Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 137
Текст из файла (страница 137)
2 3-3). В широком диапазоне температур дрейф выходного напряжения может составлять до 10% и больше, что намного превышает нестабильность по входному напряжению и току нагрузки. В последнее время, особенно в микроэлектронике, получили распространение диодные стабилизаторы, у которых вместо стабилитрона используется кремниевый р-а переход, включенный в прямом направлении (см. рис. 2-21,б). В частности, это может быть эмиттерный Ям л 1,) переход транзистора (при -пс — '11л этом коллектоР обычно й т "з р„-рг соединяют с базой).
Такие стабилизаторы на холос- 1зт ~Й ) 1гг том ходу обеспечивают ко1зз эффициеит стабилизации, равный 15 — 20 при на! пряжениях 0,6 — 0,7 В; выходное сопротивление определяется рабочим током Рис. 23-7. трехкаскадный параллельный сОгласно (2-38). стабилизатор. Транзисторные стаби- лизаторы. Анализ показывает, что одиокаскадный параллельный стабилизатор не имеет преимуществ перед диодным, а двухкаскадный уступает по параметрам двухкаскадному последовательному. Поэтому рассмотрим только трехкаскадную схему (рис. 23-7).
Сравнивая эту схему со скелетной схемой на рис. 23-2,а, замечаем, что в данном случае опорный элемент представлен стабилитроном Д, сравнивающий элемент — усилителем тока на транзисторах '1'„Т, и регулирующий элемент — мощным транзистором Ть Соответственно (23-25) Ят гд+ Йнхи Кг = РхРхиизз где т и гб + (1+из)г и Тогда согласно (23-17) характеристическое сопротивление, а вместе с ним и выходное сопротивление стабилизатора будут равны: (23-27) гх+гбз+0+Рз) тзз вьм = сз 1+инзрсяи Коэффициент стабилизации в оптимальном режиме, свойственном мощным стабилизаторам, согласно (23-21) равен: у( Р'б а (! — 'г'биа) 0з ()и макс+)исмана) Еса Выходное напряжение практически равно напряжению стабилитрона: Юз=(аи+(абз (аи (23-29) таК КаК ВО ВСЕХ РЕаЛЬНЫХ СХЕМаХ (),б Ч'Уи.
Токоотбодящие резисторы )со вместе с источниками питания Ее обеспечивают минимальный остаточный ток регулирующего транзистора и позволяют снизить номинальную мощность усилительных транзисторов. В самом деле, в отсугствяе резнстора Ез ток трзнэнстора Тг (прн макснмаль. ной нагрузке) составлял бы: а кз йа()айка и. мии. Прн / „= 2мА и 1)г,з,з 30 получается Рм =54 А, что, конечно, неприемлемо. ))арий налнчян резистора Ям, сопротивление которого выбрано нз условия г Гм= — = Гкз — Гба Ем Ь'иг (23-30) транзистор Т, находятся в нормальном режиме. Полагая 1„= 1 мА, можно считать г,э = 25 Ом; тогда при г„= 10 Ом; гба -— — 100 Ом и рг,з,э — — 30 получим из (22-28): Д,„„~0,028+0,004=0,032 Ом. Как видим, определяющую роль в значении )г, „играет слагаемое, содержащее г,з.
Для то(о чтобы оба слагаемых были равноценными, нужно увеличить (ок /,з примерно на порядок, т. е. до максимального значения, свойственного маломощнымтранзисторам. В этом случае можно получить Р,м„< 0,01 Ом, т. е. на 2 — 3 порядка меньше, чем в диадном стабилизаторе. При использовании мощных транзисторов ток нагрузки может доходить до нескольких ампер, а при параллельном соединении транзисторов — до 10 А и выше. Лля таких токов балластное сопротивление может иметь столь малое значение (1 — 2 Ом), что его роль вполне может играть выходное сопротивление выпрямителя.
Более того, последнее нередко превышаег необходимое значение гго и тогда стабилизатор не может работать в оптимальном режиме, если не пересчитать выпрямитель. з В атом условия считается, что напряженне () б= О, поэтому нм — Убг и л й' Базовым и коллекторным токами в правой части (23-30) эаханпся, исходя нз желательного режима транзисторов.
Сопротивления Ии н ггы выбнрмот нз аналогичных условий. аи-3. СТАЕИЛИЗАТОГЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ТИПА Общие свойства. Из рнс. 23-2, б легко записать соотношение и — и !у+!и= 1р+ откуда следует, что Ь1,+Л1„— М,= Аи*„аи . (23-31б) Для энергетических расчетов, не связанных с д и ф ф е р е нц и а л ь н ы м и параметрами, можно, как и в параллельных стабилизаторах, положить !', = сопз1; Лиа = О, а также для простоты пренебречь током 1 (в случае необходимости следует в дальнейших выражениях понимать под !р сумму 1р + 1„). Внутреннее сопротивление регулирующего элемента !!а играет в последовательных стабилизаторах принципиальную роль и пренебрегать нм, как это делалась в предыдущем параграфе, нельзя.
Это ясно хотя бы ич того, что сопротивление !!а занимает в формулах (23-31) то же место, что и весьма важное балластное сопротивленяе К> в формулах (23-5). Из выражений (23-31) следует, что в последовательных стабилизаторах при !l, = сапа( ток регулирующего элемента п о в т ар я е т изменения тока нагрузки: (23-32а) а при 1„= сопз1 изменения тока 1м равны, но противоположны по знаку изменениям тока в сопротивлении Я;.
(23-326) Выражения (23-32) сходны с выражениями (23-6) для парал- лельных стабилизаторов, но разница в знаках приводит к совершен- но иным выводам. Во-первых„ в данном случае максимальный ток 1р „„, по которому подбирают регулирующий элемент, имеет место при максимальном токе нагрузки и минималь- н о м входном напряжении: и „,„— и 11 — б„,) и,„,м — и, 1р. маис 1м.маис м 1и. маак У1а (23-33) (часто с некоторым запасом считают 1,а„, = 1„„„поскольку сопротивление !!а сравнительно велико).
Во-вторых, лоследоеателрм ные стабилизаторы не могут работать при холостом ходе: прн 1м им О из (23-31а) получается 1р < О. В-третьих, минимальный, аомстаточньпЬ так 1р „„„, необходимый для нормальной работы регулирующего элемента, получается при минимальном токе нагруз- ки и ма к с и мал ь но м входном напряжении, т. е согласно (23-31а) и,...,— и, П+б.,)и, „— и, р.ммм — м.мми О м.мма (/,„„,=(/ +(/ (23-35) где (/ „„„— напряжение, при котором регулирующий элемент еще работоспособен 1.
Затем, используя формулы (23-За) и (23-3б), легко найдем напРЯжение (/1„,„, и Равное емУ напРЯжение (/р „„„,. 1+ бв, (/,„,„, =(/...„, =, ((/,+(/, „и„). (23-Зб) Регулирующий элемент выбирается из условия (/р „„) (/р Если, наоборот, задаться типом регулирующего элемента, т. е. значением 1/р „,„, то из условия (/р „,„, =- 1/р „получаемограничение на значение (/з: бвв 1! (/з ~ 1 б "р.двв — (/р.иии. в1 (23-37) Например, есля (/р „,„—— 30 В; Ь „„„= 1 В и бмт — — Ьв, = О,1, то (/з -' 23,5 В.
Если при выборе 1/р,дв„исходить из р з б о ч е г о режима стабилизатора, т. е. из условия //р „„„, — — 1/виввс -- Вм то необходимое знзчение 1/р.д „окззывзется энэчительно нйже, з при эздзнном регулиругощем элементеможйорезлизовзть гораздо большие знзчення 1/в. Нэпример, при тех же исходных пзрзмер рэх, что и в предыдущем примере, получаем //в ~ 1ЗО В. Значение номинального входного напряжения легко определяется из соотношения (23-35) с учетом (23-За): 1'в+ 1/р. мии 1 1иви (23-38) Коэффициент полезного действия можно найти из определения (23-2), учитывая, что ток 1,„складывается из максимального тока истинной нагрузки. и тока в шунте: 1,„,„= 1вм , '+ 1 .
1 Значение 1/р м„„должно превышать сумму, напряжений насьнцения, пульсаций, нвводок и толчков нз входе стзбилнзэторз. При наличии хорошего емкостного фнльтрз в выпрямитеэе обычно можно считать 1/р,мвм — — 1 В. Ток 1„м,„можно обеспечить, подключив на выходе стабилизатора постоянное сопротивление — шунт. Тогда по отношению к в и е шн е й нагрузке холостой ход допустим, но под током l„„, в формуле (23-33) следует понимать сумму тока в собственно нагрузке и тока в шунте (1 = 1в,).
В рабочем режиме напряжение на регулирующем элементе составлЯет (/р -— — (/1 — (/в. ОДнако в момент включении стабилизатора, учитывая наличие конденсатора на выходе (см. с. 647), получается (/р —— (/1; такой же результат будет при кратковременном коротком замыкании выходных зажимов. Поэтому при выборе регулирующего элемента по напряжению ориентируются на условие 1 р.мвкс 1 тивкс. Сначала запишем очевидное соотношение Подставляя 1 = 1„нн„из (23-34) в (23-2) и используя (23-38), после небольших преобразований получаем: "=(1 б ) и,+1',.„„„~,й"+(1+а дс (2339) уи.макс+ ар. мин+ р Оптимальный режим в данном случае не имеет места, так как напряжение (lт не зависит от К и к. п. д.
монотонно возрастает с увеличением Каь В пределе, при (1 „„„=- 0; 1р,н„—— 0 и 1тг = оа, имеем т(„,к, = (1 — б„,). Если бкт = 0,1 . 0,2, то т1„, = 0,9 + 0,8. Практически т1 = О,б . 0,8. С уменьшением тока нагрузки к. п. д. уменьшается, но эта зависимость проявляется слабо до тех пор, пока ток 1н м,„, не делается сравнимым с двумя другими слагаемыми в знаменателе (23-39). Выбор регулирующего элемента по току осуществляется из условия 1р „„) 1р „,. Подставляя (23-33) с учетом (23-38), получаем: ~р.
мнн 1р.кон 1н.макс л ° (23-40) Практически считают 1р „„)1„„,. Мощность регулирующего элемента оценивается, исходя нз величины 1 м,„,1/ где (1р „, — †(1т„,„, — Ук. Используя (23-33) и (23-38), приходим к условию р ксн ~1н.макс ГГр. н ~ Е,ГГа+(Г+б.а) гг, „ (23-41) Г/а ссг К= и, д,р„1и„ (23-43 а) * Знак с — а у кавффипиентв усиления отражает тот факт, что в послелавнтельиых стабиликвторнх в отличие ат пнрвллельиых ннпрнвлейин токов 1г и lр относительно выходного зажима противоположны друг другу (см. рнс. хэ-х). Если (lр„„„вЂ” — 0 и б„= б„, = О,1, то 1ар, )0,22(1к1„„,„,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
