Stabilizátory napětí jsou zařízení, která udržují zátěžové napětí s danou přesností, když se mění destabilizační faktory: změny vstupního napětí, zátěžového proudu atd.

Hlavní parametry charakterizující činnost stabilizátoru jsou [2]:

Stabilizační koeficient, což je poměr relativní změny napětí na vstupu k relativní změně napětí na výstupu stabilizátoru.

kde a jsou jmenovitá napětí na vstupu a výstupu stabilizátoru a jsou absolutní změny napětí na vstupu a výstupu stabilizátoru.

Koeficient stabilizace slouží jako hlavní kritérium pro výběr obvodu stabilizátoru a hodnocení jeho parametrů.

výstupní impedance, charakterizující změnu výstupního napětí se změnou zatěžovacího proudu a konstantním vstupním napětím.

Koeficient výkonurovna poměru zátěžového výkonu a jmenovitého příkonu,

Relativní nestabilita výstupního napětícharakterizující přípustnou relativní odchylku stabilizovaného napětí od jeho jmenovité hodnoty vlivem různých destabilizačních faktorů,

Podle principu činnosti se stabilizátory napětí dělí na parametrické, kompenzační a pulzní.

4.3. Parametrické stabilizátory

Parametrické stabilizátory napětí využívají nelineární prvky, jejichž napětí v určitém úseku proudově-napěťové charakteristiky nezávisí na proudu protékajícím prvkem. Polovodičová zenerova dioda má takovou charakteristiku proud-napětí. Obrázek 4.3 ukazuje proudově napěťovou charakteristiku zenerovy diody. Přímá větev charakteristiky zenerovy diody (UAK>0) je stejný jako u konvenční diody a není zvlášť zajímavý. Ke stabilizaci napětí slouží zpětná větev (UAK < 0) Charakteristika Zenerovy diody. Po dosažení určitého záporného napětí UAKdojde k průrazu zenerovy diody a v rámci změny proudu z Imink jámaxNapětí na zenerově diodě zůstává prakticky nezměněno. Toto napětí se nazývá stabilizační napětí Uumění.. Při překročení proudu Imax Zenerova dioda selhala. Změna napětí zenerovy diody při změně proudu, který jí prochází, je charakterizována dynamickým odporem zenerovy diody rumění. =Uumění./Iumění.. Zenerovy diody jsou dostupné v různých jmenovitých stabilizačních napětích a výkonu. Parametry nízkovýkonových zenerových diod jsou uvedeny v příloze A.

Na obr.4.4. Je znázorněno schéma parametrického stabilizátoru. Dávejte pozor na zahrnutí zenerovy diody: katoda je připojena k plusu zdroje vstupního napětí a anoda k mínusu. Zátěž je zapojena paralelně se zenerovou diodou. Napětí zátěže se bude rovnat stabilizačnímu napětí USTzenerova dioda, zatímco proud zenerovy diody je mezi Imina jámax. Předpokládejme, že proud zenerovy diody je Iumění. = (Jást max+Ist min)/2. S rostoucím vstupním napětím se zvyšuje proud přes odpor předřadníku Rб. Zatěžovací proud zůstává nezměněn, protože napětí na něm se nemění, zůstává rovno Uumění.. Proud zenerovy diody se mění (v našem případě se zvyšuje).

READ
Jak umístit postel a pohovku do stejné místnosti?

Když se změní odpor zátěže, například když R klesneнse zátěžový proud zvyšuje v důsledku poklesu proudu zenerovy diody. Napětí na zenerově diodě a tím i zátěž zůstává prakticky nezměněna.

Při volnoběhu protéká celý zátěžový proud zenerovou diodou a může poškodit zařízení – to je třeba vzít v úvahu při výpočtu obvodu.

Rezistor Rбomezuje velikost proudu zenerovy diody a určuje stabilitu výstupního napětí. S rostoucím RбKoeficient stabilizace se zvyšuje, ale účinnost klesá. systém.

Hodnota rezistoru Rбse vybírá z podmínky

kde jásv. = (Jást max+Ist min)/2 – jmenovitý proud, Ist max, Ist min– maximální a minimální proud zenerovy diody ve stabilizačním režimu.

Výstupní odpor stabilizátoru je určen rozdílovým odporem zenerovy diody.

Pro stanovení stabilizačního koeficientu najdeme závislost změny výstupního napětí stabilizátoru na změně vstupního napětí. Protože dynamický odpor zenerovy diody rumění. mnohem menší než zátěžový odpor Rнzměna napětí na výstupu stabilizátoru bude rovna Uн= rumění.Iumění.. Proud zenerovy diody se určí z výrazuIumění.= (Uin-Uн) / R.б, pakUн= rumění. (Uin-Uн) / R.б.

Při změnách napětí se stabilizátor chová jako dělič napětí. Změna napětí na výstupu stabilizátoru bude tím menší, čím větší bude hodnota odporu Rb.

Koeficient stabilizace bude roven

Koeficient stabilizace obvykle nepřesahuje 20 50.

Zenerova dioda rozptyluje energii

Výkon rozptýlený zenerovou diodou je nutné vypočítat pro nejhorší případ, tzn. pro tebevstup max, Ivýkon min.

Parametrický stabilizátor založený na zenerově diodě má řadu nevýhod, které omezují jeho použití:

Výstupní napětí nelze upravit nebo nastavit na specifikované napětí.

Zenerovy diody mají konečný dynamický odpor, proto ne vždy vyhladí zvlnění vstupního napětí a dostatečně dobře se mění vliv zátěže.

Při širokém rozsahu změn zatěžovacích proudů je nutné volit diodu s velkým ztrátovým výkonem, jelikož při nízkém zatěžovacím proudu protéká zenerovou diodou velký proud a ta odvádí větší výkon.

Parametrický stabilizátor na bázi zenerovy diody se používá v obvodech, kde je malý odběr proudu, například pro nastavení referenčních napětí.

READ
Jak správně nastavit světlo?

Proud zenerovy diody a následně ztrátový výkon můžete snížit pomocí emitorového sledovače. Takové schéma je znázorněno na obr. 4.5a. Referenční napětí ze zenerovy diody je přiváděno do báze tranzistoru. Výstupní napětí bude menší než referenční napětí o hodnotu úbytku napětí na přechodu báze-emitor, tzn. o 0,6 V. Proud zenerovy diody je téměř nezávislý na zatěžovacím proudu v důsledku nízkého proudu báze tranzistoru. Rezistor Rкchrání tranzistor před zkratováním zátěže omezením proudu. Hodnota rezistoru Rкje zvolen tak, aby úbytek napětí na něm byl menší než na odporu Rб, jinak tranzistor přejde do saturačního režimu.

Pokud je potřeba regulovat výstupní napětí, a to může být nutné pro přesnější nastavení napětí na zátěži, pak je referenční napětí přiváděno na bázi tranzistoru z výstupu potenciometru, jak je znázorněno na obr. 4.5. b. Odpor potenciometru by měl být ve srovnání s hodnotou r malýbýtaby se nezvyšoval výstupní odpor stabilizátoru.

Parametrické stabilizátory mají omezené použití. Širší využití mají stabilizátory zpětné vazby.