3. Стабилизаторы напряжения

Сглаживающие фильтры позволяют существенно уменьшить уровень пульсаций, но не исключают их полностью. Исключить пульсации позволяют стабилизаторы напряжения. Различают параметрические и компенсационные стабилизаторы. В составе преобразователей малой мощности, как правило, применяются параметрические стабилизаторы.

Полупроводниковый параметрический стабилизатор – это диод, р-n переход которого, при определенных условиях, допускает электрический пробой. Такой диод называют стабилитроном. Пробоем р-n перехода называют явление резкого уменьшения дифференциального сопротивления перехода при достижении обратным напряжением заданного значения. Это значение называют напряжением стабилизации U_cт. Если протекающий через пробитый р-n переход ток ограничивать допустимым значением, то состояние пробоя в стабилитроне можно поддерживать и воспроизводить в течение десятков тысяч часов. Вольт - амперная характеристика стабилитрона приведена на рис. 27.10, а, а схемное обозначение - на рис. 27.10, б.

Рассмотренные свойства и вольт - амперная характеристика стабилитрона показывают, что при прямом включении он будет выполнять роль обычного диода. При обратном включении он также выполняет роль обычного диода, если обратное напряжение |U_обр| меньше напряжения стабилизации |U_ст|.

Когда наступает пробой р-n перехода, его дифференциальное сопротивление резко уменьшается, настолько, что падение напряжения на переходе лишь незначительно изменяется относительно U_ст. В силу этого нормальным включением стабилитрона является обратное. Рабочее напряжение не менее чем 1,5 раза должно превышать напряжение стабилизации U_ст. Рабочим участком вольт- амперной характеристики является участок пробоя р-n перехода.

Основными параметрами стабилитронов являются следующие:

-напряжение стабилизации U_ст;

-минимально допустимый ток стабилизации I_{ст мин}.;

-максимально допустимый ток стабилизации I_{ст макс}.;

-дифференциальное сопротивление стабилитрона R_ст=∆U_ст / ∆I_ст;

-максимально допустимая мощность рассеивания Р_макс.

Схема стабилизатора напряжения приведена на рис. 27.10. в. Схема включает источник питающего напряжения – U_вх (например, напряжение с выхода сглаживающего фильтра), ограничительный резистор R_огр, стабилитрон D, сопротивление нагрузки R_H. Под воздействием входного напряжения через резистор R_огр протекает ток стабилитрона I_ст и ток нагрузки I_H. Поэтому

. (27.20)

Напряжение стабилизации U_ст приложено к узлам 1 - 1^' схемы. Под этим напряжением находится и сопротивление нагрузки. Значит,

.

Выражение (27.20) можно применять для расчета параметров схемы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

27.1. Чем вызвана необходимость создания вторичных источников питания?

27.2. Приведите основные признаки классификации ВИП.

27.3. Назовите основные выходные характеристики ВИП.

27.4. Составьте структурную схему выпрямителя источника питания и определите назначение его функциональных узлов.

27.5. Сравните основные параметры неуправляемых одно и двухполупериодных однофазных выпрямителей. Используя графики выходных напряжений, объясните разницу в значениях параметров.

27.6. Определите коэффициент трансформации n₂₁ трансформатора в схеме рис. 27.3, если известно, что R_н = 600 Ом, действующее значение тока нагрузки I_н = 200 мА, а напряжение на входе первичной обмотки U₁ = 220 В.

27.7. Чему равно среднее значение выпрямленного тока в сопротивлении нагрузки R_н = 400 Ом однополупериодного выпрямителя, если напряжение первичной обмотки трансформатора U₁ = 220 В, а коэффициент трансформации n₂₁ = 0,045?

27.8. Проведите связь между кратностью и коэффициентом пульсаций с физической точки зрения.

27.9. За счет чего в схеме составного выпрямителя кратность пульсаций m = 12?

27.10. В каких пределах можно изменять среднее значение выпрямленного напряжения на выходе управляемых выпрямителей?

27.11. Какие физические процессы положены в основу построения сглаживающих фильтров?

27.12. В схеме однополупериодного однофазного выпрямителя R_н = 500 Ом. Определите коэффициент сглаживания S_C и параметры емкостного сглаживающего фильтра, обеспечивающего К_п = 0,1, если выпрямитель питается от сети.

27.13. В каких целях в состав ВИП включают стабилизаторы напряжения?

27.14. Какое свойство полупроводникового материала положено в основу работы стабилитрона?

27.15. Для стабилизации напряжения в выпрямителе применен стабилитрон с параметрами I_ст = 17 мА, U_ст = 10 В. Рассчитайте необходимое сопротивление ограничительного резистора R_огр, если сопротивление нагрузки R_н = 500 Ом, а напряжение на входе стабилитрона U_вх = 16 В.

27.16. Для стабилизации напряжения в выпрямителе применен стабилитрон с параметрами I_{ст.макс} = 30 мА, I_ст.мин = 3 мА, U_ст = 10 В. Определите допустимые пределы изменения питающего напряжения, если R_н = 1 кОм, а R_огр = 500 Ом.