Параметрические стабилизаторы постоянного напряжения

Электрическая схема параметрического стабилизатора напряжения и его вольтамперные характеристики приведены на рис. 7.

Рис. 7. Параметрический стабилизатор напряжения

а – электрическая схема; б – вольтамперная характеристика

Основным элементом параметрического стабилизатора напряжения является полупроводниковый (кремниевый) стабилитрон, имеющий достаточно протяженный участок вольтамперной характеристики а – б, на котором значительным приращениям тока соответствуют малые приращения напряжения. Этот участок получается при обратном смещении р – n перехода и характерен для режима так называемого электрического пробоя. Если ток стабилитрона больше I _max, то мощность, рассеиваемая на стабилитроне, превышает максимально допустимую, температура перехода возрастает выше допустимой и возникает необратимый тепловой пробой, разрушающий р – n переход.

В отличие от теплового, электрический пробой является обратимым и пологий участок характеристики стабилитрона повторяется, а напряжение стабилизации сохраняется с высокой точностью (не хуже 0,01 %) от включения к включению.

Параметрический стабилизатор напряжения состоит из балластного резистора R_{б 1}, полупроводникового стабилитрона VD, напряжение на котором остаётся практически постоянным при изменении в некоторых пределах протекающего через него тока. Параллельно стабилитрону включается сопротивление нагрузки R_н, следовательно, и на нём напряжение практически постоянно.

Из вольтамперной характеристики, приведённой на рис. 7, б видно, что при входном напряжении U_{вх 1} ток стабилитрона (для упрощения анализа схемы будем считать, что R_н = ¥, т. е. нагрузка отключена) равен I_{ст 1} (характеристика балластного резистора занимает положение линии1), а выходное напряжение равно U_{вых 1}. Если входное напряжение увеличится на D U_вх и станет равным U_{вх 2}, то характеристика балластного резистора займёт положение линии 2, что соответствует значению выходного напряжения U_{вых 2} и току стабилитрона I_{ст 1}. Из рис. 7, б видно, что выходное напряжение останется почти неизменным, а напряжение D U_вх погасится на балластном резисторе R_б. То же самое будет происходить и при уменьшении входного напряжения, только в этом случае снизится падение напряжения на R_б.

При подключении нагрузки R_н выходное напряжение практически не изменится, а ток через стабилитрон уменьшится на величину I_н. Но при любых изменениях тока стабилитрона он не должен стать меньше значения I_min, так как в этом случае рабочая точка уйдёт с участка вольтамперной характеристики а – б и схема выйдет из режима стабилизации выходного напряжения. Значения токов I_min и I_max являются одними из основных параметров стабилитронов и всегда указываются в справочниках.

Эффективность работы стабилизатора оценивается коэффициентом стабилизации К_ст, который можно подсчитать по формуле

Основными преимуществами параметрического стабилизатора являются простота электрической схемы и достаточно высокая надёжность, а недостатками – низкие коэффициент стабилизации и КПД, узкий и нерегулируемый диапазон стабилизируемого напряжения.