-максимальная мощность рассеяния – мощность, которую может рассеять стабилитрон при комнатной температуре;

-динамическое сопротивление – наклон вольт-амперной характеристики на рабочем участке при определенном токе;

-минимальный ток стабилизации – ток, соответствующий началу рабочего участка вольт-амперной характеристики;

-максимальная температура перехода;

-максимальный ток стабилизации – максимальный ток через прибор, при котором в приборе рассеивается максимальная мощность.

Поскольку напряжение стабилизации для каждого конкретного типа

стабилитрона Uст =const, то при определенной допустимой температуре перехода Tп доп и температуре окружающей среды T0=+20°С – при комнатной температуре – максимальный ток стабилизации

Здесь, RТпер-ср, как и в случае обычных диодов, определяет термическое сопротивление участка переход-среда. Как известно, оно определяется конструктивным исполнением корпуса прибора.

9.2. Особенности применения

Схема стабилизатора напряжения с использованием стабилитрона представлена на рис. 70.

Icm.max =		Tп_доп −T0	.
		RT.пер−ср Uст

Если такая цепь спроектирована корректно, то напряжение на нагрузке остается постоянным при изменении Uп и Rн в предусмотренных пределах. В самом деле, с увеличением, например, Uп стабилитрон стремится сохранить падение напряжения на его выводах постоянным. Это приводит к увеличению тока через стабилитрон. Наоборот, при уменьшении Uп ток через стабилитрон уменьшается.

93

Если теперь предположить, что уменьшается сопротивление нагрузки Rн, то при Uп =const это означает увеличение тока в нагрузке и точно такое же его уменьшение в стабилитроне. Говоря иначе, изменение Rн приводит к перераспределению токов между стабилитроном и нагрузкой. Изменение же Uп приводит к соответствующему изменению тока через стабилитрон с соответствующим изменением падения напряжения на балластном резисторе Rб.

Примеры расчета схем со стабилитронами рассмотрены ниже.

Пример 23

Стабилитрон с напряжением стабилизации Uст=7,2В используется для стабилизации напряжения на нагрузке, потребляющей ток, меняющийся от 12мА до 100мА. Определить сопротивление балластного резистора Rб, если напряжение цепи Uц =12В.

Решение Схема стабилизатора представлена на рис.71. Из соображений, про-

диктованных опытом, следует, что минимальный ток через стабилитрон, включенный в схему стабилизатора напряжения, должен быть несколько большим Icm min.

Обычно принимают его равным 10% от максимального тока нагрузки 0,1Iн max >Icm min. Тогда, в соответствии с законом Ома:

R	=	U	ц −Ucm	=	(12 −7,2)В	= 43,5Ом.
б		Iн. max	+0,1Iн. max		0,11А

Очевидно, что с увеличением сопротивления нагрузки увеличится и ток через стабилитрон. Его максимальное значение равно 110мА. Этот ток должен быть меньше максимального тока стабилитрона, т.е. Icm max

>110мА.

Требуемая мощность рассеяния прибора:

Pрас (25°С) = 7,2В×(110×10−3 )А = 0,8Вт.

94

Таким образом, для стабилизатора напряжения необходим стабилитрон с мощностью рассеяния при комнатной температуре Pрасдоп =1Вт, гарантирующий Uст =7,2В при токе через него Icm =10мА с максимальным током стабилитрона Icm max >110мА.

Пример 24 Рассчитать стабилизатор напряжения, если ток нагрузки меняется в

пределах от нуля до 30мА, напряжение цепи также меняется. Положим, что имеется стабилитрон с допустимой мощностью рассеяния Pрас

доп=1Вт; Uст=10В; Icm min=1мА. Расчет должен гарантировать рабочую мощность рассеяния в приборе Pрас=0,25Вт. Среднее напряжение цепи

Uц=18В.

Решение

Поскольку Uст=10В, а рабочая мощность рассеяния Pрас раб= =0,25Вт, то рабочий ток через стабилитрон равен Icmраб= =0,25Вт/10В=25мА. Отсюда, сопротивление балластного резистора:

R	=	U	ц	−Ucm	=	(18 −10)В	=145Ом,
б		Iст.раб		+ Iн. max		25мА + 30мА

поскольку через Rб одновременно может протекать рабочий ток стабилитрона и максимальный рабочий ток нагрузки.

При уменьшении напряжения цепи, с учетом постоянства падения напряжения на диоде, а также Rб будет наблюдаться уменьшение тока через стабилитрон. Поскольку его наименьший ток составляет Icm min =1мА, то допустимое минимальное напряжение цепи составляет:

Uц. min =Uст +(Iн. max + Iст. min ) Rб =10В+31мА 0,145к =14,5В

.

Допустимой мощности рассеивания соответствует Icm max= =1Вт/10В=10мА. Наихудший – с точки зрения рассеяния мощности в стабилитроне режим имеет место, при токе нагрузки равном нулю (весь ток течет через стабилитрон) и максимальном напряжении цепи. Отсюда:

Uц.max =Uст + Iст. max Rб =10В+100мА 0,145к = 24,5В

.

Таким образом, в рассмотренном случае напряжение цепи может меняться лишь от 14,5 В до 24,5 В при изменении тока нагрузки от нуля до

30мА.

9.3.Ослабление пульсаций напряжения

95

В простейшем случае пульсирующее напряжение можно представить в следующем виде Uц=Uц0+Uпмsin ωt. При неизменном токе нагрузки Iн0=const ток через стабилитрон, в отсутствие пульсаций, определяется соотношением Iст=[(Uц0-Uст)/Rб]-Iн0, рис. 72.

Наличие пульсаций обуславливает изменение тока через стабилитрон

от

Iст min=[(Uц0-Uпм)-Uст]/Rб

до

Iст max=[(Uц0+Uпм)-Uст]/Rб.

При этом падение напряжений на стабилитроне Uст окажется много меньшим 2Uпм. Как известно, в рассматриваемом случае стабилитрон характеризуется его дифференциальным сопротивлением rд= Uст/ Iст.

Таким образом, для случая пульсирующего напряжения, рис. 73 а, схема стабилизатора может быть представлена двумя эквивалентными схемами рис. 73 б

и 73 в.

Как следует из рис. 73 в, в силу rд<<rб, наблюдается ослабление пульсаций напряжения питания, ибо амплитуда напряжения пульсаций на

нагрузке uптн =uптц rб r+д rд . Как известно с уменьшением тока через стабилитрон увеличивается rд и ухудшается ослабление пульсаций.

	Пример 25
	Положим,		что в предыдущем примере при Iст=25мА
rд		Iст = 25мА	=7Ом. Размах напряжения пульсации цепи Uпр=0,2 В.

96