Краткие теоретические сведения

Стабильность напряжения питания является необходимым условием работы большей части электронной аппаратуры. Устройство, поддерживающее неизменным напряжение на нагрузке при изменении значений питающего напряжения, сопротивления нагрузки, а также температуры окружающей среды, называется стабилизатором напряжения.

Эффективность стабилизации напряжения характеризуется коэффициентом стабилизации К_ст, который показывает, во сколько раз относительное изменение напряжения на выходе схемы стабилизации меньше, чем относительное изменение напряжения на входе.

                                          ,                                    (3.1)

Стабилизатор напряжения, свойства которого целиком определяются параметрами нелинейного элемента, называется параметрическим стабилизатором напряжения. В данной работе в качестве такого элемента используется разновидность кремниевого п/п диода, получившего название стабилитрон. Его работа основана на явлении электрического (обратимого) пробоя p-n - перехода при включении последнего в обратном направлении.

Типичная ВАХ стабилитрона приведена на рис.3.1. До наступления пробоя (участок ОА) обратный ток достаточно мал, а в режиме пробоя, т. е. в режиме стабилизации (участок АС), он становится такого же порядка, как и прямой ток. Изменение тока через диод в пределах от I_ст.min до I_ст.max сопровождается лишь небольшим изменением напряжения D U_ст.

Промышленность выпускает стабилитроны с напряжением стабилизации от 3,3 до 180 В. Для стабилизации малых напряжений (от 0,7 до 1,9 В) используется прямая ветвь ВАХ диодов, называемых стабисторами.

16

              Ошибка! Ошибка связи.

Рис. 3.1. Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Основными параметрами стабилитрона являются:

U_ст.ном - номинальное напряжение стабилизации;

I_ст.min - минимально допустимый ток стабилизации;

I_ст.max  - максимально допустимый ток стабилизации;

R _диф  - дифференциальное сопротивление стабилитрона (R _{диф =} DU_ст / I_ст).

Схема простейшего параметрического стабилизатора приведена на рис.3.2. и содержит : U_вх - источник питания; VD- стабилитрон; R_огр - ограничительный резистор; R _н - сопротивление нагрузки.

                  Ошибка! Ошибка связи.

Рис. 3.2. Схема параметрического стабилизатора напряжения

17

Очевидно, что входное напряжение должно быть больше напряжения

стабилизации. На практике обычно выбирают U_вх = (1,4 ¸ 2) U_ст . Избыток

напряжения гасится на R_огр. Величина его сопротивления рассчитывается для средней точки В характеристики стабилитрона (рис.3.1)

                                                                               (3.2)

где U_вх.ср- среднее значение входного напряжения; I_н - ток нагрузки.

Коэффициент стабилизации определяется по следующей формуле :

                           ,                                        (3.3)

Обычно его величина не превышает 10¸30. Для улучшения стабильности напряжения на нагрузке возможно применение схемы каскадного соединения стабилитронов или использование более сложных схем компенсационных стабилизаторов.