Параметрический стабилизатор напряжения.

В параметрических стабилизаторах напряжения используется прибор с резко нелинейной зависимостью тока от напряжения – стабилитрон. Схема включения стабилитрона выбирается так, чтобы при колебаниях входного напряжения выходное напряжение практически не менялось. Схема параметрического стабилизатора напряжения на газоразрядном стабилитроне приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема параметрического стабилизатора напряжения на газоразрядном стабилитроне

 

Вольтамперная характеристика газоразрядного стабилитрона (рисунок 2) имеет участок АВ, на котором напряжение остаётся неизменным при изменении тока. Напряжение в пределах, соответствующих рабочему участку АВ характеристики, называется напряжением стабилизации.

Рисунок 2 – Вольтамперная характеристика газоразрядного стабилитрона

 

Последовательно с параллельно включенным стабилитроном и резистором нагрузки (рисунок 1) включается балластный резистор , по которому протекает ток . Входное напряжение , где .

Схема работает следующим образом. Пусть, например, изменяется входное напряжение . Если входное напряжение увеличивается, то должно увеличиться и напряжение на нагрузочном резисторе . Но стабилитрон работает в таком режиме, что незначительное повышение напряжения на нем вызывает резкое возрастание тока стабилитрона (рисунок 2). При этом увеличивается ток и падение напряжения на балластном резисторе . В результате падение напряжения на нагрузке остается практически неизменным.

Рассмотрим другой возможный случай – изменение тока нагрузки . Увеличение тока должно вызывать уменьшение напряжения на нагрузке из-за дополнительного падения напряжения на балластном сопротивлении . Но незначительное уменьшение напряжения на стабилитроне вызывает резкое уменьшение тока в нем. В результате уменьшаются ток в балластном сопротивлении и падение напряжения на этом сопротивлении, а следовательно напряжение на нагрузке останется практически без изменения.

Газоразрядные стабилитроны широко применяются в аппаратуре на электронных лампах. Однако они не могут быть изготовлены на напряжение ниже 75 в, неработоспособны при токах нагрузки более 50 мА, – имеют относительно низкий коэффициент стабилизации (8 ÷ 20) и недостаточную стабильность во времени. Поэтому помимо стабилизаторов с газоразрядными стабилитронами применяются полупроводниковые стабилизаторы, в которых для стабилизации напряжения используются кремниевые стабилитроны.

В кремниевых стабилитронах рабочий участком вольтамперной характеристики является та часть ее, которая соответствует обратному току – обратному напряжению и расположена примерно параллельно оси тока (рисунок 3).

Рисунок 3 – Вольтамперная характеристика кремниевого стабилитрона

 

Схема стабилизатора напряжения с кремниевым стабилитроном, аналогичная схеме с газоразрядным стабилитроном, приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема параметрического стабилизатора напряжения на кремниевом стабилитроне

 

Кремниевые стабилитроны выпускаются для значительно более широких интервалов рабочих напряжения (0,7 ÷ 300 В) и токов (единицы миллиампер – 2 А), имеют высокую стабильность во времени и малые габариты, т.е. особенно удобны для стабилизации напряжения питания транзисторных схем. Коэффициент стабилизации стабилизатора с кремниевым стабилитроном может достигать 100. Единственным недостатком некоторых типов стабилитронов является заметная температурная зависимость напряжения стабилизации, достигающая 0,1% на 1°С.