Тема 3. Стабілізатори напруги і струму.

Стабілізатором називається пристрій, який призначений для під-тримання стабільності (незмінності) напруги чи струму живлення в заданих межах. Вони поділяються на стабілізатори напруги і стру-му. Стабілізатори напруги характеризуються коефіцієнтом стабілі-зації напруги

, /3.1/

де і відповідно зміни вхідної і вихідної напруг.

Стабілізатор струму характеризується коефіцієнтом стабілізації струму

, /3.2/

де і відповідно зміни струмів на вході і виході стабіліза-тора.

За принципом стабілізації стабілізатори поділяють на параметри-чні, компенсаційні (аналогові) і імпульсні.

3.1. Параметричні стабілізатори напруги (псн)

Основним елементом параметричного СН є кремнійовий стабілітрон (рис.10.)

Принцип роботи ПСН ґрунтується на використанні властивості вольт-амперної характеристики стабілітрона в III квадранті – відрізок А-В, який майже паралельний осі струму (рис.10.б).

При змінні струму навантаження стабілітрона від до спад напруги на стабілітроні, який є джерелом напруги живлення навантаження , буде дуже мало змінюватись: від до .

а

б

Рис.10. Схема вмикання (а) і вольт-амперна характеристика стабілітрона.

Величиною баластного опору (рис.10.а) обмежується величина струму через стабілітрон і визначається його струм при відсутності навантаження. Обов’язковою умовою ефективної роботи ПСН є вимога, щоби струм навантаження був менше струму стабілізації .

Як і у всіх напівпровідникових приладів у кремнійових стабіліт-ронів є залежність параметрів від температури.

Для зменшення впливу температури на стабілітрон, у якого температурний коефіцієнт напруги додатний, послідовно з ним вмикають термістор або діод в прямому вмиканні, які мають від’ємний ТКН (рис.11).

а

б

Рис.11. Схеми температурної компенсації роботи стабілітрона:

а – за допомогою термістора ; б – вмиканням додаткового діода .

ПСН на стабілітроні мають значні втрати потужності на баласт-ному резисторі (рис. 10) і на стабіліт-роні , незначний діапазон за струмом наванта-ження. Недостатня величина стабілізації вихідної напруги .

Для розширення меж струму навантаження ПСН використо-вують однотранзисторні послідовні стабілізатори, рис.12

Рис. 12. Схема однотранзисторного параметричного стабілізатора напруги.

Вмикання транзистора послідовно з навантаженням за раху-нок ефекту підсилення збільшує стабільність вихідної напруги і зна-чно розширює межі струму навантаження, оскільки транзистор ввімкнути як емітерний повторювач.

При збільшенні вхідної напруги збільшується від’ємний потен-ціал на базі , збільшується спад напруги колектор-ємітер за рахунок чого залишається стабільною: .

Недоліками однотранзисторного ПСН є недостатня величина і відсутність можливості регулювати вихідну напругу.

На базі однотранзисторних ПСН побудовані триполюсні мікрос-хемні СН, схема вмикання яких показана на рис. 13. Вони призначе-нні для монтажу на печатних платах.

Рис. 13. Схема вмикання триполюсного стабілізатора напруги:

МСН – мікросхемний стабілізатор напруги; VD – діод для розряджання С₂ після вимикання.

Для триполюсних стабілізаторів обов’язковий радіатор охолод-ження, оскільки вони розраховані на значно більші струми ніж ста-білітрони. Щоб отримати стабілізатор напруги на більший струм ніж допускає мікросхема, до триполюсного СН добавляють транзис-тор більшої потужності, як показано на рис. 14.

Рис. 14. Схема вмикання триполюсного стабілізатора напруги із збільшенням струму навантаження.

Принцип роботи схеми, рис.14 наступний. При збільшенні стру-му навантаження через мікросхему спад напруги на відкриває і він шунтує мікросхему, тобто струм навантаження буде дорівнювати струму через транзистор і струму через мікросхе-му , тобто .