М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 40
Текст из файла (страница 40)
9.20. Здесь выходное напряжение равно разности потенциалов на диоде и поэтому постоянно при изменении входного напряжения в широких пределах. Стабилизаторы напряжения 217 Рис. 9.19. Типичная характеристика стабилитрона. я га Вывали лалла Рнс. 9.20. Простейшая схема стабилизатора напряжения со стабилитроном. Заметим, что входное напряжение стабилизатора должно быть по крайней мере на два или три вольта выше, чем требуемое выходное напряжение, чтобы задать соответствуюший ток через стабилитрон, при котором обеспечивается его работа в режиме пробоя. 9.10.3 Коэффициент стабилизации Степень стабилизации, которую обеспечивает данная схема, можно охарактеризовать коэффициентом стабилизации, равным отношению изменения Икысилюисссси вколиос нвссаиисннс ми в Нннисллвмас выкалны ноарлиснис ла В 218 Источники литания и улравление мощностью входного напряжения в процентах к вызываемому им изменению выходного напряжения в процентах.
Значит, 98 изменения входного напряжения коэффициент стабилизации = %изменения выходного напряжения Простейший стабилизатор со стабилитроном, подобный изображенному на рис. 9.20, обычно дает коэффициент стабилизации между 5 и 20, в то время как некоторые более сложные интегральные регуляторы дают коэффициент стабилизации больше 1000. Другим параметром, который определяет степень стабилизации, является сквозная стабилизация или коэффициент нестабильности по отношению к входному напряжению. Сквозную стабилизацию можио определять по-разному, но чаше всего используют следуюшее отношение: коэффициент нестабильности = изменение выходного напряжения изменение входного напряжения В отличие от коэффициента стабилизации этот параметр не учитывает, что сами входное и выходное напряжения, возможно, различаются; например, входное напряжение 25 В может давать на выхоле 15 В.
Однако это существенное различие никак не отражается на результате. Поэтому подобное сравнение изменения низковольтного выходного напряжения с изменением напряжения в сети вводит в заблуждение: так можно ошибочно заключить, что понижаюший трансформатор сам по себе оказывает значительное стабилизируюшее действие! Типичная величина коэффициента нестабильности для хорошо стабилизированных источников составляет 0,01%. Согласно другому определению коэффициента нестабильности оно равно отношению изменения выходного напряжения в процентах к заданному в процентах изменению входного напряжения. Если это определение применяется в случае, когда изменение входного напряжения составляет 10%, как это часто бывает, то коэффициент нестабильности можно следуюшим образом выразить через коэффициент стабилизации (КС): 10 коэффициент нестабильности = — ьЬ, КС Сравнивая достоинства тех или иных источников питания, важно обратить внимание на способ, примененный для выражения стабилизируюшей способности, поскольку различные производители используют разные методы, так что результаты, строго говоря, нельзя сравнивать.
9. 10.4 Недостатки простой схемы со стабилитроном Конечно, стабилитрон не является безупречным стабилизатором. Если мы внимательно рассмотрим характеристику пробоя, то увидим, что она имеет коиечный наклон, как это показано на рис. 9.21. Другими словами, разность Стабилизаторы напряжения 219 потенциалов несколько растет с увеличением тока, протекаюшего через диод. Этот эффект очень заметен при малых токах, и для большинства маломощных стабилитронов необходимо, чтобы, протекаюший через них ток, был по крайней мере равен 5 мА„а предпочтительнее 20 мА, только в этом случае получается наилучшая стабилизация.
Чтобы выразить зависимость напряжения на стабилитроне от тока, используется представление о динамическом сопротивлении стабилитрона. Согласно рис. 9.21, Аи динамическое сопротивление г, = Стабилитрон можно рассматривать как батарею, имеюшую э.д.с. холостого хода 1' и внутреннее сопротивление г,. Конечно, зто весьма необычная батарея: в нее всегда должен втекать ток, чтобы поддерживалась ее э.д.с. Эта идея использована в эквивалентной схеме, показанной на рис.
9.22, которая является другим способом представления простейшего стабилизатора, изображенного на рис. 9.20. Рис. 9.21. Вид типичной характеристики стабилитрона с учетом ее наклона в режиме пробоя. Видно, что полный ток У, текуший от источника на входе, разветвляется по двум направлениям: на ток 1, текущий через стабилитрон, и на ток 1,, текуший в нагрузку. Ток ! определяется по закону Ома: 1= Ры — Р", д и, посколькур;„, =1' (гх мало по сравнению с Я), 21 220 Источники питания и управление мощностью Рис. 9.22.
Эквивалентная схема стабилизатора со стабипитроном, изображенного иа рис. 9.20. Итак, для заданного напряжения гм ток 1 фактически постоянен. Теперь, в соответствии с первым законом Кирхгофа, 1 = 12 +1г. Таким образом, в данной схеме стабилизатора с увеличением тока нагрузки 12 ток через стабилитрон 12 падает. При расчете необходимо позаботиться о том, чтобы даже при наибольшем токе нагрузки ток через стабилитрон был бы все еше достаточным. Этот ток должен поддерживать стабилитрон за изгибом характеристики, где начинается пробой.
С другой стороны, если нагрузка отключена, то весь ток течет через стабилитрон, так что 12 = 1. В этом случае на диоде рассеивается большая мошность, равная Р = '»212 (сопротивлением г, снова пренебрегаем) = »'21. Выбранный стабилитрон должен быть способен рассеивать эту «ненагруженную» мошность без повреждений. Обычно номинальная мошность маломошных диодов таких серий, как Вл.г'88 или ВУХ79, составляет 400 мВт, но нетрудно найти диоды с мошностью более 10 Вт.
Однако, как мы увидим позже, стараются, по возможности, избегать применения мошных стабилитронов в схемах стабилизаторов. До сих пор мы пренебрегали динамическим сопротивлением г, при вычислении тока и мошности, но это сопротивление оказывает значительное влияние на выходное напряжение )г,м (см. рис. 9.22). Хотя сопротивление г, мало, обычно порядка 10-20 Ом для диода с напряжением стабилизации 4,7 В, небольшие изменения Р,м, обусловленные этим сопротивлением, могут оказаться значительными, когда от выходного напряжения требуется, чтобы оно' было исключительно стабильным. Во-первых, сопротивление г,определяет нагрузочную способность, поскольку проявляется как конечное выходное сопротивление.
Во-вторых, оно ограничивает коэффициент стабилизации. Изменение напряжения Г;„вызы- Слзабилизалзоры иалрллсения 221 вает соответствуюшее изменение тока 7, а значит и тока Уг; в результате изменения 1 меняется падение напряжения на г„и это приводит к изменению напряжения Р;и: Р.м =и, +),г, Полученные нами простые соотношения иллюстрируются на примере схемы, изображенной на рис. 9.23, в форме вопросов, которые может задать разработчик схемы, и ответов на них: (а) Какова максимальная рассеиваемая мошность на стабилитроне при напряжении Рм =18 В? Максимальная мошность рассеивается диодом в отсутствие нагрузки и равна Р =гезу =тгт где 1'2 = 4,7 В и„-Р, 18-4,7 1= 'а = А= 13,3мА, поэтому Р =4,7 х 13,3 мВт = 62,5 мВт. > к~а Рис.
9.23. Схема стабилизатора, используемая в вычислениях. (Ь) Какой максимальный ток нагрузки можно получить при Рм = 18 В? Согласно первому закону Кнрхгофа, входной ток 1 = 1с + 7г . Мы установили, что при ум =18 В и в отсутствие нагрузки 7 = 13,3 мА. Теперь, чтобы оказаться за изгибом характеристики пробоя маломошного стабилитрона, должно выполняться неравенство 72 с 5 мА. 222 Источники питания и управление моигностьт Отсюда следует, что в нашем случае максимально возможный ток нагрузки равен 1с (13,3 — 5) мА = 8 мА.
(с) Как изменится выходное напряжение ненагруженного стабилизатора при падении входного напряжения с 18 В до 9 В, если динамическое сопротивление г, равно 20 Ом? Чтобы определить влияние г, на выходное напряжение, мы должны найти изменение тока стабилитрона 1, вызванное уменьшением входного напряжения. В отсутствие нагрузки и при К =18 В в (а) мы уже имели 1г =13,3мА. Теперь, без нагрузки и при у,„= 9 В, получим 1 =1= '" ~ = ' А=4,3 мА. Р 1000 Заметим, что на этом этапе вычислений удобно пренебречьг„ (г, « )г). Поэтому, при найденном изменении тока 1 от 13,3 мА до 4,3 мА и при г, = 20 Ом падение напряжения на выходе равно 20(13,3 — 4,3) изменение )',„, = ' ' В = 0,18 В.
1000 Этот пример наглялно иллюстрирует стабилизируюшее действие стабилитрона, Падение входного напряжения на 50% вызывает изменение напряжения на выходе только на 0,18 В, что составляет(0,18/4,7)х100;гь или приблизительно 4 % Коэффициент стабилизации таким образом равен 50/4 или 12,5. (б) Как изменяется выходное напряжение при увеличении тока нагрузки на 5 мА? Увеличение тока нагрузки на 5 мА означает уменьшение тока протекаюшего через стабилитрон на 5 мА. Таким образом, падение выходного напряжения равно 5 5х20 изменение У",м = — х г, = В = 0,1 В, 1000 1000 9.
10.5 Случай больших токов нагрузки В части (Ь) только что рассмотренного примера мы нашли, что максимально допустимый ток нагрузки для стабилизатора со стабилитроном (рис. 9.23) составляет около 8 мА, любое дальнейшее увеличение нагрузки приводит к уменьшению тока диода настолько, что он не может поддерживать свое номинальное напряжение стабилизации. В большинстве случаев ток нагрузки должен быть намного больше, чем ток, который может течь через стабилитрон. Одним из путей решения этой проблемы является простое уменьшение сопро'гивления последовательного резистора Я так, чтобы увеличился ток 1, протекаюший через лион и нагрузку; однако при этом необходимо обраппь внимание на то, чтобы рассеиваемая диодом мошность не превышала максимально допустимой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
