Исследование параметрического стабилизатора напряжения

Цель работы — изучение принципа действия параметрического стабилизатора напряжения, его исследование при изменении входного напряжения и нагрузки, расчет коэффициента стабилизации и выходного сопротивления (рис. 49).

Пояснения. Для питания радиоэлектронной аппаратуры обычно используют стабилизированные источники. Особенно широко их применяют в аппаратуре на транзисторах и микросхемах. Идеальный стабилизатор должен обеспечивать абсолютное постоянство выходного напряжения. В реальном стабилизаторе выходное напряжение все же зависит от входного. Стабильность выходного напряжения оценивают коэффициентом стабилизации:

К_ст = ^U_вхU_вых/(^U_выхU _вх), (15).

где^Uвх — изменение входного напряжения; ^U_вых — изменение выходного напряжения, вызванное изменением входного.

Стабилизаторы одновременно со стабилизацией сглаживают пульсации выпрямленного напряжения, т. е. являются активными фильтрами.

В параметрических стабилизаторах напряжения используется малая зависимость напряжения на стабилитроне от проходящего через него тока/(см. ВАХ стабилитрона— рис. 11).

Входное напряжение U_вх (рис. 50) распределяется между ограничивающим резистором R_orp и параллельно включенными стабилитроном VD и резистором нагрузки R_н. Изменение входного напряжения сопровождается изменением входного тока I_вх. При этом изменяются напряжения на ограничивающем резисторе U_Rorp и незначительно на стабилитроне и нагрузке, поскольку рабочий участок ВАХ стабилитрона все же имеет некоторый наклон по отношению к оси I_обр. При изменении нагрузки происходит перераспределение токов I_ст и Iн между стабилитроном и нагрузкой, а общий ток I_вх остается неизменным.

Стабилитрон работает нормально, если при полном изменении входного напряжения и нагрузки ток через стабилитрон I_ст останется в пределах I_стmin—Iст.mах, которыми ограничивается рабочий участок ВАХ.

Параметрический стабилизатор позволяет получить kст = 20 ± 30. Больший k_ст можно получить, включив последовательно два стабилизатора (при таком включении второй низковольтный стабилизатор будет питаться предварительно стабилизированным выходным напряжением первого высоковольтного). Однако при этом чрезвычайно низок кпд схемы (несколько процентов).

Короткое замыкание на выходе стабилизатора не выводит его из строя, а лишь увеличивает мощность, рассеиваемую на резисторе R_orp:

Отключение нагрузки (холостой ход на выходе) переводит стабилизирующий элемент в наиболее тяжелый режим, так как через него протекает весь входной ток I_вх, а напряжение остается прежним. Максимальную мощность стабилитрона рассчитывают по формуле Важным параметром стабилизатора является его выходное сопротивление где AЈ/r" — изменение напряжения на нагрузке, вызванное изменением ее тока ^I_н.

Выходное сопротивление позволяет оценить нагрузочную способность стабилизатора: чем оно меньше, тем меньше выходное напряжение зависит от нагрузки.

Для расчета коэффициента стабилизации исследуемой схемы можно применить формулу, следующую из формулы (15):

где Uвх. ср и U_Rн .cp — средние входное и выходное напряжения; ^U" _Rh — изменение выходного напряжения, вызванное изменением входного ^U_вх .