1.2. Расчет параметрического стабилизатора

1.2. Расчет параметрического стабилизатора

В таблице 1 приведены обычно используемые параметры стабилитронов.

Таблица 1.2.1

Параметр	Обозначение	Определение
Напряжение стабилизации	Uст	Номинальное напряжение, при котором диод оказывает стабилизирующее действие
Минимально допустимый ток стабилизации	Iст.min	Минимальный ток, необходимый для работы стабилитрона
Максимальный ток стабилизации	Iст.max	Максимальный ток, который может протекать через стабилитрон
Полное сопротивление стабилитрона в области лавинного пробоя через него	Zст	Показывает изменение напряжения на стабилитроне при небольших изменениях тока через него относительно указанного значения испытательного тока I ст.исп

Задача

На рисунке 1 показана схема стабилизатора напряжения, который при подаче на вход постоянного напряжения 25 В обеспечивает на выходе постоянное напряжение 12 В. Колебания выходного напряжения должны находиться в пределах ± 10%. При изменении напряжения источника на 2 В выходное напряжение не должно отклоняться более чем на 100 мВ. Нагрузка R _н может принимать любое значение между 400 Ом и 1 кОм. Максимальная температура окружающей среды составляет 40°С. Подберите подходящий стабилитрон.

Рис.1.2.1. Принципиальная схема параллельного стабилизатора

Теория

Работа стабилитрона в значительной степени зависит от тока через него. В данной схеме

Желательно получить на выходе схемы неизменное постоянное напряжение U_вых. Однако при изменении I_ст несколько меняется и U_вых :

где Z _ст- полное сопротивление стабилитрона в области лавинного пробоя.

При колебании входного напряжения в основном варьируется напряжение на резисторе R ₁, а наибольшим изменениям подвергается ток через диод (поскольку выходные значения напряжения и тока относительно постоянны). Таким образом, и в соответствии с уравнением

Решение. Выбираем стабилитрон Д815Д.

Вообще стабилитроны хорошо работают при токе I_ст.исп, при котором они испытываются. Они также хорошо работают при повышенных токах, если не превышается допустимая рассеиваемая мощность. Следовательно, обычно стараются выбрать прибор, у которого номинальный ток сравним с минимальным током схемы. Такая ситуация имеет место, когда нагрузка составляет 400 Ом. Тогда в соответствии с уравнением

.

Это значение близко к I_ст,исп =31,2 мА для стабилитрона типа Д815Д.

Необходимо также проверить максимальную рассеиваемую мощность при максимальном I_ст, когда R_н= 1 кОм. В этом случае

Рассеиваемая мощность

.

Это значение с запасом не превышает предельно допустимого значения, равного 1,5 Вт, при температуре выводов Т_в =75° С.

Степень изменения выходного напряжения вследствие колебания входного рассчитывается на основе указанного значения полного сопротивления стабилитрона при I_ст.исп равного 6,5 Ом, по уравнению в виде

,

что оказывается в пределах требований схемы. Такое отклонение напряжения имеет место при R_н = 400 Ом, когда I_ст = I_ст.исп. При более высоких значениях R_н ток I_ст растет, а Z_cт уменьшается, поэтому U_вых становится несколько меньше.

Для того чтобы удовлетворить требованиям к допуску на колебания выходного напряжения (10%), используем стабилитрон Д815Д с допуском ±5%. Стабилитрон Д815Д с допуском ±10% не подходит, поскольку отклонения значений тока цепи и температуры вызовут дополнительные изменения выходного напряжения. Приближенно эти изменения можно оценить следующим образом.

Если R _н находится в пределах от 400 Ом до 1 кОм, то I_ст возрастает на 18 мА, что следует из уравнений. В результате согласно уравнению выходное напряжение изменится на:

(Фактически изменения оказываются несколько меньшими, поскольку при большом токе сопротивление Z _ст становится меньше 6,5 Ом). Возрастание I_ст приводит также к увеличению рассеиваемой мощности:

Результирующий рост температуры рассчитывается на основе коэффициента снижения номинальной мощности, равного 12 мВт/°С:

Т= Р/12=216/12 =18°С. Диапазон изменения температуры окружающей среды, составляющий 15°С (от 25 до 40 °С), должен быть расширен до 33°С.

Рис. 1.2.2. Зависимость ТКН от напряжения стабилизатора

при U _ст = 12 В (а); при U _ст = 14 - 200 В (б)

Температурный коэффициент по напряжению (ТКН) диода, у которого U_ст = 12 В, на основании кривых, показанных на рисунке, оказывается равным приблизительно +9 мВ/°С.

Тогда

После суммирования результатов получаем общее возможное отклонение выходного напряжения, составляющее +414 мВ, которое добавляется к основному допуску (±5%), и, как и требовалось, при этом изменение напряжения на выходе не превысит ±10%.

Обратный ток и минимальный ток стабилизации в схеме не учитываются, поскольку она не работает при низких уровнях тока.

Таблица 1.2.2

Электрические характеристики стабилитронов

Тип стабилитрона	ТКН, К^-1	rдиф,Ом (при Iст = 10 мА)	Uст, В (при Iст = 10 мА)	Iст. max, мА	Ррассеив, мВт (t,°C)
Д815Д	9·10^-4		2,16 – 2,66		8 Вт (75)
КС133А	- 11·10^-4		2,97 – 3,63		300 (≤50); 100 (125)
КС139А	- 10^-^3		3,51 – 4,29
КС147А	-9·10^-4…1·10^-4		4,23 – 5,17
КС156А	±5·10^-4		5,04 – 6,16
КС168А	±6·10^-4		6,12 – 7,48

Таблица 3

Параметры прецизионных стабилитронов

Тип стабилитрона	Uст, В	ТКН, К^-1	Iст, мА	rдиф, (при Iст, мА)	Рдоп, мВт (t,°C)
КС191Р	8,645—9,555	±5·10^-^6	5 – 15	18 (10); 39(5)	150 (60); 100 (100)
КС191Ф	±5·10^-^6	3 – 20	18(10); 70(3)	200 (60); 100 (100)
КС211Б	11 – 12,6	0...2·10^-4	5 – 33	15(10); 30(5)	380 (50); 70 (125)
КС211В	9,3 – 11	- 2·10^-4...0
КС211Д	9,9 – 12,1	±5·10^-5
КС520В	19 – 21	±10^-5	3 – 22	120(5); 210(3)	500 (50)
КС531В	29,45 – 32,55	±5·10^-5	3 – 15	50(10); 350 (3)
КС547В	44,65 – 49,35	±10^-^5	3 – 10	280(5); 490(3)
КС568В	64,6 – 71,4	3 – 10	400(5); 700 (3)	720 (50)
КС596В	91,2 – 100,8	3 – 7	560(5); 980(3)

Дата добавления: 2015-08-29