Параметрические стабилизаторы

Основная схема однокаскадного ПСН приведена на рис. 12.7, а. При изменении входного напряжения Ui ток Is через стабилитрон VD изменяется, что приводит к незначительным изменениям напряжения на стабилитроне, а следовательно, и на нагрузке. Изменение Uo зависит от приращения напряжения DUi, сопротивления ограничивающего резистора Ко и внутреннего сопротивления стабилитрона, равного Rs=dUs/dIs. Коэффициент стабилизации определяется по приближенной формуле: Kcт=(Uo/Ui)(Ro/Rs). Внутреннее сопротивление стабилизатора, определяемое в основном дифференциальным сопротивлением стабилитрона, достигает минимального значения для стабилитронов с напряжением стабилизации 6...8 В.

Параметрические стабилизаторы напряжения (ПСН) используются в маломощных ИВЭ (с выходным током до 15...20 мА), а также в качестве источников опорного напряжения в компенсационных стабилизаторах и контрольно-измерительной аппаратуре. Для стабилизации постоянного напряжения в них применяются элементы с нелинейной вольтамперной характеристикой, напряжение на которых мало зависит от протекающего через них тока. В качестве таких элементов используются полупроводниковые стабилитроны (диоды Зенера) и стабисторы.

Температурный коэффициент напряжения Ктн стабилитрона определяет отклонение выходного напряжения ПСН при изменении температуры. Установлено, что наибольшая температурная зависимость наблюдается для приборов с напряжением стабилизации Us>5,5 В. Температурная компенсация в этом случае может быть достигнута включением последовательно со стабилитроном диодов в прямом направлении (VD2 и VD3 на рис. 12.7, б). Однако при этом возрастает внутреннее сопротивление ПСН за счет дифференциального сопротивления термокомпенсирую-щих диодов. Кроме того, термокомпенсированный ПСН имеет повышенное значение Us и пониженный коэффициент стабилизации.

Если требуется повышенная стабильность выходного напряжения, то применяются двухкаскадные или мостовые схемы стабилизаторов, приведенные на

Коэффициент стабилизации ПСН по схеме рис. 12.7, б равен Kcт=(UoRo)/Ui(Rs+Rs'), где Rs'— суммарное динамическое сопротивление термо-компенсирующих диодов VD2, VD

рис. 12.8 и 1 Коэффициент стабилизации ПСН по схеме рис. 12.8

Предварительная стабилизация напряжения в двухкаскадном ПСН (рис. 12.8) с помощью элементов Ro и VD1 позволяет получить достаточно высокий коэффициент стабилизации выходного напряжения.

где Rs, Rs' — динамические сопротивления стабилитронов VD1,VD

Повышение коэффициента стабилизации в мостовых схемах (рис. 12.9) достигается за счет компенсирующего напряжения на резисторе R2 или стабилитроне VD1 при изменениях входного напряжения. Коэффициент стабилизации при

Rn=const для схемы рис. 12.9,

Для ПСН на рис. 12.9, б

Величина отклонения выходного напряжения мостовых схем ПСН при изменении температуры зависит от температурных коэффициентов стабилитронов, а для схемы на рис. 12.9, а еще и от температурных коэффициентов резисторов R1 и R Особенностью мостовой схемы на рис. 12.9, б является возможность получения низких выходных напряжений при небольшом температурном уходе за счет применения стабилитронов с мало отличающимися температурными коэффициентами.

где Rs, Rs' — дифференциальные сопротивления стабилитронов VD1 и VD В мостовых параметрических стабилизаторах коэффициент стабилизации теоретически может быть бесконечно большим, если выбрать элементы, исходя из условий равенства нулю выражений в скобках. Внутреннее сопротивление для схемы на рис. 12.9, a Ri=Rs+R2, а для схемы на рис. 12.9, б Ri=Rs+Rs'.

Максимальная выходная мощность рассмотренных ПСН ограничивается предельными значениями тока стабилизации и рассеиваемой мощностью стабилитронов. Если использовать транзистор в режиме эмиттерного повторителя со стабилитроном в цепи базы (рис. 12.11, а), мощность в нагрузке может быть увеличена. Коэффициент стабилизации такого ПСН

Следует отметить, что относительно высокая стабильность выходного напряжения в ПСН на рис. 12.8 и 12.9 достигается за счет значительного ухудшения КПД по сравнению со схемой на рис. 1 Повысить стабильность выходного напряжения ПСН без ухудшения КПД позволяет схема на рис. 12.10 за счет применения источника тока, выполненного на транзисторе VT, стабилитроне VD1 и резисторах Re и Rb. Это позволяет стабилизировать ток, протекающий через стабилитрон VD2 и тем самым уменьшить нестабильность напряжения на нагрузке при изменениях входного напряжения. Температурный уход и внутреннее сопротивление этого ПСН практически такие же, как в схеме на рис.

, а внутреннее сопротивление

Отметим, что ПСН по схеме рис. 12.11, а при Us>5,5 В по температурной нестабильности уступает рассмотренным выше стабилизаторам.

— сопротивления базы, эмиттера, коллектора и коэффициент передачи тока транзистора в схеме с ОЭ соответственно.

На рис. 12.11, б приведена схема ПСН на транзисторах различной проводимости, выполняющих роль стабилизаторов тока. Для него характерна высокая стабильность выходного напряжения и возможность одновременного подключения двух нагрузок Rn и Rn' к различным шинам входного напряжения. По коэффициенту стабилизации и температурному уходу эта схема незначительно превосходит схему на рис. 12.10, а внутренние сопротивления Rs и Rs' определяются стабилитронами VD1 и VD2 соответственно.