Исследование параметрического стабилизатора напряжения

2.2.1 Теоретический расчёт

Исследуемый параметрический СН основан на использовании стабилитрона КС156А, параметры которого указаны в таблице 2.1, схема стабилизатора показана на рисунке 2.1

Таблица 2.1 – Параметры стабилитрона

Параметр
Номинальное напряжение стабилизации	5,6 В
Ток стабилизации стабилитрона	10 мА
Постоянное прямое напряжение (50 мА)	1 В
Дифференциальное сопротивление стабилитрона (10 мА)	46 Ом
Минимально допустимый ток стабилизации стабилитрона	3 мА
Максимально допустимый ток стабилизации стабилитрона	55 мА
Прямая рассеивая мощность	0,3 Вт
Рабочий диапазон температуры	-60... + 125 ^оС

Рисунок 2.1 – Параметрический стабилизатор

Для того чтобы рассчитать коэффициент стабилизации по входному напряжению требуется определить изменение входного напряжения в зависимости от изменения тока стабилизации по формуле (5)

, (5)

где R_Д – сопротивление балластного резистора, а r_диф – дифференциальное сопротивление диода. В свою очередь изменение напряжения на нагрузке будет определяться только изменением падения напряжения на стабилитроне, а не всей цепи, как в (5). Подставляя (5) в (1), учитывая выше сказанное получаем формулу для коэффициента стабилизации по напряжению (6)

, (6)

а теоретическое выходное сопротивление будет отвечать равенству (7)

(7)

Также для расчёта данного коэффициента необходимо задаться напряжением питания номинальным и номинальным напряжением нагрузки. Для этого обратимся к таблице 2.2, в которой содержатся результаты измерений параметрического стабилизатора. Напряжение питания возьмём как среднее арифметическое между напряжением с которого начинается стабилизация выходного напряжения и максимальным напряжением питания. Для нагрузки R1 U_п = 10,45 В, для R1 U_п = 10,94 В

Номинальное напряжение на нагрузке будем считать равным номинальному напряжению стабилизации стабилитрона. Согласно таблице 2.1 U_н = 5,6 В

Пусть ток стабилизации меняется от 0 до 10 мА, т.к. это наиболее близкое к экспериментальным данным значение и является номинальным токос стабилизации.

В результате подстановки значений в формулу (6) получится два варианта коэффициента стабилизации по выходному напряжению для двух разных номинальных напряжений питания: К_U₁ = 3,01 и К_U₂ = 2.96

2.2.2 Результат эксперимента

Повторим расчёт коэффициентов стабилизации по экспериментально полученным данным.

Номинальные напряжения питания были посчитаны в прошлом пункте. Таблица 2.2 – Результаты измерения параметрического стабилизатора

Нагрузка	U_вх, В	U_вых, В	U_б, В	I_н, мА	I_ст, мА
R1	6,95	4,316	1,78	8,319
7,95	5,02	2,086	9,87
8,93	5,615	2,43	10,84	0,20
9,95	5,93	3,07	10,84	3,11
10,96	6,05	3,94	11,56	6,35
11,94	6,07	4,87	11,56	10,58
R2		3,839	2,25	10,49
7,95	4,44	2,6	12,18
8,88		2,95	13,62
9,94	5,59	3,42	15,55
10,96	5,92	4,07	16,5
11,94	6,023	4,91	16,5	5,82

Определим номинальные напряжения нагрузки как средние на стабилизированном диапазоне, а также определим абсолютные изменения напряжений питания и нагрузки для разных нагрузочных резисторов исходя из данных таблицы 2.2

В результате расчёта получим U_н1=5.92 В, ∆U_п1=3,01 В, ∆U_н1=0,455 В для R1 и U_н2=5,84 В, ∆U_п2=2 В, ∆U_н3=0,433 В для R2, подставив значения в формулу (1) получаем К_U₁ = 3,74 и К_U₂ = 2.47

Для вычисления коэффициентов стабилизации по нагрузке возьмём средние токи и напряжения на нагрузке. Подставляя необходимые значения в формулу (2) получаем K_I₁= 0,84, K_I₁= 0,79

Подставляя необходимые значения в формулу (3) получаем R_вых1= 691,94 Ом и R_вых2= 455,78 Ом соответственно.

На рисунке 2.2 показана зависимость напряжения на выходе от напряжения питания для обеих нагрузок.

Рисунок 2.2 – График зависимости напряжений

На рисунке 2.3 показана зависимость выходного напряжения от тока, потребляемого стабилизатором.

Рисунок 2.3 – График зависимости напряжения от входного тока