Иванов-Циганов А.И. - Электротехнические устройства радиосистем (1979) (563351), страница 40
Текст из файла (страница 40)
9.!2). 188 Построения, аналогичные рассмотренным, применяют и для расчета показателей схемы стабилизации при больших изменениях тока нагрузки и напряжения питания стабилизатора. 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 гасящего резистора Я„, то минимуму выходного напряжения будет соответствовать прямая, Е полученная при 17,,„. Покпак строение, проведенное для Впип этого режима (рис. 9.13), дает рабочую точку а, определяюшую левую границу рабочего д кпкпсп участка характеристики стак атак билитрона.
Наибольшее напряжение на выходе получится при мак-и'— ~'"" симальном входном напряжеВк,пак Вкпип нии, минимальном токе нагрузки и минимальном сопротивлении резистора. Соответствующая 'максимальному режиму рабочая точка б определяет правую границу рабочего участка характеристики стабилитрона. Нестабильность выходного напряжения схемы при заданных максимальных и минимальных зиачейиях Е, 7и и )с, не выходит за пределы (7,„— (7 ы и, следовательно, суммарная относительная нестабильность стабилизированного напряжения определяется коэффициентом й, = (и.,„— и.,„У((7.,„+(7.ы).
(9.26) Коэффициент полезного действия простой схемы стабилизации и) =1 „7Р„= 7ии71(7„+У„) Е1 (9. 27) получается небольшим, порядка.20 — 30акка, что объясняется значительными потерями могцности в гасящем резисторе и самом стабилитроне. Поэтому простую схему со стабилитроиом применяют для стабилизации напряжения на нагрузках, потребляющих малую мошпость. Рис. 9.13 й 9.5. Схемы стабилизации на стабилитронах Рассмотренная ранее основная схема стабилизатора, содержащая гасяший резистор и стабилитрон, является самой распространенной, по 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 коэф184 фпциент напряжения отрицателен, поэтому такой способ пригоден для компенсации температурного ухода напряжения у стабилитронов с положительным коэффициентом напряжения. В качестве термокомпенсируюших 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- Рис. 9.14 ции температурный уход напряжения нелинейно зависит от тока (рис.
9.16), что требует аналогичной нелинейности температурной - зависимости для компенсирующих элементов. 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 впав при скачкообразном изменении внешней температуры. Внешняя тепловая переходная характеригпо стика близка к экспоненте, она гпо лдпВ гоо впп 5о гоо 1ОО гп вп пп Рис.
9.18 Рис. 9.18 определяется не только конструкцией диода, способом его крепления, но и условиями теплообмена. У стабилитрона и термокомпеисирующих диодов переходные характеристики (тепловые постоянные времени) должны по возможности совпадать, иначе при изменении температуры в переходном режиме термокомпенсация не будет удовлетворительна. Включение термокомпенсируюших диодов в схему стабилизации отражается на ее показателях. Внутреннее сопротивление термоком- 188 пенсированного стабнлитрона г,з увеличивается по сравнению с г, одного стабнлитро~а, причем Ггх = г~+ г1 (9.28) где гн„ вЂ дифференциальн внутреннее сопротивление последователь- но включенных термокомпенсирующнх диодов.
Удобно применять стабвлнтроны с внутренней термокомпенсацней, представляющие собой два п-р-перехода, включенных навстречу друг другу н образованных на одном крни сталле. Их характеристика симметрична (рнс. 9.17). В другой схеме стабилизатора с тер- мокомпенсацпей (рпс. 9.18) источник Е, 7 создает дополнительную подпитку компенсирующих диодов, что, во-первых, уменьшает их сопротивление и, во-вторых, позволяет подобрать такой ток, Рас. 9.17 прн котором нх температурный уход на- пряжения кратен температурному. уходу напряжения основного стабнлитрона, что дает возможность достичь полной компенсации.
Непостоянство напряжения Е, вносит в выходное напряжение дополнительную нестабильность, которая оценивается коэффициентом /га,, Чтобы нестабильность была мала, сопротивление резистора Ь', должно быть значительно больше внутреннего сопротивления компенсирующих диодов, а это повышает расход мощности и, следовательно, снижает к. п. д.
стабилизатора. ггг Е, Рнс. 9,19 Рас. 9.19 Для получения лучшей стабильности. при болыпих изменениях входного напряжения стабилизатора прпменшот двухкаскадные схемы (рис. 9.19). Первый каскад образован резистором Я, и последовательно соединенными стабилнтронами Д„Д,. Второй каскад состоит нз гасяп1его резистора Я, стабилитрона Д, и термокомпенсирующих диодов Д4 и Дз. 1(оэффицнент 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 У~„Д, практически не сказывается на показателях первого 186 каскада, так как его выходное сопротивление много меньше сопротивления резистора гтт. Потери мощности в двухкаскадной схеме значительно больше, чем в однокаскадной, поэтому она применяется весьма г 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 г(„(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 КЕ!Е, что вызывает рост ЬЕ. Поэтому даже при очень малом коэффициенте нестабильности Аа изменения выходного напряжения получаются заметными. Правильный вывод о максимально достижимой нестабильности стабилизированного стабилитроном напряжения можно сделать, рассматривая относительный коэффициент нестабильности: йв „„= йаЕ7(7 — г;Е7Я„(7), (9.29) Напряжение, подводимое ко входу стабилизатора, (9.30) Е=(7„+7,) Я„+и откуда )7, = (Е - ир(7„+ 7,).
(9.3!) Здесь 7„— ток нагрузки, а 7, — ток стабилитрона. Подставив это соотношение в формулу для йв„„, после несложных преобразований получим йл„„1г; (г'„+ 7,)7(7И1 — (77Е'1. (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: йеогн гпы г~ (г н+ 7с)Ф. (9.33) Таким образом, минимальная нестабильность выходного напряжения стабилизатора у простой схемы стабилизации Л(7 ы =г,(7„+7,) ЬЕ7Е.
(9.34) Реально достижимая нестабильность всегда больше: Л(7,.„Л(7 1„/(1 — (77Е) (9.35) Если напряжение питания в два' раза болы~е напряжения стабилитрона, то достигнутая нестабильность в два раза хуже минимальной. 187 Глава Х. Линейные стабилизаторы с обратной связью Е, а) Рис. !0.2 а) 5 10.1. Определение режима работы транзисторов В схемах стабилизаторов в наиболее тяжелых условиях работают транзисторы, входящие в силовую цепь. Тяжелые условия связаны с тем, что, во-первых, именно в этих элементах гасится избыток мощности источника по отношенцю к мощности, потребляемой нагрузкой, и, во-вторых, их режиму работы свойственно большое непостоянство падения напряжения н тока. Все остальные элементы схемы стабилизатора могут в принципе питаться от уже застабилизированного напряжения, а протекающий по ним ток невелик. Поэтому к выбору и определению режима транзистора, входящего в силовую цепь стабилизатора, следует подходить особенно тщательно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
