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)(Uвх(1+Dв)-Uст))/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.