Напряжение в электросети непостоянно, скачки или изменения могут быть разной величины и сильно зависят от времени суток — от нагрузки. И это вызывает изменение напря­жения на выходе блоков питания, конечно если они не стабилизированы. Такие колебания могут вносить помехи или искажения в сигналы в питаемой аппаратуре, или даже вывести ее из строя.

Наиболее простым вариантом стабилизатора напряжения, является параметрический, на стабили­троне. Такой стабилизатор позволяет стабилизировать напряжение от не­скольких единиц до нескольких сотен вольт.

По сути параметрический стабилиза­тор напряжения постоянного тока это просто дели­тель напряжения, состоящий из балластного резистора R1 и стабилитрона VD1 (который можно рассматривать как резистор с резко нелиней­ной ВАХ). При изменении напря­жения Uвх, изменяется ток че­рез делитель, при этом изменя­ется падение напряжения на резисторе R1, а напряжение на стабилитроне, а значит и на нагрузке H остается практи­чески неизменным.

Исходными данными для расчета ста­билизатора напряжения явля­ются напря­жение стабилизации Uст=Uн на нагрузке H, минимальное и максимальное значения тока на нагрузке Iн_мах ,Iн_мin и наибольшие относительные отклонения входного напряже­ния питания Dн и Dв, от его но­минального значения Uвх.

Учитывая желаемую надежность устройства, мощность рассеиваемая на стабилитроне должна быть меньше паспортной (Iст_р_мах), обычно ток берут 80% от максимального заявленного для стабилитрона для которого ведут расчет. А вот минимальное значение тока через стабилитрон при расчетах считают в три раза большим, чем минимальное паспортное значение (Iст_р_min). Потому, что на минимальных значениях тока у стабилитрона растер реактивное сопротивление, что приводит к нелинейному повышению стабилизируемого напряжения. А этого лучше не допускать.

Расчеты:

1. проверяем выбранный стабилитрон на пригодность к требуемым параметрам стабилизатора:

(Iст_р_мах + Iн_мin)(1-Dн)-(Iст_р_min+Iн_мах)(1+Dв) > 0

где: Dн = (Uном — Uмин)/Uном и Dв = (Uмах — Uном)/Uном

если расчет показал значение больше нуля, стабилитрон подходит для требуемого стабилизатора, в противном случае следует подобрать стабилитрон с большим рабочим током (мощнее).

2. режимы:

Если нагрузка к стабилизатору будет подключена постоянно, то

Iн_мах = Iн_мин

Если стабилизатор будет работать и без нагрузки, то нужно предусмотреть ток холостого хода

Iн_мин = 0

3. номинальное Входное напряжение:

Это значение напряжения, при котором будут сохранятся все расчетные параметры работы стабилизатора.

Uвх = (Uст(Iст_р_мах+Iн_мин-Iст_р_min+Iн_мах))/((Iст_р_мах+Iн_мин)(1-Dн)-(Iст_р_min+Iн_мах)(1+Dв))

4. сопротивление балластного резистора R1(Oм):

R1=Uвх(Dв+Dн)1000/((Iст_р_мах+Iн_мин)-(Iст_р_min+Iн_мах))

5. рассеиваемая мощность R1 (Ватт):

P = (Uвх(1+Dв)-Uст)²/R1

6. в конце можно посчитать коэффициент стабилизации получаемого стабилизатора:

Кстаб = R1Uн/RдUвх

Rд — реактивное сопротивление стабилитрона согласно паспорта на него

Жирным в тексте выделены сокращения значений, для того, что бы было легче понять, что и куда подставлять в формулах. К сожалению редактор не позволяет написать формулы в общепринятом или привычном виде (не в одну строчку), но надеюсь читабельность сильно не пострадала…

При выполнении этих условий, стабилизатор будет работать долго и упорно.