2.2. Классификация стабилизаторов напряжения

Основой стабилизаторов является элемент, перераспределяющий токи между схемой стабилизатора и нагрузкой при дестабилизирующих ,воздействиях таким образом, чтобы выходное напряжение оставалось постоянным. Этот элемент назван РЕГУЛИРУЮЩИМ. По способу включения регулирующего элемента параллельно или последовательно с нагрузкой различают стабилизаторы ПАРАЛЛЕЛЬНОГО и ПОСЛЕДОВАТЕЛЪНОГО типов. Структурные схемы стабилизаторов обоих типов показаны на рис. 12.

Рис. 12

Здесь - регулирующий элемент; СУ - сравнивающий и усиливающий элемент; Э - источник эталонного напряжения.

Рассмотрим принцип действия параллельных стабилизаторов. При изменении напряжения питания изменяется и выходное напряже­ние . Сигнал, пропорциональный разности эталонного и выходного напряжения, выделяется и усиливается элементом СУ и воздейству­ет на регулирующий элемент. Ток через регулирующий элемент изме­няется и вызывает изменение падения напряжения на балластном соп­ротивлении . Причем схема работает таким образом, что это из­менение напряжения оказывается почти равным изменению входного напряжения, и выходное напряжение остается постоянным. Аналогично выполняется стабилизация и при изменении .

В стабилизаторах последовательного типа ток через регулирующий элемент изменяется так, что изменение напряжения на регулирую­щем элементе тоже оказывается примерно равным изменению входного напряжения, и поэтому выходное напряжение остается постоянным.

Из сопоставления схем, показанных на рис. 12, можно сделать вы­вод, что параллельные стабилизаторы нечувствительны к перегрузкам по току, так как с увеличением тока нагрузки ток регулирующего эле­мента уменьшается. При коротком замыкании на выходе напряжение полностью падает на балластном сопротивлении и регулирующий элемент оказывается вне опасности. Последовательные стабилизаторы чувствительны к таким перегрузкам, поскольку ток нагрузки и ток ре­гулирующего элемента возрастают одновременно и в равной степени. При этом мощность, рассеиваемая регулирующим элементом, возрастает, и он может выйти из строя. Этот недостаток последовательных стаби­лизаторов заставляет дополнять их схемы тем или иным типом зашиты. К достоинствам стабилизаторов последовательно-го типа следует отнести больший КПД и .

2.3. Стабилизаторы параллельного типа

2.3.1. Диодный стабилизатор

Простейший диодный стабилизатор параллельного типа (рис. 13) представляет собой делитель напряжения, состоящий из балластного сопротивления и стабилитрона, параллельно которому включено соп­ротивление нагрузки. Эта схема соответствует структуре параллель­ных стабилизаторов 1 (см. рис. 12а), хотя регулирующий и усиливающий элемента отсутствуют, а стабилитрон совмещает функции опорного и регулирующего элементов.

П

Рис. 13

ри изменении входного напряжение изменяется общий ток , однако это не приводит к существенному изменению выходного напря­жения, так как происходит изменение тока через стабилитрон, причем и

изменяется слабо, а значит, и выходное напряжение оказывается стабилизированным. Аналогично, при постоянном напряжении питания любое изменение тока нагрузки вызы­вает такое же по значению, но обратное по знаку изменение тока стабилитрона (при условии, что ). Ток остается неизменным, и, следовательно, не изменяется.

При расчете элементов и режима работы такого стабилизатора задаются допускаемыми относительными значениями отклонений питаю­щего напряжения и , максимальным (он обычно и номинальный) и минимальным током нагрузки, выходным напряжением и определяют напряжение питания , тип стабилитрона, режим его работы и соп­ротивление балластного резистора. При расчете схемы также учитыва­ют допустимые отклонения сопротивления резистора и напряжения стабилизации стабилитрона . Относительные значения этих отклонений обычно обозначают через и . Таким образом: , , , . и определяются соответственно клас-сом точности резистора, применяемого в качестве , и типом стабилитрона.

Для того чтобы обеспечить работу стабилитрона в области до­пустимых токов стабилизации, указываемых в справочной лите-ратуре, при всех допустимых отклонениях параметров элементов схемы, необ­ходимо выполнить следующие условия:

1) при , , и максимальном токе нагрузки

;

2) при , , и минимальном токе нагрузки ,

Анализ работы рассматриваемого стабилизатора с учетом этих условий позволяет получить выражения для предельного минимально возможного при заданных параметрах напряжения питания схемы

(31)

где , , ,

, ),

предельно минимального значения сопротивления балластного резистора

(32)

и предельного максимального значения сопротивления бал-ластного резистора

(33)

Используя выражения (31), (32) и (33), определяют и , а затем вычисляют предельно возможный рабочий ток через стабилитрон

(34)

Если расчет проведен правильно, то . Мощность, рассеваемая на резисторе .

. (35)

Коэффициент стабилизации выходного напряжения по вход-ному напряжению при линейной аппроксимации ВАХ стаби-литрона равен

, (36)

где - дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Из выражения (36) видно, что с увеличением коэффи-циент стабилизации возрастает. Однако увеличение требует одновременного повышения напряжения питания , а это не всегда целесообразно, так как снижается КПД схемы.

Выходное сопротивление данного стабилизатора

. (37)

где - внутреннее сопротивление источника напряжения .

Температурная нестабильность выходного напряжения

, (38)

где - температурный коэффициент напряжения стабилиза-

ции стабилитрона, - интервал рабочих температур стабилизатора.