабилизатора, что характеризуется его В свою очередь зависит от температурного коэффициента напряжения стабилизации стабилитрона , применяемого в схеме. Для уменьшения в некоторых случаях применяют температурную компенсацию, включая последовательно со стабилитроном термозависимые элементы или диоды. ТКН этих элементов должен иметь знак, противоположный знаку ТКН стабилизации стабилитрона. На схеме 5.2 в качестве компенсирующего элемента используется обычный диод VD2 или стабилитрон, включенный в прямом направлении. Такая температурная компенсация применяется для стабилитронов, имеющих положительный температурный коэффициент. ТКН диода или стабилитрона, включенного в прямом направлении, отрицательный. При изменении окружающей температуры (например, увеличении) напряжение на стабилитроне возрастает, а на диоде падает, в результате суммарное напряжение изменяется незначительно.В случаеесли необходимо получить большую точность стабилизации, применяют многокаскадные схемы параметрических стабилизаторов или схемы мостового типа. Коэффициент стабилизации в многокаскадных параметрических стабилизаторах равен произведению коэффициентов стабилизации отдельных каскадов, однако выходное сопротивление так же, как и в однокаскадном параметрическом стабилизаторе, приближенно равно дифференциальному сопротивлению стабилитрона .Таким образом, применяя многокаскадные параметрические стабилизаторы, можно значительно повысить коэффициент стабилизации, однако стабильность выходного напряжения при изменении тока нагрузки остается такой же, что и в однокаскадных схемах.

Стабилизаторы тока (или токостабилизирукяцие двухполюсники) применяют в параметрических стабилизаторах постоянного напряжения для стабилизации входного тока, включая вместо гасящего сопротивления,что дает возможность без снижения КПД повысить коэффициент стабилизации. На 5.7,а в качестве примера приведена схема параметрического стабилизатора напряжения с токостабилизирующим двухполюсником на полевом транзисторе. Благодаря уменьшению отклонений тока через стабилитрон при изменении входного напряжения стабилизация выходного напряжения улучшается в несколько раз. КПД однокаскадных параметрических стабилизаторов напряжения из-за потерь мощности в стабилитроне и гасящем резисторе невысок и равен Причем схема параметрического стабилизатора напряжения со стабилизатором тока вместо гасящего резистора имеет несколько больший КПД,

параметрического стабилизатора напряжения со стабилизатором тока вместо гасящего резистора имеет несколько больший КПД, так как она работает при меньших значениях входного напряжения. Если необходимо увеличить мощность параметрического стабилизатора, то используют схему с эмиттерным повторителем(5.7,б). Коэффициент стабилизации в этой схеме не увеличивается, а вых. напряжение определяется напряжением стабилитрона