Параметрический стабилизатор напряжения

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про параметрический стабилизатор напряжения, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое параметрический стабилизатор напряжения , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.

параметрический стабилизатор напряжения

Во многих радиоэлектронных устройствах, где используются источники вторичного электропитания, обязательно предъявляются требования поддержания напряжения или тока на определенном неизменном уровне, независимо от возможных изменений входного напряжения и выходного тока. Для обеспечения этой задачи используют стабилизаторы напряжения или тока. В данном учебно-методическом пособии рассматриваем параметрический стабилизатор напряжения на полупроводниковом стабилитроне. Параметрические стабилизаторы имеют простую конструкцию и высокую надежность, но имеют низкий КПД.
Схема параметрического стабилизатора напряжений рис. 4 состоит из балластного резистора Rбал (для ограничения тока через стабилитрон), и стабилитрона, подключенного параллельно нагрузке, выполняющий основную функцию стабилизации.


Рис. 4 Схема параметрического стабилизатора напряжения
Основные соотношения токов и напряжений в стабилизаторе определяются первым и вторым законами Кирхгофа:



Принцип действия параметрического стабилизатора

Принцип действия параметрического стабилизатора постоянного напряжения удобно объяснять с помощью рис. 5, на котором изображены вольтамперная характеристика (ВАХ) стабилитрона и «опрокинутая» ВАХ балластного резистора. Работа стабилизатора напряжения происходит следующим образом. При изменении на напряжения на входе стабилизатора U, происходит соответствующее изменение тока I, а, следовательно изменятся токи стабилитрона и нагрузки. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Однако при изменении тока стабилитрона напряжение на нем изменится на очень маленькую величину в соответствии с ВАХ стабилитрона (рис.5), т.е. почти не изменится. Согласно второму закону Кирхгофа, при изменении входного напряжения, падение напряжения на балластном сопротивлении изменится пропорционально току, оказывается равным приращению входного напряжения. Другими словами, все приращение входного напряжения падает на балластном сопротивлении, а напряжение на стабилитроне и на нагрузке почти не изменится. Запишем математически выше сказанное:

U ± ∆U = (Iст + Iн ±∆Iст)•Rбал + Uн

Принимая, U = const и Rн = const, получаем Iн = const, при этом условие сохранения рабочей точки стабилитрона на участке АВ вольтамперной характеристики (рис.5) определяется по формуле:
±∆U = ±∆IстRбал


Рис. 5. Пояснение принципа действия стабилизатора напряжения

Из этого следует, что нормальная работа быть обеспечена соответствующим выбором величины балластного сопротивления. Тогда, при изменении напряжении на входе стабилизатора, не нарушается нормальные пределы стабилизации выходного напряжения Uн.
При стабилизации напряжения принимая, Iн = var и Rн = var и U = const, на входе стабилизатора происходит перераспределение токов между нагрузкой и стабилитроном с сохранением неизменным напряжения на стабилитроне и падения напряжения на балластном сопротивлении в соответствии с уравнением:

U = I•Rбал + Uн = ((Iн ± ∆Iн) + (Iст ± ∆Iст))•Rбал + Uн

Для нормальной работы стабилизатора, при изменяющейся нагрузки, изменение тока не должно приводить к выходу тока стабилитрона за пределы максимального и минимального допустимых его значений.
При условии U = const и Rн = const, расчет стабилизатора сводится к тому, чтобы выбрать стабилитрон и выбрать величину Rбал, тогда из системы уравнений (1) получаем формулу для расчета Rбал:



Сопротивление резистора должно быть таким, чтобы ток стабилитрона был бы не менее Iст min, т.е. не выходил за пределы рабочего участка АВ (рис.5) ВАХ стабилитрона. 
Балластное сопротивление определяет основные потери стабилизатора, поэтому параметрические стабилизаторы используют только в маломощных схемах.
Стабилитрон выбирается по параметрам из справочника:
1. Iст max – максимально допустимый ток стабилитрона; 
2. Uст – напряжение стабилизации;
3. Iст min - минимальный ток стабилитрона.

Основные параметры стабилизатора:

1. Коэффициент стабилизации, равный отношению приращений входного и выходного напряжений. Коэффициент стабилизации характеризует качество работы стабилизатора.



2. Выходное сопротивление стабилизатора
Rвых = Rдиф
Для нахождения Кст и Rвых рассматривается схема замещения стабилизатора для приращений рис.6. Нелинейный элемент работает на участке стабилизации, где его сопротивление переменному току Rдиф является параметром стабилизатора.


Рис. 6 Схема замещения параметрического стабилизатора напряжения
Дифференциальное сопротивление Rдиф определяется из уравнения:



Для схемы замещения получаем коэффициент стабилизации с учетом, что Rн >> Rдиф и Rбал >> Rдиф,:



Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения Кст = 5 ÷ 30
Для получения повышения стабилизированного напряжения применяют последовательное включение стабилитронов.
Параллельное включение стабилитронов не допускается. С целью увеличения коэффициента стабилизации возможно каскадное включение нескольких параметрических стабилизаторов напряжения

Статью про параметрический стабилизатор напряжения я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развитие теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое параметрический стабилизатор напряжения и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база