ivanov-ciganov2 (558065), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Графический расчет режима стабипитрена Наиболее удобным, хотя и несколько кропотливым методом расчета статического режима нелинейной цепи, является графический метод. Лля рассматриваемой схемы стабилизации графические построения сводятся к наложению вольт-амперных характеристик линейной (Е, )г) и нелинейной (стабилитрон) частей схемы (рис. 9.9, а). Линейная часть схемы, в которую включена и чисто омическая нагрузка Й„, изображена на рис. 9.9, б и является частью всей схемы Знак «минус» у коэффициента нестабильности означает, что возрастание сопротивления будет вызывать уменьшение выходного напряжения, Сопротивление резистора может меняться при работе стабилизатора из-за изменения рассеиваемой в нем мощности.
Для уменьшения влияния этой нестабильности' обычно выбирают резисторы с большим запасом по допустимой мощности рассеяния, поэтому его нагрев оказываегся незначительным и отклонение цй малым. Приведенные соотношения позволяют рассчитать все показатели стабилизатора при малых изменениях тока сгабилитрона около среднего значения, определяемого положением рабочей точки на характеристике стабилитрона, и, следовательно, все его эквивалентные парамегры. Однако для того чтобы найти положение рабочей точки на характеристике, необходимо провести расчет с учетом ее нелинейности, который вместе с тем позволит определить и показатели схемы при сильных колебаниях тока нагрузки.
стабилизации, расположенной левее зикимов а, б. Вольт-амперная характеристика линейной части схемы отражает зависимость напряжения на ее зажимах аб от забираемого от нее тока 1. Как для любой линейной цепи, она будет прямой, соединяющей точку, соответствующую режиму холостого хода (У = Е„„=- Етс/Щ„+ 1!и); 1 = 01, с точкой, соответствующей режиму короткого замыкания (У = 0; 1 = 1„,=- Е/Иг). Наложение этой прямой на характеристику стабилитрона (рис. 9. 10) Ед нг Е Рн Р 1 г и и 'и 1 !из ! Рис. 9.9 позволяет найти точку их пересечения Е, которая и будет рабочей точкой стабилитрона. Для этой точки выполняется равенство тока, отдаваемого линейной частью, и тока, потребляемого стабилитроном при равенстве напряжения на зажимах аб и стабилитроне (см.
рис. 9.9). В приведенном примере нагрузкой стабилитрона являлось обычное омическое сопротивление. Это и позволило достаточно просто построить вольт-амперную характеристику части схемы стабилизатора, расположенной левее точек аб на рис. 9.9, так как она получалась линейной. 'с лг лг Рис. 9.11 Рис. 9.12 Другим примером, приводящим также к линейной схеме, является стабилизатор напряжения на нагрузке, потребляющей неизменный ток 1„(рис. 9.11). Напряжение на зажимах аб для этой схемы определяется соотно- шением (1 = Š— 1„!с„— 1К, (9.25) и, следовательно, характеристика линейной части схемы будет пря- мой, соединяющей точку Š— 1„11,; 1 = 0 с точкой (1 = 0; 1 = = Е/Я, — 1и (рис.
9.12). Построения, аналогичные рассмотренным, применяют и для расчета показателей схемы стабилизации при больших изменениях тока нагрузки и напряжения питания сгабилизатора. Суммарная нестабильность (максимальная) выходного напряжения определится в этом случае двумя крайними положениями рабочей точки на характеристике стабилитрона.
Наименьшее выходное напряжение будет при наименьшем входном напряжении и наибольшем токе нагрузки. Если меняется и сопротивление гасяц1его резистора К„ то минимуму выходного напряжения будет соответствовать прямая, полученная при И„тнн. Построение, проведенное для ~т1н этого режима (рис. 9.13), дает рабоч)чо точку а, определяю. щую левую границу рабочего ~нтгп участка характеристики стал г„„ билитрона. Наибольшее напряжение на выходе получится при мак— тйн е' " симальном входном напряже. нии, минимальном токе парис.
9.!3 грузки и минимальном сопро- тивлении резистора. Соответствующая максимальному режиму рабочая точка б определяет правую границу рабочего участка характеристики стабилитрона. Нестабильность выходного напряжения схемы при заданных максимальных и минимальных значениях Е, 1„и К„не выходит за пределы (1 „— (1 ы и, следовательно, суммарная относительная нестабильность стабилизированного напряжения определяется коэффициентом й, =- (и„.„— и.ы)1(и.,„+ и.ы).
(9.26) Коэффициент полезного действия простой схемы стабилизации ц= — Р 1Р,„=1„Щ((„+1„) Е] (9.27) получается небольшим, порядка 20 — ЗО',о, что объясняется значительными потерями мощности в гасящем резисторе и самом стабилитроие. Поэтому простую схему со стабилитроном применяют для стабилизации напряжения на нагрузках, потребляющих малую мощность. 5 9.%. Схемы стабилизации иа стабипитранах Рассмотренная ранее основная схема сгабилизатора, содержащая гасящий резистор и стабилитрон, является самой распространенной, но не единственной. Из однокаскадных схем рассмотрим схему с температурной компенсацией.
Схема с температурной компенсацией содержит один или несколько термокомпенсирующих полупроводниковых диодов, которые смещены в прямом направлении и включены последовательно с основным стабилитроном (рис. 9.14). У открытых р-и-переходов температурный козф- фициент напряжения отрицателен, поэтому такой способ пригоден для компенсации температурного ухода напряжения у стабилитронов с положительным коэффициентом напряжения.
В качестве термокомпенсирующих диодов могут быть выбраны как стабилитроны, так и выпрямительные диоды. У последних температурный коэффициент напряжения несколько больше, чем у стабилитронов, что в некоторых случаях важно. Подбор диодов должен производиться так, чтобы их температурный уход напряжения был по возможности равен уходу напряжения самого стабилитрона. Для стабилитронов с напряжением стабилизации больше 7 В температурный коэффициент напряжения (прямого и обратного) практически не зависит от тока (рис.
9.15), поэтому схема 'термокомпенсации сохраняет свои показатели в широком диапазоне стабилизируемых токов. У стабилитронов с меньшим напряжением стабилиза- Р"' 9 14 ции температурный уход напряжения нелинейно зависит от тока (рис. 9.16), что требует аналогичной нелинейности температурной зависимости для компснсирующих элсмситов. Подбор такой зависимости кропотлив и сложен, поэтому у схем компенсации с подобным стабилитроном не удается получить хороших показателей. При термокомпенсации важна и внешняя тепловая переходная характеристика диода, которая представляет собой зависимость ухода напряжения на диоде от времени при скачкообразном изменении внешней температуры.
Внешняя тепловая переходная характери?Об стика близка к экспоненте, она Л11ид Ыа ли я1 ?д дд т'д Рис. 9.15 Рис. 9„16 определяется не только конструкцией диода, способом его крепления, но и условиями теплообмена. У стабилитрона и термокомпенсирующих диодов переходные характеристики (тепловые постоянные времени) должнЫ по возможности совпадать, иначе при изменении температуры в переходном режиме термокомпенсация не будет удовлетворительна. Включение термокомпенсирующих диодов в схему стабилизации отражается на ее показателях. Внутреннее сопротивление термоком- пенсированного стабилитрона г,и увеличивается по сравнению с г; одного стабилитрона, причем (9.28) гга=г!+г!ии где гн„ вЂ дифференциальн внутреннее сопротивление последователь- но включенных термокомпенсирующих.диодов.
Удобно применять сгабилитроны с внутренней термокомпенсацией, представляющие собой два л-р-перехода, включенных навстречу друг другу и образованных на одном кри- !7 сталле. Их характеристика симметрична (рис. 9.17). В другой схеме стабилизатора с термокомпенсацией (рис. 9.18) источник Е, создаст дополнительную подпитку компенсирующих диодов, что, во-первых, — уменьшаег их сопротивление и, во-вто- рых, позволяет подобрать такой ток, Рис.
9.!7 при котором их температурный уход на- пряжения кратен температурному уходу напряжения осн!)иного стабилитрана„что дает возможность достичь полной компенсации. Непостоянсгво напряжения Е, вносит в выходное напряжение дополнительную нестабильность, которая оценивасгся коэффициентом йни. Чтобы нестабильность была мала, сопротивление резистора Я, должно быть значительно больше внутреннего сопротивления компенсирующих диодов, а это повышает расход мощности и, следовательно, снижает к. п: д.
стабилизатора. Рис. 9.!В Рис. 9.!9 Для получения лучшей стабильности при больших изменениях входного напряжения стабилизатора применяют двухкаскадные схемы (рис. 9.19). Первый каскад образован резистором К, и последовательно соединенными стабилитронами Д, Д,. Второй каскад состоит из гасящего резистора Д стабилитрона Д„и термокомпенсирукицих диодов Ди и Ди. Коэффициент нестабильности каскадного соединения практически равен произведению коэффициентов нестабильности отдельных каскадов, а выходное сопротивление равно выходному сопротивлению последнего каскада. Первое положение основано на том, что подсоединение звена Я„Ди практически не сказывается на показателях первого каскада, так как его выходное сопротивление много меньше сопротивления резистора Р,.
Потери мощности в двухкаскадной схеме значи.тельно больше, чем в однокаскадной, поэтому она применяется весьма редко. 5 9.6. Достижимый коэффициент нестабильности схем на стабилитронах На основании приведенных формул для расчета нестабильности выходного напряжения складывается впечатление, что эта нестабильность может быть.
сделана сколь угодно малой, если увеличивать сопротивление гасящего резистора 1т, (см. рис. 9.8). Однако оно обманчиво, так как с ростом сопротивления для получения того же тока стабилитрона необходимо увеличить напряжение питания Е. Напряжение питания при увеличении обычно не меняет свою относительную нестабильность ДЕ1Е, что вызывает рост ДЕ..Поэтому даже при очень малом'коэффициенте нестабильности Аа изменения выходного напряжения получаются заметными. Правильный вывод о максимально достижимой нестабильности стабилизированного стабилитроном напряжения можно сделать, рассмат. ривая относительный коэффициент нестабильности: ~Коти '"аЕ1(' г*'Е1Яг(1) Напряжение, подводимое ко входу стабилизатора, (9.30) откуда (9.31) Здесь 1„ — ток нагрузки, а 1, — ток стабилитрона.
Подставив это соотношение в формулу для Ав,, после несложных преобразований получим яа„, — — (г, (1„+1,)1УИ1 — (11Е). (9.32) С ростом напряжения Е знаменатель'этого выражения будет стремиться к единице, а коэффициент нестабильности — к минимуму. Это минимальное значение и есть предел, достигаемый в такой схеме стабилизации: лв „и гг(1„+1,)1(1. (9.33) Таким образом, минимальная нестабильность выходного напряжения стабилизатора у простой схемы егабилизации Ди и = г1 (1„+ 11 ДЕ1Е. (9.34) Реально достижимая нестабильность всегда больше: Ди„.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
