 |
|
Стабилитроны. Назначение. Условное графическое обозначение. Принцип действия. Характеристики и параметры. Примеры типовых значений параметров
Стабилитроном называется кремниевый полупроводниковый диод, работающий в режиме электрического пробоя и предназначенный для стабилизации выходного напряжения. Прямая ветвь ВАХ стабилитрона не отличается от характеристики кремниевого диода. Рабочим является участок электрического пробоя на обратной ветви ВАХ. Основные параметры стабилитрона: напряжение стабилизации Uст при протекании заданного номинального тока стабилитрона Iст; максимальный Iст.max и минимальный Iст.min – предельно допустимые значения тока стабилитрона; дифференциальное сопротивление стабилитрона rст, которое определяется как отношение приращения напряжения ∆Uст к вызвавшему его приращению тока ∆Iст на участке пробоя: 
, которое должно быть возможно меньше. Этот параметр характеризует качество стабилитрона, то есть способность стабилизировать выходное напряжение при изменении проходящего тока; чем меньше дифференциальное сопротивление, тем выше качество стабилитрона; температурный коэффициент напряжения стабилизации aст:
Промышленностью выпускаются стабилитроны с параметрами: 
от 1,5 до 180 В, токи стабилизации от 0,5 мА до 1,4 А; 
от 0,05 до 0,15 %/К; 
от долей и единиц ома (у мощных стабилитронов) до сотен и даже тысяч ом (у высоковольтных маломощных стабилитронов). Особую группу составляют прецизионные стабилитроны, имеющие до 0,0005 %/К, т.е. в сотни раз ниже, чем обычные. Их используют в качестве источников опорного напряжения.
ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАБИЛИТРОНА:
а – вольт-амперная характеристика, б – обозначение стабилитрона
Стабилизаторомнапряжения называют устройство, поддерживающее с определенной точностью неизменным напряжение на нагрузке. Изменение напряжения на нагрузке может быть вызвано рядом причин: колебаниями напряжения первичного источника питания (сети переменного напряжения, аккумулятора, гальванического элемента), изменением тока нагрузки.
Параметрический стабилизатор напряжения. Схема. Назначение и принцип действия. Параметры стабилизаторов. Эквивалентная схема параметрического стабилизатора напряжения. Принципы расчета
Параметрические стабилизаторы осуществляют стабилизацию напряжения за счет особых свойств (параметров) вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов: стабилитронов, стабисторов, транзисторов и др.
Параметрические стабилизаторы напряжениявыполняют на специальных полупроводниковых диодах: стабилитронах и стабисторах. Для стабилизации напряжения при помощи стабилитрона используют обратную ветвь ВАХ полупроводникового диода, а при помощи стабистора – его прямую ветвь. В стабилитронах используется явление электрического пробоя. При этом в широком диапазоне изменения тока через диод напряжение на нем меняется очень незначительно. Для ограничения тока через стабилитрон последовательно с ним включают балластный резистор RБ. Основным параметром стабилизатора является коэффициент стабилизации по напряжению
,
где kп вх, kп вых – коэффициенты пульсации на входе и выходе стабилизатора.
Температурный коэффициент напряжения стабилизации зависит от напряжения стабилизации и тока через стабилитрон. При низком напряжении стабилизации (менее 5 В) ТКН имеет отрицательный знак и при токе около 10 мА составляет примерно –2,1 мВ/°С. При напряжении выше 6 В ТКН имеет положительный знак и при Uст = 10 В достигает значения 6 мВ/°С. Выбирая ток стабилитрона, можно добиться почти нулевого значения ТКН.
Работа стабилизатора происходит следующим образом. Входной ток I1 = (U1 – U2)/RБ. Часть этого тока потребляет нагрузка (I2), а ток стабилитрона Iст = I1 – I2. Минимальный ток стабилитрона будет при минимальном входном напряжении и максимальном токе нагрузки, а максимальный ток стабилитрона – при максимальном входном напряжении и минимальном токе нагрузки:
Значения Iст.мин и Iст.макс должны находиться в допустимых пределах: Iст.мин ≥ Iст.min; Iст.макс ≤ Iст.max. Поскольку напряжение на стабилитроне при изменении его тока меняется незначительно, то и
напряжение на нагрузке остается стабильным.
Коэффициент стабилизации
Выходное сопротивление:
Так как обычно R Б >> r ст, то 
Недостатком параметрического стабилизатора является низкий КПД.
Более высокие значения коэффициента стабилизации и КПД можно получить, применяя вместо резистора RБ источник тока JИТ. Он обладает большим внутренним сопротивлением RИТ и работает при небольшом падении напряжения. В формуле для Kст следует вместо RБ подставить RИТ. Параметрические стабилизаторы применяются для питания маломощных устройств и в качестве источников опорного напряжения в стабилизаторах компенсационного типа.
Рисунок 12.7 – Эквивалентная схема параметрического стабилизатора