Аналог мощного стабилитрона

Для стабилизации напряжения питания нагрузки нередко пользуются простейшим стабилизатором - параметрическим (рис. 1), в котором питание от выпрямителя поступает через балластный резистор, а параллельно нагрузке включают стабилитрон.
Подобный стабилизатор работоспособен при токах нагрузки, не превышающих максимального тока стабилизации для данного стабилитрона. А если ток нагрузки значительно больше, пользуются более мощным стабилитроном, например, серии Д815, допускающим ток стабилизации 1…1,4 А.
При отсутствии такого стабилитрона подойдет маломощный, но использовать его нужно в паре с мощным транзистором, как показано на рис. 2. В итоге получается аналог мощного стабилитрона, обеспечивающий на нагрузке достаточно стабильное напряжение даже при токе 2 А, хотя максимальный ток стабилизации указанного на схеме стабилизатора КС147А составляет 58 мА.
Работает аналог так. Пока питающее напряжение, поступающее от выпрямителя, меньше напряжения пробоя стабилитрона, транзистор закрыт, ток через аналог незначительный (прямая горизонтальная ветвь вольт- амперной характеристики аналога, приведенной на рис. 4). При увеличении питающего напряжения стабилитрон пробивается, через него начинает протекать ток и транзистор приоткрывается (изогнутая часть характеристики) Дальнейшее увеличение питающего напряжения приводит к резкому росту тока через стабилитрон и транзистор, а значит, к стабилизации выходного напряжения на определенном значении (вертикальная ветвь характеристики), как и в обычном параметрическом стабилизаторе.
Эффект стабилизации достигается благодаря тому, что в режиме пробоя стабилитрон обладает малым дифференциальным сопротивлением и с коллектора транзистора на его базу осуществляется глубокая отрицательная обратная связь. Поэтому при уменьшении выходного напряжения будет уменьшаться ток через стабилитрон и базу транзистора, что приведет к значительно большему (в h_21Э раз) уменьшению коллекторного тока, а значит, к увеличению выходного напряжения. При увеличении же выходного напряжения будет наблюдаться обратный процесс.
Значение стабилизированного выходного напряжения определяют суммированием напряжения стабилизации стабилитрона с напряжением эмиттерного перехода открытого транзистора (» 0,7 В для кремниевого транзистора и » 0,3 В для германиевого). Максимальный же ток стабилизации аналога будет практически в h_21Э раз превышать такой же параметр используемого стабилитрона. Соответственно во столько же раз будет больше и мощность рассеивания на транзисторе по сравнению с мощностью на стабилитроне.
Из приведенных соотношений нетрудно сделать вывод, что статический коэффициент передачи мощного транзистора должен быть не менее частного от деления максимального тока потребления нагрузки к максимальному току стабилизации стабилитрона. Максимально допустимый ток коллектора транзистора и напряжение между коллектором и эмиттером должны превышать соответственно заданный ток стабилизации аналога и выходное напряжение.
При использовании транзистора структуры р-п-р его следует подключать в соответствии с приведенной на рис. 3 схемой. В этом варианте транзистор можно укрепить непосредственно на шасси питаемой конструкции, а остальные детали аналога смонтировать на выводах транзистора.
Для снижения пульсаций выходного напряжения и уменьшения дифференциального сопротивления аналога параллельно выводам стабилитрона можно включить оксидный конденсатор емкостью 100…500 мкФ.
В заключение немного о температурном коэффициенте напряжения (ТКН) аналога. При использовании прецизионных стабилитронов серий Д818, КС191, ТКН аналога будет значительно хуже ТКН стабилитрона. Если применен стабилитрон с напряжением стабилизации более 16 В, ТКН аналога будет примерно равен ТКН стабилитрона, а со стабилитронами Д808 - Д814 ТКН аналога улучшится.