Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 136
Текст из файла (страница 136)
При обычных зиачевиях Ьнт = О,1 —:0,2 получаются довольно низкие значения к. п. д. пиакс 0,5 —:0 3. Прк токах 1н < 1н.иакс оп- 0 0ат ЦЯ, 0ит' тимальиый режим нарушается и к. п. д. становится еще меньше. Рис. 23-3.
Функции допус ков б, используемые в рас четных формулах. Выбор регулирующего элемента для стабилизатора основывается прежде всего на том, чтобы его допустимый ток превышал 1р и„,. Подставляя (23-10) в (23-8) и полагая 1р „„~1р „,„„получаем: При оптимальном режиме, используя (23-12), получаем: (23-1бб) 1 — ~бит Функции допусков б„и бн„необходимые для расчетов, показаны на рис. 23-3 пунктиром. С увеличением )1э допустимый ток согласно (21-!ба) умея ьшэется; при йэ -аоо ои иа 30 — збо меньше, чем в оптимальном режиме. Зиачепия )со < Йо онт ие следует применять иа практике, так как оии, яе давая иикаккх преимуществ, уменьшают коэффициент стабилизации (см.
ниже). И ощ иост ь регулирующего элемента оценивается по тем же формулам (23-16), если заменить /р „,„на Р „, а правую часгь умножить на (/а. Необходимую мощность Рр, „, мок»но существенно уменьшить, если последовательно с регулирукяцим элемейтом включить «гасящее» сопротивление (см. приложение 1 в [[761). Тогда увеличение тока 1р будет сопровождаться умеяьшением напряжения //р. Максимальная рассеиваемая мощность Р „,„, получается прн 1/р =- !/ /й и составляет 1/1/4/7.
Сопротивление Р выбирают йз условия 1р. „„„« /1~ :=- !/«, чтобы транзистор йе вошел в насыщение даже при максимальном токе. у!сложим Я = 1/»//в,и»««! тогда мощность Рр „,„, —— »/«[/»1р „,„„т. е. в 4 раза меньше, чем без «гасящегсе сопротивления. Соответственно при одном и том же максимальном токе 1р. „, можно выбирать менее мощный транзистор. Перейдем к рассмотрению дифференциальных параметров стабилизатора — выходного сопротивления и коэффициента стабилизации. Выходное сопротивление найдем из общего определения (23-1а). Для этого из соотношения (23-Бб) выразим приращение Ы„через Л(/„ полагая Л(/х = О и подставляя Л 1у Л(/а//Рт Л /р К/Л 1т /»выт /»О1(/~ [ ! ) Эквивалентное сопротивление в круглых скобках играет важную роль в теории стабилизаторов.
Назовем его харакглеристически»и сопротивлением и обозначим символом й„= — "—. "= К/+! ' (23-17) По физическому смыслу — это выходное сопротивление а к т и в и о й части стабилизатора (т. е. /т', „при Йа [[ В = сю). Ниже мы убедимся, что в реальных случаях всегда соблюдается условие /се и Я, поэтому Л, =го(г Фа=й„. (23-[а) Коэффициент стабилизации найдем из общего определения (23-1б). Для этою из соотношения (23-об) выразим отношение Л[/г/Л(/з, подставив приведенные выше значения Ы и Ыр, а также Л/„. Л[/а/)т„. После преобразований получим следующее общее выражение: //, ~= 1/, //,Р„У/1„ (23-19 а) (/т — сумма входного сопротивления усилительного элемента и сойротивления опорного элемента; К! — суммарный коэффициент усиления тока в усилительном и 'регулирующем элементах).
После элементарных преобразований получаем: Обычио выполняются условия а>)~; я.>л, первое из которых исполыювалось вылив 1см. (23-18)). Тогда получается упрошеииое выражение: (сэ ко К= — —. и, )1„. Наконец, подставляя в (23-19б) значение (тг из (23-10), запишем коэффициент стабилизации следуюшим образом: () — би 9 ()Фо ( 'з+ гиии)10) )асс ' (23-19в) Как видно, с увеличением сопротивления )те зиачеяие К возрастает и при Йо †«'оо стремится к предельному значению: () — б т)(Га (23-20) 1г мив)1~о При оптимальном балластном сопротивлении (23-12) выражение (23-19в) дает: К,ю — "' ( "') — "' К .
(23-21) )г Следовательно, в обоих случаях — и в предельном, и в оптимальиом режимах — коэффициент стабилизации в первую очередь зависит от характеристического сопротивления. Последнее, естествеиио, нужно делать досгаточио ма- )1 1уэ) 1 ) 1„о 1 лым (это же желательно и с,точки зРеииЯ выходного сопРотивлениЯ).
(гг 4 т 2 д„ Уменьшение сопротивления )с согласно (23-17) достигается Х прежде всего увеличением коэффициеита усиления по току. Заметим такжо, что коэффициент стабили- иг. 23-4. Обобкгенная скелетная схема параллельного стабвлнзатозаций возрастает с уменьшением ра с пенью прямой связи. тока нагрузки — главной составлякнцей тока (,„ ннвающнй в усвлнтельинй элемент Не- ли обратной свяэн. "3 — опорный эле- В заключение рассмотрим более об- меня э — элемент прямой связи. щую схему стабилизатора, в которой оомимо обычной об р а т н о й связи через элемент 2 имеется и р я м ар связь между входом н регулирующим элементом через элемент 4 (рис.
2«4). В такой схеме приращение регулирующего тока имеет внд: бур-МэКЭИЯ, +(йитКМУЛ„. где ннденсы 2 и 4 относится соответственно к пеням обратной и прямой связи. Тогда нэ соотношения (23-бб) нетрудно получить величину Ь(1,1о(га н далее— коэффициент стабилизации: и, л,)я„ (Га ) — ь:гэ)1е/Йта ' (23-22) Сравнивая (23-22) с выражением (л)-19б), можно сделать следунхцие ныволы. Если Км < О, т. е, если прямая связь противодейстнует обратной, то кочффнциент сгабилнзации будет меньше, чем прн отсутствии прямой связи.
Если же К/а ) О (случай, поназанный на рис. 23-4)„то козффицнент стабилизации повысится. Белая второй член в знаменателе (Ж-22) близким к елинице, можно получить лнм бые значения К. Однако прн этом малейшие изменения величин Км н //т, будут весьма сильно менять значение К. Такай режил~ нежелателен. Величина выходного сопротивления практически не зввиснт от наличия элемента прямой связи и выражается формулой (Ж-18).
Диодные стабилизаторы. Полупроводниковые стабилитроны (см. $ 3-3) позволяют осуществлять простейшие схемы стабилизации без использования усилительных приборов. Схема стабилизатора на одном стабилитроне показана па рис. 23-5. Очевидно, что эта схема //д соответствуег структуре параллельных стабилизаторов, хотя регулирующий и усилительный элементы от- сутствуют, а стабилитрон Д совмеРис. 23-5. Диодиый стабили- щает функции опорного и регулирузатор.
ющего элементов. Анапиз и расчет такого стабилизатора можно вести по формулам предыдущего раздела, полагая К/ = О; /ст = г, (где /,— дифференциальное сопротивление стабилитрона) и заменяя /р на /гс "" Стабнлитрон подбирают по значению выходного напряжения ((/д =- (/з), а также, если возможно, по значению тока нагрузки из неравенств (23-16). После этого становится известным параьгетр г„. Согласно (23-17) при /(г = О имеем: К =г„ т. е.
в диодиых стабилизаторах характеристическое сопротивление по существу является величиной заданной. Соответственно заданными оказываются и важнейшие параметры стабилизаторов: выходное сопротивление (23-18) и предельный коэффициент стабилизации (23-20) а( П вЂ” б~г) ~з (/д-мин+/м макс) Гд Ток /„„,„обычно полагают равным 2 — 3 мА для маломощных стабилитронов и 3 — б мА для мощных. Сопротивление г„которое, вообще говоря, зависит от тока, обычно считают постоянным, равным номинальному значению. м Последнее объясняется тем, что при общем анализе мы для простоты писали /р вместо суммы /р+ /„. Однако в диодном стабилизаторе /р — — О, Следовательно, вместо суммы /„+ гр нужно использовать ток /г = /д. Все сказанное свидетельствует о том, чтО диодный стабилизатор не обладает должной гибкостью и с его помощью трудно, а часто невозможно удовлетворить многим техническим заданиям, в которых комбинации величин У„1„, Я,м„, К могут быть самыми различными. Простой способ повысить коэффициент стабилизации при прочих равных условиях состоит в использовании каскадных схем (рис.
23-6). Идея таких схем очевидна, поскольку входное напряжение второго каскада стабилизировано первым каскадом (177!. Расчет каскадного стабилизатора осуществляется «справа налевоа, т. е. от выхода к входу. Легко убедиться, что общий коэффициент стабилизации двухкаскадной схемы равен: 1 ° (1 — 6 д) (!д!(меод (23-23) ((Гд+ (д.
вадс (Йа+ Йе)+1«. чин(Жм+!!од)) «додд д ' где для второго каскада положено бнх = О. Номинальное напряжение сгабилитрони Д, составляет: (1„,=(1,+(1„„,„,+1„„„а) 17 . (23-24) Наприьдер, если в качестве стабилитрона Д принять стабилитрон типа Д814В, то при йш = 176 Ом и 1о, додо = 16 мА получим (( т = 13,6 В. В качестве Дд можно йринять стабнлвтрон типа Д814Д, имеющий гд — — 16 Ом. Тогда при бю = 0,1 н (ге, оот = 200 Ом находим К = 120 (на порядок больше, чем в простейшей однокаскадной схеме на сгабнлитроне Д814В!.
Выходное сопротивление лр! ярд определяется вторым каскадом н остается равным г„д — — 1О Ом. Диодные стабилизаторы исполь- -дд зуются главным образом в качестве источников опорного напряжения для более мощных транзисторных стабилизаторов (рис. 23-7, 23-9 и рис. 23-6. Двухкаскадный дидр.) или в качестве источника пита- одиый стабилизатор. ния для слаботочиых схем, например цепей смещения. В этих случаях иногда удается обеспечить условие 1„„„„,: 1, „, при котором стабильность по напряжению (Iд и току 1„ может быть весьма высокой. При 1„ -+.О, т. е. на холостом ходу, предельный коэффициент стабилизации согласно (23-20) имеет максимальное значение Коооадс (23-25а) Наоборот, при полной нагрузке, когда 1, „„„=1„„,„, = 0,5 1д „„ [см.
выражения (23-16) и рис. 23-3), коэффициент стабилизации согласно (23-20) имеет минимальное значение (23-25б) д. доогд Расчеты по формулам (23-25) показывают, что минимальный коэффициент стабилизации не превышает 50 даже у слаботочных стабилитронов, а у сильноточных он составляет всего 15 — 40, Максимальный коэффициент стабилизации у слаботочных стабилитронов лежит в пределах 150 — 750, а у сильноточных достигает 1000 — 5000. Температурный и временной дрейф диодных стабилизаторов такой же, как у отдельного стабилитрона (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
