ivanov-ciganov2 (558065), страница 39
Текст из файла (страница 39)
с. Е, и внутреннее сопротивление гь Эквнвалептная э. д. с. определяется отрезком, от- секаемым прямой на оси напряжений, а внутреннее сопротивление— наклоном спрямленной характеристики. Линейная схема замещения позволяет рассчитать все показатели стабилизатора, характерные для первого случая применения, с помощью обычных методов расчета линейных цепей. Однако прежде чем перейти к расчету этих показателей, остановимся подробнее на физической сущности одного из элементов эквивалентной схемы, а именно внутреннего сопротивления стабилитрона. В н утре н нее сои р от и в ле н не с та бил ит р о н а было определено, как наклон спрямленной вольт-амперной характеристики стабилитрона г, = ИУ„Я1м. (9.2) Но на характеристику стабилитрона оказывает влияние изменение температуры.
Поэтому, рассчитывая г стабилитрона, следует учитывать, при какой (постоянной или изменяющейся) температуре перехода снята внешняя характеристика. Температура перехода определяется двумя факторами: внешней температурой (температурой среды) и мощностью, рассеиваемой в самом стабилитроне. Изменения внешней температуры оказывают влияние на эквивалентную э. д.
с. стабилитрона, и их удобно учитывать с помощью уже введенного температурного коэффициента напряжения у: Еэт Еэо+7 б(с~ (9.3) где ń— эквивалентная э. д. с., получающаяся при измененной температуре; Ем — эквивалентная э. д. с. при нормальной температуре; И, — отклонение температуры среды от нормальной. Изменения мощности, рассеиваемой в стабилитроне, ЬР практически примо пропорциональны изменению тока, протекающего через стабилвтрон И,„, так как напряжение на стабилитроне меняется мало: (9.4) Р„+ГгР У„~1„а+У ~И„. Изменения мощности вызывают изменения температуры Р-и-перехода, причем Ы= сбР, (9.5) где с — коэффициент, зависящий от условий теплоотдачи в окружающую среду.
Изменение температуры приводит к дополнительному отклонению напряжения стабилитрона на величину (9.6) ~~('с. =7 цг ='Ф ст цйсс = г~? пгст. Полученное изменение напряжения пропорционально,отклоненню тока стабилитрона. Поэтому коэффициент в равенстве (9.6) удобно трактовать, как некоторое сопротивление. Это сопротивление называют тепловым внутренним сопротивлением стабилитрона, поскольку оно связано с изменением теплового режима. Рис. 9.7 Рис. 9,6 сопротивление стабилитрона как наклон прямой А'В'.
Это внутреннее сопротивление логично назвать сопротивлением постоянному току, и оно равно сумме теплового сопротивления и сопротивления пере- менному току: (9.7) г„ = гс + г,г. Эта зависимость внутреннего сопротивления полупроводникового стабилитрона от условий работы и подчеркнута на эквивалентной схеме (рис. 9.5, а). Экспериментально определить внутреннее тепловое сопротивление можно так же из переходной характеристики стабилитрона, которая является зависимостью падения напряжения на стабилитроне от времени при скачке тока, протекающего через стабилитрон. Переходная характеристика кремниевого стабилитрона (рис. 9.7) для скачка тока ЛГ, происшедшего в момент времени г„, имеет вид ступеньки величиной ЛУ„и последующего криволинейного участка, приводящего к стационарному дополнительному приросту напряжения на Л(У.
Из переходной характеристики находим: (9.В) (9.9) г~ = М/,/Л1о г,г= Ьи,7Ы. Если ток стабилитрона меняется быстро, так что температура р и перехода не успевает следовать за этими изменениями, то внутреннее сопротивление определяют как наклон участка АВ на рис. 9.6. Э„о внутреннее сопротивление можно назвать внутренним сопротивлением переменному току. В дальнейшем оно обозначено г, . Если же ток стабилитрона меняется очень медленно, то стабилитрон будет разогреваться или охлаждаться в зависимости от того, растет его ток или уменьшаегся, и в соответствии с этим вольт-амперная характеристика стабилитрона будет смещаться, что дает дополнительное изменение напряжения на стабилитроне, Пусть ток стабилитрона меняется на М (рис. 9.6) и большему току соответствует установившееся превышение температуры на И, а меньшему — температура, пониженная на ту же величину.
Взяв две вольт-амперные характеристики, соответствующие повышенной и пониженной температуре, можно определить внутреинес При постоянной теплоемкости и теплопроводности криволинейный участок переходной характеристики экспоненциален. Постоянная времени этой экспоненты дает тепловую постоянную времени, определяющую скорость изменения напряжения стабилитрона. У стабилнтронов с отрицательным температурным коэффициентом напряжения перепад ЛУ гюлучается отрицательным и, следовательно, тепловое внутреннее сопротивление тоже отрицательно. В заключение необходимо заметить, что тепловое сопротивление одного н того же стабилнтрона меняется при изменении условий тепло- отдачи. Так, например, стабилитрон, снабженный радиатором, имеет меньшее тепловое сопротивление, так как коэффициент с получается меньшим из-за лучших условий охлаждения.
5 Р.З. Показатели схемы стабилизации на стабилитроне Стабилизатор со стабнлитроном (рис. 9.8, а) для малых колебаний тока имеет эквивалентную схему (рнс. 9.8, б). Уравнение для единственного узла, имеющегося в схеме, запишем следующим обуазом: (Š— (1)Я, = (У вЂ” Е,)/г~+ 1„.
Ь ~~г + Производя дифференцирование в (9.11), получим й,„„= — дУ/д1„= Е,п/(й, + «,) гь (9.13) Упрощения в последнем выражении сделаны на основе того, что сопротивление резистора Е„ всегда значительно больше внутреннего сопротивления стабилитрона. Полная нестабильность напряжения на нагрузке найдется из уравнения для напряжения как полный дифференциал. Во время работы стабилизатора могут меняться входное напряжение Е, эквивалентная э. д. с, стабнлитрона Е„ ток нагрузки и сопротивление ре- Поскольку наибольший интерес представляет определение нестабильности выходного напряжения, удобнее преобразовать зто уравнение так, чтобы выходное напряжение было явной функцией напряжений двух источников, тока нагрузки и сопротивлений схемы: Еэ (1=(й,гд(Й,+г,)~ х а) ду х (Е~К,+Е,~г,— 1„). (9.11) Рис. п.в Нестабильность выходного напряжения, вызванная изменением тока нагрузки, определяет выходное сопротивление схемы стабилизатора: — 81' = ~-"Адовых.
(9.12) зисгора (из-за разогрева). Поэтому для нахождения полной нестабильности необходимо взять частные производные по всем этим переменным: Ди=',~ ДЕ+,'~ ДЕ,+$-Ы„+ЯДА„(9.14) или Ди=-(гор,+г,)) ДЕ+В,~Р,+ гй ДЕ,— — Р„„Д.(„— Я„,„Й~л(К', 1~И„(9.15) где 0л = гс„(Š— Е,+1„гд(Я,+ кд (9.16) представляет собой начальное падение напряжения на резисторе )с„. Выходное сопротивление является единственной характеристикой самого стабилизатора в том смысле, что не зависит от характеристик нагрузки. На осгальные показатели стабилизатора нагрузка оказывает влияние, и поэтому они должны вычисляться для режима работы стабилизатора под реальной нагрузкой.
Для учета реакции нагрузки на небольшие изменения подводимого к ней напряжения было введено дифференциальное сопротивление нагрузки, которое определяется как наклон вольт-амперной характеристики нагрузки: йы Д(' пИ1 ° (9 17) Поскольку в нагруженном стабилизаторе ток нагрузки определяется самой нагрузкой, прирост тока нагрузки, который следует поместить в уравнение для определения полной нестабильности, будет (9.18) Таким образом, имеем В этом уравнении содержатся все коэффициенты нестабильности рассматриваемой ' схемы. Так коэффициент нестабильности по входному напряжению получается по определению равным коэффициенту, стоящему при ДЕ, т.
е. дл(ав — Ая — э) Рг+г1 Йы+йвых йг+0~ Он тем меньше, чем больше сопротивление гасящего резистора по сравнению с внутренним сопротивлением стабилитрона. Учитывая сказанное о внутреннем сопротивлении полупроводниковых стабилитронов, следует различать два коэффициента нестабильности: попеременному току и по изменениям постоянного тока. Первый из них Аа у; /(Р~+ г~ ), а второй лл- (г -+гМя,+г +го). (9.21) (9.22) В этих двух выражениях принято )гм,в Я, „, что всегда соблю. дается у стабилитронов.
Величина коэффициента нестабильности по эквиналентному напряжению стабилитрона близка к единице: йа, — — ' '" 1. (9.23) е,( р,+тя ям+я„„„= Последний коэффициент нестабильности по изменению сопротивления гасящего резистора определим, как отношение ухода выходного напряжения к относительному отклонению сопротивления этого резистора: вя =,, )~ = — ()я — ~ ' ~ ()я — ~ ° (9.24) ляг(ааь две=в) ' Йг+гс Йы+явых я,.+г~ ' $ эА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
