Иванов-Циганов А.И. - Электротехнические устройства радиосистем (1979) (563351), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Ток дросселя и нагрузки в течение интервала Т вЂ” 0 протекает через источник, а в течение интервала 0 — через диод Д (рис. 8.8, в, г). В приве. денной на рис. 8.8 схеме дроссель фильтра Е включен последователь- ' 1 г ~" 1'~~ но в силовую цепь стабилизатора, В такой схеме напряжение на наа~ грузке всегда меньше напряжения источника Е. Возможно и параллельное ,с включение дросселя с нагрузкой т гг (рис.
8.7, а). При замкнутом ключе К (О ( ( ( Т вЂ” О) дроссель заряжается током от источника Е (рис. 8.7, г). Полярность падения напряжения на дрссселе при этом г, задается источником Е и оиа такова, Ю) что диод Д оказывается закрытым. Конденсатор С, накопивший некоторый заряд в предыдущие периоды г) гт коммутации ключа, разряжается на нагрузку, поддерживая в ней ток У,. Размыкание ключа К (Т вЂ” 0 С - 1 г Т) приводит к разрыву цепи 61 г-в т гг-0 гт гг зарядного тока и на дросселе наводится э. д. с.
ес с полярностью, противополоисной той, которая суРис. 0.7 шествовала на нем ранее (рис. 8.7, 6). Нарастание этой э. д. с. происходит до тех пор, пока не откроется диод Д, подключающий параллельно дросселю конденсатор С и нагрузку )с (разрядную цепь). Разряжаясь, дроссель подзаряжает конденсатор С, восстанавливая уменьшившийся за предыдущую часть периода его заряд (рис. 8.7, д).
Часть разрядного тока дросселя протекает и по нагрузке, поддерживая в ней близкий к постоянному ток 7, (рис. 8.7, г). Если индуктивность дросселя Е и емкость конденсатора бесконечно большие, а потери в схеме отсутствуют, то вся энергия, отдаваемая источником Е, будет выделяться в нагрузке стабилизатора )с. Источник Е в течение одного периода Т отдает энергию А„= Егг (Т вЂ” 0), (8.13) При разрядке дроссель отдает полученную от источника Е энергию конденсатору и нагрузке. Отдаваемая дросселем энергия (8.14) Ас = (77г0 Энергия, полученная при разрядке конденсатором С, затем опять попадает в нагрузку.
Поэтому, приравняв правые части равенств (8.13) и (8.!4), получим уравнение, из которого легко найти напряжение на нагрузке (8.1 5) и=Е(Т вЂ” 0У0. При малых интервалах разряда (0 ( Т(2) напряжение (7 получается ббльшим, чем Е.
В современных схемах импульсных стабилизаторов в качестве ключа р ча широко применяют транзисторы и тиристоры. Замыканию к от-' ключа соответствует полное отпирание транзистора, приводящее крыва1 ~ванию и коллекторного и эмиттерного переходов. Размыкание анию ключа соответствует полному отключению транзистора и запир обоих л-р-переходов. Реальные транзисторы, работающие в клпочевом режиме, дроссели и диоды обладают весьма малыми потерями, что позволяет выполнять силовую цепь стабилизатора в малых габаритах. Требуемая для обеспечения малых пульсаций индуктивность дросселя Е уменьшается с ростом частоты коммутации ключа К.
Поэтому частоту коммутации выб ют настолько большой, насколько позволяют это применяемые нра в качестве ключа транзисторы. В современных стабилизаторах достигает 10 †кГц. Глава 1Х Стабилизаторы на стабилитронах $9Л. Полупроводниковые ствбипитроны Полупроводниковый (кремниевый)' стабилитрон имеет т-амперную характеристику (рис. 9.1) с достаточно протяженным вольт-ам участком л — 6, на котором значительным приращениям тока соо ответствуют малые приращения напряжения. Этот участок получается при обратном смещении и характерен для режима так называемого электрического пробоя р-л-перехода. Если ток стабилнтрона больше !,„,- мощность, рассеиваемая в стабилитроне, превышает предельную, температура ры-л-перехода возрастает выше допустимой и возникает необратимый тепловой пробой, разрушающий р-л-переход.
Электрический пробой является обратимым, и пологий участок характеристики стабилитрона повторяется от включения к включению с высокой точностью. Обычно ветвь обратного тока (рабочую ветвь) характеристики стабилитрона изображают при ином расположении 170 координатных осей (рнс. 9.2).
При этом рабочий участок характеристики получается пологим. По конструктивному выполнению (рис. 9,3) кремниевые стабилитроны аналогичны выпрямительным полупроводниковым диодам. К относительно массивному медному кристаллодержателю! (основание) припаивается монокристалл кремния 2 с электропроводностью р.типа. Припой выбирается таким, чтобы с кремнием и медью он не создавал выпрямляющих контактов. С протии»» воположной стороны кристалла создают путем а и вплавления алюминиевого электрода 4 зону »77 77 электропроводности п-типа, а сам электрод спаривают с токоотводом и выводом б. В кристалле образуется р-и-переход 3.
Всю конструкцию помещают в металлический корпус 5, привариваемый к основанию. Токо- отвод пропускают через изолятор. Кремниевые стабилитроны в сравнении с применявшимися ранее газовыми имеютмного преимуществ. У них небольшие габариты и масса. У кремниевых стабилитронов характеристика не имеет точки перегиба и, следовательно, напряжения зажигания более высокого, чем напряжения, пробоя. Это облегчает расчет, улучшает характеристики схемы. У полупроводниковых стабилитронов отсутствует и участок характеристики с отрицательным наклоном, что позволяет подключать параллельно ему конденсатор любой емкости. Стабилитрон сохраняет напряжение стабилизации от одного включения к другому с очень высокой точностью.
Отклоне- « ния напряжения не превышают 0,01«77«. Рис. 9.2 Рис. 9.3 В заключение необходимо отметить, что на характеристику стабилитрона не влияет световое облучение, электрическое и магнитное поля. Самым существенным недостатком кремниевых стабилитронов является изменение напряжения пробоя при изменении температуры.
Однако теплового гистерезиса у стабилитронов не наблюдается, по-' этому в схему стабилизации можно включать элементы температурной компенсации. 176 $ 9.2. Эквивалентная схема стабнлнтрена Стабилитроны применяют и как источники «эталонного» (опорного) напряжения в сложных схемах стабилизаторов и как самостоятельные стабилизаторы напряжения на нагрузках, потребляющих относительно небольшую мощность. Г7'7 Хотя схемы включения стабилитронов и в том и в другом с случае одинаковы, условия их » работы разные.
Когда стабили- 7 с» трон используется как источник опорного напряжения, то изменения протекающего через него 777 171 тока малы по сравнению с его Рис. 9Л средним -значением. Когда стабилитрон является стабилизатором напряжения на нагрузке, изменения его тока могут быть относительно большими. Для небольших изменений тока рабочий участок характеристики стабилитрона можно заменить отрезком прямой (рис. 9.5, а). Эквивалентная схема (линейиая схема замещения), соответствующая стабилитрону с линейной вольт-ампернои характеристикой (рис, 9.5, б), содержит всего два элемента: эквивалентную э.
д. с. Е, и внутреннее сопротивление го Эквивалентная э. д; с, определяется отрезком, от- 77 1 и 7 а7 177 7 При температуре — 40 —: +60' С напряжение стабилизации меняется у большинства стабилитронов практически линейно. Поэтому температурную нестабильность напряжения удобно учитывать с помощью температурного коэффициента напряжения по формуле Л(7„= у Ы, (9.1) где у — абсолютный температурный коэффициент; 57 — изменение температуры п-р-перехода. Типовые характеристики стабилитронов с разными напряжениями стабилизации, снятые при температурах 20 и 60' С (рис.
9.4), показывают, что стабилитроны 'с напряжением стабилизации меньше 5 В имеют отрицательный темпе- Рис. 9.4 ратурных коэффициент, а стабилитроны с напряжением стабилизации больше 5  — положительный. Из нескольких стабилитронов с разными по знаку температурными коэффициентами можно составить схему с общим температурным коэффициентом, близким к нулю. Это так называемые схемы температурной компенсации.
секаемым прямой на оси напряжений, а внутреннее сопротивление— наклоном спрямлепной 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 у т р е н н е е с о п р о т и в л е н и е с т а б н л и т р о н а было определено, как наклон спрямленной вольт-амперпой характеристики стабилитрона гт = ЛУ„/стт'„. (9.2) Но на характеристику стабилитрона оказывает влияние изменение температуры. Поэтому, рассчитывая г; стабилнтрона, следует учитывать, при какой (постоянной или изменяющейся) температуре перехода снята внешняя характеристика. Температура перехода определяется двуми 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; Е«т = Ето+ у Ого (9.3) где ń— эквивалентная э. д. с., получающаяся при измененной температуре; ń— эквивалентная э. д. с. при нормальной температуре; б!, — отклонение температуры среды от нормальной. *Изменения мощности, рассеиваемой в стабплитроне, бР практически прямо пропорциональны изменению тока, протекающего через сгабилитроп б!„, так как напряжение на стабилитроне меняется мало: ' «+ т-т (7«то(сто+ (7«то ~-~~от (9А) Изменения мощности вызывают изменения температуры р-г!-перехода, причем б(=с!зР, (9.6) где с — коэффициент, зависящий от условий теплоотдачи в окружающую среду.
Изменение температуры приводит к дополнительному отклонению напряжения стабилитрона на величину "-'(сот = у б( = ус(уст й(от = гтг дуст. (9.6) Полученное изменение напряжения пропорционально отклонению тока стабилитрона. Поэтому коэффициент в равенстве (9.6) удобно трактовать, как некоторое сопротивление. Это сопротивление называют тепловым внутренним сопротивлением стабплптрона, поскольку оно связано с изменением теплового режима.
!7В Если ток стабилнтрона меняется быстро, так что температура Р-а-перехода не успевает следовать за этими изменениями, то внутреннее сопротивление определяют как наклон участка АВ на рис. 9.6. Это 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 плп уменьшается, и в соответствии с этим вольт-амперная характеристика стабилптрона будет смещаться, что дает дополнительное изменение напряжения на стабилитропе. Пусть ток стабилптрона меняется иа б! (рис. 9.6) и большему току соответствует установившееся превышение температуры на М, а меньшему — температура, пониженная на ту же величину.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
