Параметричний стабілізатор напруги

Основная область применения стабилитронов – параметрические ста­билизаторы напряжения. Схема такого стабилизатора изображена на рис. 3.5.

На навантаженні R_N напряжение равно на­пряжению на стабилитроны. Так как в режиме пробоя напряжение на стабилитроне почти постоянно и равно напряжению стабилизации, то таким оно будет и на нагрузке. Вход­ное напряжение U₁ должно быть обязательно больше, чем U_ст. Разность между U₁ і U₂ = U_ст гаситься на баластному резисторі R_б

У₁-U₂=(I_ст+I_N)R_б або У₁= U₂+(I_ст+I_N)R_б (3.1)

При изменении входного напряжения изменяются падение напряжения на балластном резисторе, ток через этот резистор и, следовательно, ток через стабилитрон. Напряжение на нагрузке остается практически не­измененным.

Пределы изменения входного напряжения, при которых возможна ста­билизация, определяются из (3.1):

У_1min= U₂+(I_стmin+I_N)R_б (3.2)

У_1max= U₂+(I_стmax+I_N)R_б . (3.3)

Снизу этот предел ограничен неустойчивостью пробоя при малых то­ках, сверху – допустимой мощностью, рассеиваемой стабилитроном.

Основными параметрами стабилитрона являются коэффициент стаби­лизации и выходное сопротивление. Коэффициент стабилизации в общем случае определяется как

До_ст=(ΔU₁/U₁)/(? U₂/U₂). (3.4)

Имея в виду, что в режиме пробоя стабилитрон имеет динамическое сопротивление R_d , из схемы (рис. 3.5) находим

? U₂Аі =₁((R_d||R_N)/(R_б+R_d||R_N))

. (3.5)

Из (3.4) и (3.5) получаем

До_ст=(U₂/U₁) ((R_б+R_d||R_N)/(R_d||R_N)) . (3.6)

Оскільки в практичних випадках R_d«Р_N і R_d«Р_б, то

До_ст≈(U₂/U₁) (R_б+R_d). (3.7)

По поводу соотношения (3.7) следует заметить, что увеличение R_б не приводить до істотного збільшення До_ст, так как при заданном токе че­рез стабилитрон одновременно необходимо увеличить У₁ в соответствии с соотношением (3.1).

Если стабилизатор не обеспечивает требуемого коэффициента стаби­лизации, то его можно увеличить цепочечным включением двух или более стабилизаторов.

Выходное сопротивление стабилизатора можно определить как выход­ное сопротивление любого четырехполюсника: найти сопротивление отно­сительно выходных зажимов при R_N→ ∞ і ? U₁=0 (при коротком замыка­нии на входе для малого сигнала).

Из рис. 3.5 видно, что

R_вих=R_d||R_б≈R_d. (3.8)

Недостатком параметрического стабилизатора является малый кпд из-за потерь мощности на балластном резисторе. Поэтому он применяется только в маломощных источниках стабильного напряжения.

Контрольні питання

1. Какую область полупроводникового диода называют базой?

2. Как и по каким причинам изменяется прямая ветвь ВАХ диода с увели­чением его температуры?

3. Как влияют процессы генерации и рекомбинации носителей заряда на ВАХ диода?

4. Что такое p-i-n-диод?

5. Как зависит пробивное напряжение диодов при лавинном пробое от концентрации примесей в базе и от её удельного сопротивления?

6. Объяснить различия в ВАХ германиевых и кремниевых диодов.

7. В чём проявляется инерционность процесса переключения в диодах и как она уменьшается в импульсных диодах?

8. Назвать основные параметры стабилитрона.

9. Как зависит напряжения пробоя от температуры?

10. Изобразить схему параметрического стабилизатора напряжения и объяснить его работу.