Параметрический стабилизатор — расчет.
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.
![Параметрический стабилизатор](https://li-ne.ru/wp-content/uploads/2023/08/11.jpg)
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.
![Вольт-Амперная характеристика стабилитрона](https://li-ne.ru/wp-content/uploads/2023/08/12.jpg)
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.