Принцип работы параметрического стабилизатора

При проектировании источников питания для радиоэлектронной аппаратуры предъявляются высокие требования к стабильности выходного напряжения.

Простейшими стабилизаторами напряжения являются схемы, использующие нелинейные элементы, вольт-амперная характеристика которых содержит участок, где напряжение почти не зависит от тока. Такую вольт-амперную характеристику имеет стабилитрон, работающий при обратном напряжении в области пробоя (рис. 3.1, б).

Схема простейшего стабилизатора напряжения, называемого параметрическим, приведена на рисунке 3.1, а. В этой схеме стабильность выходного напряжения определяется в основном параметрами стабилитрона. Колебания входного напряжения или тока нагрузки приводят к изменению тока через стаби­литрон, однако напряжение на стабилитроне, подключенном параллельно нагрузке, изменяется незначительно.

Рис. 3.1.

а) схема параметрического стабилизатора;

б) вольтамперная характеристика стабилитрона

Действительно, входное напряжение распределяется между балластным резистором R_б и стабилитроном (рис. 3.1,б)

, (3.1)

где – падение напряжения на балластном резисторе R_б от протекания токов стабилитрона I_ст. и нагрузки I_стаб..

Построение линии нагрузки ведем по двум точкам с координатами

1) I=0 U=U_выпр;

2) I=I_ст U=U_ст.

Так как напряжение на стабилитроне U_ст в соответствии с вольт-амперной характеристикой почти не зависит от тока стабилитрона в пределах участка от I_ст.мин до I_ст.мax, то приращение входного напряжения DU_вх, равно приращению напря­жения DU_Rб на резисторе R_б.

Так как ток нагрузки I_стаб = U_стаб/R_н = U_ст/R_н остается при этом неизменным, то

DU_выпр=DU_Rб=DI_стR_б, (3.2)

т. е. при изменении входного напряжения на значение DU_выпр, ток стабилитрона изменяется на значение DU_выпр/R_б.

При изменении входного напряжения изменяется ток стабилитрона, и линия нагрузки передвигается параллельно себе вниз или вверх. При этом напряжение на стабилитроне и на нагрузке изменяется в пределах U_стmin до U_{ст max}, а ток через стабилитрон от I_{ст min} до I_{ст max}.

Предположим, что нагрузка изменилась, например, умень­шилось сопротивление резистора R_н, что привело к увеличению тока нагрузки. Так как при неизменном входном напряжении должно сохраняться постоянство входного тока I_выпр=I_ст + I_стаб=const, то увеличение тока I_стаб влечет за собой уменьшение на такое же значение тока стабилитрона.

3.2. Основные параметры стабилизаторов напряжения:

коэффициент полезного действия, равный отношению мощ­ности, выделяемой в нагрузке, к входной мощности, т. е.

(3.3)

коэффициент стабилизации, определяемый как отношение относительного приращения напряжения на входе стабилиза­тора DU_выпр/U_выпр к относительному приращению напряжения на выходе DU_стаб/U_стаб при постоянной нагрузке:

, (3.4)

выходное сопротивление, равное отношению приращения напряжения на выходе стабилизатора DU_стаб к приращению тока нагрузки DI_н:

. (3.5)

При питании усилителей выходное сопротивление стабили­затора создает паразитные обратные связи через источник, приводящие к изменению параметров усилителей и даже к самовозбуждению усилителей. Поэтому выходное сопротивление стабилизатора желательно снижать.

Выходное сопротивление параметрического стабилизатора (рис. 3.1,а) определяется дифференциальным сопротивлением стабилитрона R_д на рабочем участке вольтамперной характеристики:

(3.6)

поскольку выходным напряжением стабилизатора является напряжение на стабилитроне (U_стаб=U_ст), а изменение тока в нагрузке равно изменению тока через стабилитрон (DI_стаб=DI_ст).

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора

. (3.7)

Коэффициент стабилизации параметрических ста­билизаторов напряжения не превышает 50. Параметрические стабилизаторы напряжения просты и на­дежны, однако обладают существенными недостатками, глав­ными из которых являются невозможность регулировки выход­ного напряжения и малое значение коэффициента стабилизации, особенно при больших токах нагрузки ( I_стаб > I_ст.ном).

Дата добавления: 2015-07-14