-
Параметрические стабилизаторы напряжения
П
араметрические
стабилизаторы напряжения (ПСН)
используются в маломощных ИВЭП с
выходным током до 15...20 мА, а также в
качестве источников опорного напряжения
в компенсационных стабилизаторах и
контрольно-измерительной аппаратуре.
Для стабилизации постоянного напряжения
в них применяются элементы с нелинейной
вольтамперной характеристикой –
полупроводниковые стабилитроны,
стабисторы, транзисторы. На рабочем
участке вольтамперной характеристики
данных элементов напряжение мало зависит
от протекающего через них тока.
Схема простейшего однокаскадного ПСН параллельного типа приведена на рисунке 6. При изменении входного напряжения UВХ изменяется ток, притекающий через резистор R1 и стабилитрон VD1, при незначительном изменении напряжения на стабилитроне UVD1 (стабилитрон работает в режиме электрического пробоя!), а следовательно, и на нагрузке. Поэтому изменение падения напряжения на резисторе R1 практически полностью компенсирует изменение входного напряжения, а так как стабилитрон включён параллельно нагрузке, то напряжение UВЫХ = UVD1 на нагрузке остаётся практически постоянным.
Коэффициент
стабилизации: 
,
где rVD1 – дифференциальное сопротивление стабилитрона VD1.
Выходное
сопротивление стабилизатора:
.
Д
ля
повышения стабильности выходного
напряжения применяются многокаскадные
либо мостовые схемы
стабилизаторов, приведённые на рис.7.
В двухкаскадном ПСН (рис.7а), в котором последовательно включены два однокаскадных стабилизатора (ср. с рис.6), общий коэффициент стабилизации равен произведению коэффициентов стабилизации отдельных каскадов:
.
Выходное
сопротивление стабилизатора:
,
где rVD1 и rVD2 – дифференциальные сопротивления стабилитронов VD1,VD2 соответственно.
Очевидно, что в данном ПСН должно выполняться условие UVD1 > UVD2, где UVD1 и UVD2 – напряжения стабилизации соответствующих стабилитронов. Увеличение числа каскадов приводит к существенному снижению КПД, который получается путём перемножения КПД каждого каскада.
В мостовой схеме (рис.7б) стабилизация выходного напряжения достигается за счёт изменения напряжения на резисторе R2 компенсирующего изменение напряжения на резисторе R3. Напряжение на стабилитроне UVD1, работающем в режиме электрического пробоя, изменяется незначительно.
Коэффициент
стабилизации: 
Выходное
сопротивление стабилизатора:
,
где rVD1 – дифференциальное сопротивление стабилитрона VD1.
Теоретически коэффициент стабилизации может стремиться к бесконечности, однако выходное напряжение и КПД будут при этом стремиться к нулю.
Максимальная
мощность рассмотренных ПСН ограничивается
предельными значениями тока стабилизации
и рассеиваемой мощностью стабилитрона.
Увеличить мощность отдаваемую в нагрузку
без ухудшения КПД можно за счёт применения
транзистора VT1, работающего в режиме
эмиттерного повторителя, со стабилитроном
VD1 в цепи базы (рис.8). За счёт
отрицательной обратной связи (ООС) по
напряжению выходное напряжение данного
параметрического стабилизатора
последовательного типа
устанавливается равным величине:
,
г
де
UVD1
– напряжение стабилизации (пробоя)
стабилитрона VD1;
UБЭ – напряжение
между базой и эмиттером транзистора
VT1 (см. рис.8).
Колебания выходного напряжения сглаживаются благодаря малому дифференциальному сопротивлению стабилитрона rVD1.
Коэффициент
стабилизации данной схемы:
,
Выходное
сопротивление стабилизатора:
,
где
– h-параметры
транзистора VT1,
соответствующие схеме с ОЭ.
При использовании ПСН последовательного типа (в отличие от ПСН параллельного типа) нельзя допускать короткого замыкания на выходе, так как в этом случае ток, протекающий через транзистор значительно возрастает (что может вывести транзистор из строя), либо необходимо предусматривать цепи защиты от короткого замыкания.
К недостаткам параметрических стабилизаторов напряжения относят низкий КПД и сравнительно невысокий коэффициент стабилизации, а также невозможность плавной регулировки и точной установки номинального значения выходного напряжения.
Достоинство таких схем – простота исполнения и малое количество элементов.