Применение стабилитрона

2.12.1 На вход схемы рис. 9 подается напряжение U₁ = 3∙sin ωt, вместо диода включен стабилитрон КС133А с напряжением стабилизации
U_СТ = 3,3 В. Диод на основе кремния, поэтому считаем, что U_ПР = 0,7 В.

Изобразить в масштабе напряжение на выходе, определить амплитудные значения выходного напряжения.

Решение.

Амплитудное значение входного напряжения U_m = 3 √2 = 4,24 В. Пока напряжение положительной полуволны U₁ < 0,7 В, стабилитрон закрыт и напряжение на выходе равно нулю. При достижении U₁ > 0,7 В, диод

открывается и напряжение U₁ перераспределяется между диодом (0,7 В) и сопротивлением R (4,17 В) рисунок 12.

Для отрицательной полуволны процесс происходит аналогично, только стабилитрон открывается при напряжении 3,3 В. Таким образом, на стабилитроне напряжение станет равным 3,3 В, а на резисторе максимальное значение напряжения составит

U_Rm = 4,24 – 3,3 = 0,94 B.

2.12.2 Для стабилизации напряжения на нагрузке рисунок 13 используется стабилитрон, напряжение стабилизации которого равно
U_СТ = 10 В. Определить допустимые пределы изменения питающего напряжения, если максимальный ток стабилитрона I_{СТ mах} = 30 мА, минимальный ток стабилитрона I_{СТ min} = 1 мА, сопротивление нагрузки R_Н = 1 кОм и сопротивление ограничительного резистора R_ОГР = 0,5 кОм.

Решение.

Напряжение источника питания

Е = U_СТ + R_ОГР(I_Н + I_СТ).

Ток нагрузки I_Н = U_СТ/R_Н.

Таким образом, Е = U_СТ (1 + R_ОГР/R_Н) + R_ОГРI_СТ.

Подставляя в эту формулу максимальное и минимальное значение тока через стабилитрон, получим Е_min = 10∙(1+0,5)+1 0,5 = 15,5 В,

Е_max = 10 (1 + 0,5) + 30∙ 0,5 = 30 В.

Определим коэффициент стабилизации для среднего значения напряжения источника Е.

К_СТ = (U_СТ/Е)∙(R_ОГР/r_д).

Среднее значение Е = 22,5 В, для данного типа стабилитрона
r_д = 15 Ом (таблица 5).

К_СТ = (10/22,5)∙(500/15) = 0,44∙33,3 = 14,8.

Стабилитрон типа КС213Б включен в схему стабилизатора напряжения параллельно с резистором нагрузки R_Н = 2,2 кОм рисунок 13.
Параметры стабилитрона – напряжение стабилизации U_СТ = 13 В,
I_{ст max} = 20 мА, I_{ст min} = 1 мА.

Найти сопротивление ограничительного резистора R_ОГР, если напряжение источника Е меняется от 16 В до 24 В. Определить, будет ли обеспечена стабилизация напряжения во всем диапазоне изменения напряжения источника Е.

Решение.

Сопротивление ограничительного резистора определим по формуле

R_ОГР = (E_СР – U_СТ)/(I_{ст cp} + I _Н),

где Е_СР = 0,5 ∙(Е_min + E_mах) = 0,5 ∙(16 + 24) = 20 В. Средний ток через стабилитрон

I _СТcp = 0,5(I _{СТ max} + I _{СТ min}) = 0,5(1 + 20) = 10,5 мА.

Ток нагрузки I _Н = U_СТ/R_Н = 13/(2,2∙10^–3) = 5,9 мА.

Следовательно, сопротивление ограничительного резистора
R_ОГР = (20 – 13)/[(10,5 + 5,9) ∙10^–3] = 7/(16,4 10^–3) = 430 Ом.
Стабилизация будет обеспечена для изменения напряжения Е в пределах от

E_min = U_СТ + (I_{ст min} + I _Н)∙R_ОГР = 13 + (10^–3 + 5,9 10^–3)∙430 = 16 В,
до Е_mах = 24,1 В.

Таким образом, стабилизация получается во всем диапазоне изменения напряжения источника питания Е.

Оценим влияние температуры на напряжение стабилизации, если температурный коэффициент напряжения стабилитрона (ТКН) составляет

9,5∙10^–2 [%/^оС], а температура изменяется на 50^оС.

Решение.

[%] = 9,5 10^–2∙50^оС = 4,74. Напряжение U_СТ = 13 В изменяется на 4,74 %, что составляет 0,62 В.