Параметрический стабилизатор напряжения

При конструировании источников питания телекоммуникационной аппаратуры возникает важная задача обеспечения стабильности выходного напряжения, причем такая стабильность должна поддерживаться независимо от колебаний напряжения в сети питания, тока потребления питаемого устройства, температуры окружающей среды и т.п. Для решения данной проблемы применяются стабилизаторы напряжения (тока) различных типов.

Схема параметрического стабилизатора напряжения (ПСТ) приведена на рис. 1.1.

а)

б)

Рисунок 1.1 – Схема параметрического стабилизатора (а) и характеристики, поясняющие его работу (б)

Схема содержит балластный резистор R_б и стабилитрон VD1, включаемый параллельно нагрузке R_н (т.е. это стабилизатор параллельного типа), в целях снижения пульсаций выходного напряжения при колебаниях тока в нагрузке может включаться фильтрующий конденсатор C_ф. Принцип работы параметрического стабилизатора хорошо виден при рассмотрении нагрузочных характеристик, представленных на рис. 1.1 б. Здесь кривая представляет собой вольт-амперную характеристику стабилитрона, а угол наклона прямой (α) определяется сопротивлением балластного резистора R_б (tgα =1/R_б). Точка пересечения данной прямой с осью напряжений определяется заданным напряжением на входе стабилизатора U_вх, а точка пересечения с ВАХ стабилитрона характеризует текущий режим работы этого прибора (I_ст, U_ст=U_вых). При изменении входного напряжения нагрузочная линия перемещается параллельно самой себе, при изменении сопротивления нагрузки – поворачивается относительно точки пересечения с осью токов.

Коэффициент стабилизации по напряжению K_CTU

, (1)

где r_d – динамическое сопротивление стабилитрона

,

I_стmin ≤ (10-15)%*I_н.

При минимальном значении входного напряжения U_вхmin ток стабилитрона должен быть не менее I_СТmin­ , тогда:

. (2)

Из (2) величина балластного сопротивления равна

. (3)

Из выражения (1) очевидно, что чем больше величина сопротивления R_б по сравнению с r_d, тем выше коэффициент стабилизации. Увеличение величины сопротивления R_б приводит к меньшим изменениям тока через стабилитрон при тех же изменениях напряжения сети, а, следовательно, к меньшим приращениям напряжения на нагрузке.

При максимальном значении входного напряжения U_вхmax ток стабилитрона не должен быть больше I_СТmax, в противном случае необходимо выбирать стабилитрон с меньшим r_d или с большим значением I_СТmax.

Поскольку падение напряжения на R_бсоставляет (20Q40) % от U_вых, то ПСН имеет низкий к.п.д.

, (4)

и используется для стабилизации напряжения в маломощных нагрузках.

Выходное сопротивление ПСН в основном определяется дифференциальным сопротивлением стабилитрона r_d.