Наш калькулятор допоможе визначити потрібний генератор!
Параметричні стабілізатори напруги виготовляються, як правило, із застосуванням транзисторів. стабисторов і стабілітронів.
Цей пристрій характеризується невисоким ККД. внаслідок чого використовуються в якості модулів слабкострумових схем, в яких є навантаження не вище пари десятків міліампер. Найчастіше вони поширені в компенсаційних стабілізуючих пристроях в ролі опорних джерел напруги.
Параметричні стабілізатори напруги поділяються на мостові. однокаскадні і багатокаскадні.
Принцип роботи параметричних стабілізаторів напруги
Представляємо схему простого пристрою даного типу, в основі якого знаходиться стабілітрон:
- Iст - електрострум через стабілітрон
- Iн - електрострум навантаження
- U вих = Uст - стабілізована напруга на виході
- Uвх - нестабілізована напруга на вході
- R0 - баластний (гасить, що обмежує) резистор
Основною властивістю стабілітрона. на базі якого функціонує параметричний стабілізатор напруги, є те, що U на ньому в робочому діапазоні вольт-амперної характеристики (від Iст min до Iст max) залишається практично незмінним. При цьому зміни відбуваються від Uст min до Uст max. однак при цьому прийнято мати на увазі, що Uст min = Uст max = Uст).
Складена схема параметричного стабілізатора напруги дає зрозуміти, що корекція струму навантаження або вхідного U не відбувається (він зберігає ті ж значення, що і на стабілітроні). Але при цьому відбуваються зміни струму. що проходить через стабілітрон, а при зміні напруги на вході виконується коригування струму, що рухається по баластних резистори. В результаті в баластної резистори відбувається гасіння надлишків напруги на вході. Значення цього падіння залежать від проходить через нього струму, який, в свою чергу, взаємопов'язаний з електрострумом через стабілітрон. В силу цього будь-яка корекція електроструму через стабілітрон безпосередньо відбивається на величині падіння U, що відзначається в баластної резистори.
Для опису принципу даної схеми використовується рівняння:
Для бездоганного функціонування параметричного стабілізатора напруги. яке визначається U на навантаженні в межах від Uст min до Uст max, потрібно стежити за тим, щоб через стабілітрон струм завжди залишався в межах від Iст min до Iст max. Зокрема, мінімальні параметри струму через стабілітрон взаємопов'язані з мінімальним U на вході і максимальною величиною електроструму навантаження.
Опір баластного резистора встановлюється наступним чином:
Максимальні параметри струму через стабілітрон взаємопов'язані з максимальною напругою на вході і мінімальною величиною електроструму навантаження Внаслідок цього, використовуючи рівняння (1), досить просто встановлюється область, в якій параметричний стабілізатор напруги функціонує нормально.
Розрахунок області нормального функціонування стабілізуючого пристрою:
Виконавши перегрупування цього виразу, отримуємо:
Якщо взяти до уваги незначні відмінності між мінімумом і максимумом напруги стабілізації (Uст min і Uст max), то значення першого доданка в правій частині рівняння можна привести до нуля, що, в підсумку, створює рівняння, що описує область нормальний функціонал приладу, яка купує наступну форму :
У разі постійного струму навантаження або з незначними змінами, що застосовується для встановлення області нормального функціоналу пристрою формула переходить в розряд елементарних:
Розрахунок ККД параметричних стабілізаторів
На наступному етапі встановимо ККД розглянутого параметричного стабілізатора напруги. Для його визначення використовується відношення потужності, яка йде в навантаження до потужності на вході в пристрій:
Остання наведена формула показує, що збільшення різниці між U на вході і виході стабілізатора відповідає підвищеному значенням струму через стабілітрон, що істотно погіршує ККД.
Приклад оцінки ККД
Для того, щоб повноцінно оцінити «негативні» характеристики ККД, використовуємо наведені вище формули, але при цьому умовно знизимо напруга до 5 Вольт. Для цього використовуємо стандартний стабілітрон, наприклад, КС147А. Згідно характеристикам ток в ньому може змінюватися в діапазоні від 3-х до 53-х мА.
Згідно з умовами, нам потрібно отримати область нормального функціонування. ширина якої становить 4 Вольта. Для цього необхідно взяти баластовий резистор в 80 Ом. З урахуванням постійного струму навантаження використовуємо формулу 4 (інші параметри значно «погіршують» положення). На основі цього можна обчислити, застосовуючи формулу 2. розрахунок на які значення струму в даній ситуації слід розраховувати. В результаті маємо 19,5 мА, причому ККД на таких умовах складе, в залежності від U на вході, 14% -61%.
Для того, щоб прорахувати максимальні значення вихідного струму в цих же умовах, необхідно поміняти в них значення струму з постійного на змінний в діапазоні від нуля до Imax. Тоді одночасно вирішуючи рівняння 2 і 3. отримуємо R0 = 110 Ом. Imax = 13,5 мА. Таким чином, очевидно, що максимум струму стабілітрона в чотири рази перевищує максимальне значення струму на виході.
Недоліком параметричного стабілізатора можна назвати те, що напруга на виході відрізняється значною нестабільністю. безпосередньо залежачи від струму на виході, що робить неприйнятним подальшу експлуатацію приладу.
У підсумку, з упевненістю можна сказати, що параметричний стабілізатор напруги має лише однією перевагою - простим виконанням. Завдяки цьому дані пристрої продовжують своє існування і навіть характеризуються масовим використанням в досить складних схемах, як уже зазначалося, в ролі опорного джерела напруги.