Краткие теоретические сведения

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Цель работы

2.1.1 Ознакомление со свойствами и характеристиками ста­билитронов.

2.1.2 Изучение принципа действия и исследование характе­ристик параметрического стабилизатора напряжения.

Краткие теоретические сведения

Изменение напряжения на входе выпрямителя (колебания напряжения питающей сети) и изменение сопротивления на­грузки приводят к отклонению выпрямленного напряжения от номинального значения. В тех случаях, когда для питания устройств требуются достаточно стабильные напряжения, между выпрямителем и нагрузкой включают специальные стабилизаторы напряжения. Стабилизатор напряжения поддерживает стабильное напряжение на нагрузке при изменении напряже­ния сети и сопротивления нагрузки в определенных пределах.

Основным параметром, характеризующим работу стабили­затора, является коэффициент стабилизации, равный отно­шению относительного изменения напряжения на входе к отно­сительному изменению напряжения на выходе стабилизатора. Коэффициент стабилизации по напряжению:

,

где ; .

Здесь и – номинальные значения напряжения на входе и выходе стабилизатора. Для различного типа стабилизаторов коэффициент стабилизации может изменяться в широких пре­делах – от единиц до тысяч.

По назначению стабилизаторы подразделяют на стабили­заторы постоянного и переменного напряжений, а по методу стабилизации – на параметрические и компенсационные.

В параметрических стабилизаторахнапряжение на выходе практически не изменяется при изменении входного напря­жения или сопротивления нагрузки за счет перераспределения токов и напряжений между элементами схемы. В параметри­ческих стабилизаторах обязательно используются нелинейные элементы.

Простейшая схема параметрического стабилизатора напряжения приведена на рисунке 2.1, а принцип ее работы поясняется с помощью рисунка 2.2.

В ней используется стабилитрон – полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью диодов, который имеет характерный прямой участок в области пробоя на вольтамперной характеристике (ВАХ).

Стабилитрон VD (рисунок 2.1) включается в обратном направлении параллельно нагрузке . Линия нагрузки (ВАХ нагрузки) имеет наклон с углом и пересе­кает ВАХ стабилитрона в точке В на участке пробоя (рисунок 2.2). Здесь – ток, протекающий через нагрузку , – максимально допустимый ток через стабилитрон, который определяется пересечением кривой, соответствующей максимально допустимой рассеиваемой мощности и ВАХ стабилитрона.

Участок на обратной ветви ВАХ стабилитрона является рабочим участком стабилизации напряжения. Рабочая точка А должна находиться между токами и , примерно посередине. Из этого условия выбирают балластное сопротивление , нагрузочная линия кото­рого имеет наклон . Последняя представляет собой так называемую “опрокинутую” ВАХ балластного резистора . Такое построение вольт-амперных характеристик позволяет графически решить уравнение электрического состояния стабилизатора напряжения

, (2.1)

где .

Тогда в рабочей точке А напряжение на стабилитроне . На сопротивлении падает напряжение

.

При изменении напряжения на величину или при изменении нагру­зочная линия смещается в ту или иную сторону параллельно самой себе, рабочая точка А занимает соответственно положение либо А', либо А". При этом напряжение на стабилитроне и на нагрузке из­меняется на величину << .

Стабилитрон характеризуется динамическим сопротивлением