Параметрический стабилизатор напряжения

Суть работы такого СН (рис. 8.1) состоит в том, что напряжение нагрузки равняется напряжению стабилитрона U₂ = U_Д.

Рис. 8.1. Параметрический стабилизатор напряжения		Рис. 8.2. Его эквивалентная схема замещения для малых приращений сигнала

Последний работает на участке пробоя (рис. 8.3), где малому изменению напряжения соответствует значительное изменение тока диода. Дифференциальное сопротивление диода r_Д = DU_Д/DI_Д на этом участке составляет единицы-десятки Ом в зависимости от тока диода, напряжения пробоя и ряда других факторов. Схема является стабилизатором параллельного типа и между входным и выходным токами существует соотношение I₁ = I_Д + I_Н (Рис. 8.1).

Схема работает следующим образом: увеличение напряжения питания U₁ приводит к увеличению тока I₁ = (U₁ – U_Д) / R₀. Однако U_Д » const, и приращение тока I₁ вызовет практически такое же приращение тока диода и мало изменит ток (напряжение) в нагрузке (рис. 8.3, а). С другой

Рис. 8.3. Графический анализ работы стабилизатора при: а – изменении входного напряжения; б – изменении сопротивления нагрузки

стороны, изменение величины резистора R_Н (например, его уменьшение) приведет к изменению тока нагрузки (его увеличению), что в свою очередь изменит (уменьшит) ток стабилитрона (рис. 8.3, б). Важно, чтобы при таких изменениях стабилитрон оставался на участке пробоя. В этом случае напряжение в нагрузке останется практически постоянным, а DI_Н »
» –DI_Д. Графические построения для анализа работы стабилизатора при изменении U₁ и при изменении R_Н представлены на рис. 8.3, б и в, соответственно.

Для нахождения параметров K_НU и K_НI СН (рис. 8.1) можно представить в виде эквивалентной схемы замещения (рис. 8.2), которая справедлива для малых приращений напряжений (токов). Из схемы замещения следует, что выходное сопротивление стабилизатора составляет

r_ВЫХ = R₀½½r_Д » r_Д,

поскольку R₀ всегда выбирается существенно больше r_Д. Для определения K_НU необходимо найти отношение DU₂ / DU₁, которое легко получается из анализа рис. 8.2:

DU₂ / DU₁ = (R_Н½½r_Д) / (R₀ + R_Н½½r_Д) @ r_Д / R₀.

После чего

K_НU = (DU ₂ / U ₂) ×100% / DU ₁ = (r_Д / R₀ U₂) ×100%.

Для маломощных стабилитронов r_Д составляет 5 – 20 Ом, R₀ выбирают порядка нескольких сотен Ом, U₂ составляет 5 – 15 В при отношенииU₂/U₁ = 0,4 – 0,8. В таком случае типичное значение K_НUнаходится в пределах 0.5 – 2 % / B, а КПД = 20 – 40 %. Обычно средний ток нагрузки примерно равен половине максимально допустимого тока стабилитрона и составляет единицы – десятки миллиампер.

Коэффициент нестабильности по току

K_НI = (DU ₂ / U ₂ ) ×100% / (DI _Н / I _Н ) = (r_ДI_Н / U₂) ×100% = (r_Д / R_Н) ×100%

тем меньше, чем меньше r_Д и имеет величину порядка 2 – 5 %.