ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
Стабилизатор напряжения — это преобразователь электрической энергии, позволяющий обеспечить на выходе аналоговой схемы требуемое напряжение в заданных пределах, при больших изменениях напряжения на входе схемы и тока в ее нагрузке. По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного и переменного тока.
Стабилизаторы напряжения в зависимости от расположения регулирующего элемента могут быть двух типов:
- • последовательный — регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой;
- • параллельный — регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.
В зависимости от способа стабилизации стабилизаторы делятся на:
- • параметрический — для работы используется участок пробоя вольт-амперной характеристики стабилитрона;
- • компенсационный — стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет использования обратной связи.
Структурная схема параллельного параметрического стабилизатора на стабилитроне приведена на рис. 1.9.
Рис. 1.9. Структурная схема параллельного параметрического стабилизатора напряжения
В этой схеме стабильность выходного напряжения определяется параметрами стабилитрона VD.
Условия нормальной работы параметрического стабилизатора заключаются в следующем.
1. Входное напряжение UBX должно быть больше напряжения пробоя стабилитрона Ucr. При этом номинальное входное напряжение рассчитывается как
2. Ток, проходящий через стабилитрон VD, должен находиться в заданном диапазоне значений /CTmin- /сттах стт|п и /СТ1ШХ-пре- дельно допустимые токи стабилитрона). При выполнении этого уело- вия /сттшстсттах напряжение на нагрузке Umx= стабиль- но. Для ограничения тока через стабилитрон устанавливается балластный резистор /?, номинал которого определяется по формуле
На балластном резисторе падает разность напряжений UBX - UCT, а напряжение UCT приложено к нагрузке. Колебания входного напряжения U и (или) тока нагрузки Тт приводят к изменению
ВХ НаГр
тока через стабилитрон I .
Наибольший ток через стабилитрон протекает при максимальном входном напряжении и минимальном токе нагрузки:
Наименьший ток стабилитрона при минимальном входном напряжении и максимальном токе нагрузки:
С учетом данной формулы максимальный ток на нагрузке определится следующим образом:
Качество работы аналоговой схемы параметрического стабилизатора напряжения оценивает коэффициент стабилизации, который определяется как
где AUBX, At/Bbix — изменение входного и выходного напряжения соответственно; гст — дифференциальное сопротивление стабилитрона.
Коэффициент полезного действия стабилизатора г|ст — это отношение мощности Рн, отдаваемой в нагрузку, к мощности Р[ют, потребляемой от первичного источника питания:
+ Задание для расчетной работы
Используя данные табл. 1.3:
- 1. Рассчитать сопротивление балластного резистора R.
- 2. В зависимости от варианта определить: максимально допустимый ток нагрузки I тах; номинальный ток в нагрузке I ном; для расчета принять, что минимальный ток в нагрузке равен / min = 0.
- 3. Определить изменение выходного напряжения при номинальном токе нагрузки I „ . если входное напряжение изменяется от
н НОМ
и . JXO и
вх min ^ вх max
4. Рассчитать коэффициент полезного действия стабилизатора напряжения.
? Пример расчета параметров стабилизатора напряжения для варианта № 26 (табл. 1.3).
Таблица 1.3
Варианты заданий для расчета параметрического стабилизатора напряжения
|
№ п/п |
исг, В |
^ст min’ мА |
^ст max’ мА |
'н max’ мА |
^вх min’ В |
^вх ном’ в |
^вх шах’ В |
R, кОм |
V 'ст’ Ом |
|
1 |
5,6 |
3 |
55 |
25 |
18 |
1,0 |
|||
|
2 |
5,6 |
3 |
55 |
20 |
0,4 |
1,4 |
|||
|
3 |
5,6 |
3 |
55 |
30 |
33,1 |
1,2 |
|||
|
4 |
5,6 |
3 |
159 |
22,2 |
0,2 |
1,8 |
|||
|
5 |
5,6 |
3 |
159 |
76 |
37,4 |
1,5 |
|||
|
6 |
6,8 |
3 |
45 |
20 |
17 |
2,1 |
|||
|
7 |
6,8 |
3 |
45 |
18 |
20 |
5,0 |
|||
|
8 |
6,8 |
3 |
45 |
12,4 |
0,2 |
4,5 |
|||
|
9 |
6,8 |
3 |
119 |
50 |
24 |
2,0 |
|||
|
10 |
6,8 |
3 |
119 |
45 |
18,7 |
1,5 |
|||
|
И |
6,8 |
3 |
119 |
55 |
15,5 |
1,6 |
|||
|
12 |
7,5 |
2 |
20 |
10 |
0,4 |
2,7 |
|||
|
13 |
7,5 |
2 |
20 |
12 |
16 |
4,0 |
|||
|
14 |
7,5 |
2 |
20 |
13,5 |
0,6 |
6,5 |
|||
|
15 |
8,2 |
3 |
18 |
8 |
19 |
8,4 |
|||
|
16 |
8,2 |
3 |
18 |
10 |
14,7 |
3,2 |
|||
|
17 |
8,2 |
3 |
18 |
6 |
0,7 |
3,0 |
|||
|
18 |
9,1 |
2 |
22 |
12 |
20,1 |
2,8 |
|||
|
19 |
9,1 |
2 |
22 |
16,3 |
0,6 |
2,6 |
|||
|
20 |
10 |
1 |
79 |
40 |
22 |
2,4 |
|||
|
21 |
10 |
1 |
79 |
19 |
0,25 |
2,2 |
|||
|
22 |
12 |
3 |
67 |
30 |
22 |
2,0 |
|||
|
23 |
12 |
3 |
67 |
25 |
0,3 |
1,8 |
|||
|
24 |
15 |
1 |
45 |
20 |
33 |
1,5 |
|||
|
25 |
15 |
1 |
45 |
23 |
0,5 |
1,2 |
|||
|
26 |
10 |
2 |
48 |
20 |
22 |
1,5 |
Сначала найдем номинальные значения токов стабилитрона и нагрузки:
Далее рассчитаем номинал балластного резистора:
Зная балластное сопротивление, определим максимальное и минимальное выходные напряжения:
Далее рассчитаем коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения:
Зная номинал коэффициента стабилизации, определим изменение выходного напряжения при номинальном токе нагрузки:
Коэффициент полезного действия стабилизатора напряжения определяем следующим образом:
