Параметрические стабилизаторы напряжения

Параметрические стабилизаторы напряжения являются стабилизаторами параллельного типа (рис. 2). В этих устройствах стабилизация напряжения на нагрузке осуществляется в результате перераспределения напряжений и токов между балластным резистором R_д, нагрузкой R_н и регулирующим элементом (VD). В качестве регулирующего элемента используются приборы, обладающие резко выраженной нелинейностью вольтамперной характеристики (ВАХ): кремниевые и газоразрядные стабилитроны (рис. 3).

Рис. 2. Параметрический стабилизатор	Рис. 3. ВАХ стабилитрона

Рассмотрим работу параметрического стабилизатора на кремниевом стабилитроне, схема которого приведена на рис. 2. Ток через балластный резистор R_д равен сумме токов, протекающих через R_н и стабилитрон VD.

Рабочая точка стабилитрона (U_ст, I_ст) выбирается на участке с минимальным дифференциальным сопротивлением r_диф= ∆U_ст/∆I_ст (рис. 3). При увеличении напряжения на входе стабилизатора ток через стабилитрон в соответствии с его ВАХ резко увеличивается на величину ∆I_ст. Это приводит к возрастанию суммарного тока, протекающего через резистор R_д, и увеличению падения напряжения на нем на величину

Напряжение на стабилитроне и соответственно на нагрузке при этом меняется на гораздо меньшую величину. Если же напряжение на входе стабилизатора уменьшается, то падение напряжения на R_д также уменьшается, оставляя величину напряжения на нагрузке практически неизменной.

Вычислим коэффициент стабилизации по входному напряжению для этого стабилизатора. Приращение напряжения на входе стабилизатора может быть записано как

. (8)

Приращение напряжения на выходе стабилизатора ∆U_н= ∆U_ст. С учетом того, что r_диф<< R_д, для коэффициента стабилизации по напряжению (1) и выходного сопротивления СН (3), можно получить следующие формулы:

. (9)

Формула, аналогичная k_U, справедлива и для коэффициента сглаживания пульсаций, поскольку на низких частотах кремниевые стабилитроны практически безынерционны. Из (9) видно, что с увеличением R_д коэффициент k_U увеличивается, однако KIIД стабилизатора уменьшается. Типичные значения k_U таких СН - до сотни, а выходное сопротивление - около десятка Ом.

В ряде случаев к температурной стабильности выходного напряжения параметрического стабилизатора предъявляются жесткие требования, например при использовании их в качестве источников опорного напряжения. Для повышения термостабильности необходимо введение в схему стабилизатора термокомпенсирующих элементов. Поскольку у большинства кремниевых стабилитронов ТКН положителен, то для термокомпенсации можно использовать обычные кремниевые диоды, включаемые последовательно со стабилитроном в прямом направлении. Диоды имеют отрицательный ТКН, и подбором их типа и числа можно сделать суммарный ТКН цепочки сколь угодно близким к нулю в рабочем интервале температур стабилизатора. В настоящее время нашли широкое применение так называемые униполярные стабилитроны. Они состоят из двух одинаковых кремниевых стабилитронов, включенных навстречу друг другу. Один из них вьшолняет функцию стабилизирующего, второй - термокомпенсирующего элементов.

При таком способе термокомпенсации возрастает величина r_диф, что, согласно (9), уменьшает коэффициент стабилизации по напряжению. Для увеличения k_U можно применить последовательное соединение нескольких параметрических СН. Общий коэффициент стабилизации такой цепочки равен произведению k_Ui отдельных каскадов.

Основными недостатками параметрических стабилизаторов является их низкий KIIД, что характерно для всех стабилизаторов напряжения параллельного типа, и сравнительно небольшой максимально допустимый ток нагрузки. Как правило, он не превышает величины (0,5 1) I_{ст max}. Здесь I_{ст max} - максимальный ток стабилизации стабилитрона. Для маломощных стабилитронов он составляет величину менее 30 мА. Если применить для усиленйя тока дополнительный транзистор, то можно увеличить максимально допустимый ток нагрузки примерно в h_21Э раз (h_21Э - статический коэффициент усиления тока базы транзистора) [1, 2,].