Иванов-Циганов А.И. - Электротехнические устройства радиосистем (1979) (563351), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Расчет любой сложной схемы стабилизатора содержит среди прочих два отличающихся по своей методике этапа. Один из них заключается в том, что на характеристиках нелинейного элемента (силового транзистора) находится та область, в которой перемещается рабочая точка (расчет режима).
В данном случае широко применяют графические методы решения, !(огда эта область найдена, можно с той или иной степенью приближения заменить нелинейный элемент линейной схемой замещения. Другой этап расчета заключается в том, что на основе выбранной схемы замещения рассчитывают соотношения между изменениями выходного напряжения и приращениями дестабилизирующих факторов. Тут основное применение находят методы расчета линейных электрических цепей. Из расчета режима можно получить сведения о диапазоне изменения напряжений и токов, в которых стабилизатор обеспечивает требуемую стабильность, а также о тепловом режиме самого элемента, что важно для обеспечения его целостности. Проведем графический расчет режима силовой цепи для простейших схем с последовательным включением транзистора (рис, !0.1, а, б): Нестабильность входного напряжения удобно задать двумя нагрузочными характеристиками источника Е„соответствующими, допу- стим, максимальному Е „и минимальному Е ы значениям подводимого к выпрямителю переменного напряжения (рис.
10.2, а), Напряжение коллектор — эмиттер силового транзистора Т, (см. рис, 10,!) равно разности между входными напряжением Е, и стабилизировайныы напряжением 'К Взяв характеристики транзистора, в данном случае зависимость тока коллектора от напряжения коллектор — база при параметре 1и, и отложив влево от нулевой и точки напряжение У (его можно считать в первом приближении постоянным), проведем прямую ОЛ! (рис.
!0.2, б). От этои прямой отложим вправо напряжение Е„считая ток выпрямителя 1, равным сумме коллекторного тока 1„н тока 1„потребляемого стабилитроном: 1,=1„+1, (10.1) для схемы рис. 10.1, а и коллекторному току для схемы рис. 10.1, б. Выполненное построение привело к наложению выходной характеристики источника Е, на характеристики транзистора, причем оси первой смещены влево на () и вниз на 1,.
Так как ток стабилитрона обычно мал, то приближенно он может считаться нулевым. Если провести две горизонтальные прямые, соответствующие токам 1„,„и 1и,„(ток нагрузки практически равен току коллектора), то можно определить область (она заштрихована на рис. !0.2, б), в которой перемещается рабочая точка при изменениях входного напряжения и тока нагрузки. На основе приведенного построения можно сделать следующие выводы: 1) получить заданное напряжение () можно и при меньшем напряжении источника Е,, так как перемещение рабочей области влево еще не приводит к попаданию в нее участка характеристик транзистора, соответствующего насыщению, и он будет работать в активной области; 2) хотя правый верхний угол рабочей области и не выходит за пределы, ограничиваемые допустимой мощностью рассеяния на коллекторе, запас по мощности мал. Смешение влево рабочей области повы- шает этот запас, так как приводит к уменьшению напряжения на транзисторе; 3) как показывает сравнение напряжения ((и, „ с максимально допустимым напряжением между коллектором и эмиттером ((„,.„ запас по напряжению достаточен; 4) по полученному диапазону изменения тока базы транзистора, являющегося током нагрузки опорного стабилитрона, можно правильно выбрать тнп стабилитрона.
При оценке изменений тока базы необходимо обратить внимание на то, чтобы выбранный режим получался при положительных токах базы транзистора, так как транзистор в данной схеме работает успешно лишь при открытом эмиттерном переходе. !(роме того, уменьшение напряжения источника Е, возможно лишь тогда, когда он является автономным, т. е. питает только исследуемый стабилизатор, и до тех пор, пока левый верхний угол рабочей области не подойдет вплотную к участку характеристики транзистора, г!г4 соответствующего насыщению. Проведенное построение рабочей обла- ~~ (и сти получилось весьма простым, так как выходное напряжение было принято понг стоянным.
Это допущение оправдывается, так как в результате построений найден такой режим работы транзистора, прн Рвс. 10.3 котором он успешно выполняет свои функ- ции, т. е. поддерживает практически постояннйм выходное напряжение. Для этого рабочая область должна на характеристиках транзистора целиком помещаться в активной области. В схеме стабилизатора с параллельным включениемрегулируемого сопротивления (рис. 10.3) в отличие от рассмотренной схемы с последовательным включением транзистор используют как двухполюсннк, а нетрехполюснпк. Это приводит к тому, что на характеристиках транзистора положение рабочей точки при разных входных напряжениях и токах определяется уже не областью, а линией, которую назовем траекторией.
Приближенное определение траектории производится весьма просто при идеальном источнике опорного напряжения, т. е. без учета обратной связи,,создаваемой внутренним сопротивлением стабнлитрона. Для приближенного построения траектории рабочей точки разобьем схему на линейную и нелинейную части (рис. 10.4, а). Тра!4зистор находится практически под постоянным напряжением ((, = (( — Е,п. (10.2) Это напряжение и определяет положение траектории на характеристиках транзистора (линия АВ на рис. 10.4, 6).
Примерная вольт-амперная характеристика выделенного нелинейного двухполюсника („+ (4 + („= (" ((() в силу сделанных приближений превращается в вертикальную прямую АВ (рис. 10,4, в), при- !90 я ' гп'Гб'га 3 и (и'(д ((, у„, Л (г "гд сг( Рис.
10.4 Если в максимальном и минимальном режимах ток коллектора не выходит за допустимые для выбранного транзистора пределы, то стабилизатор будет успешно работать в определенном условиями задачи диапазоне изменений тока нагрузки и входного напряжения. Оценочные формулы для предельных режимов работы транзистора, полученные на основе такого приближенного построения, (и тпп — (Егппх (()(Йз (н т!и (10.4) (пгпРп = (Ет!и (()((гз (тпп, (10.5) позволяют в большинстве случаев правильно выбрать транзистор и напряжение Е для заданных пределов пзменеяия тока нагрузки.
В заключение следует сделать одно замечание. Характеристики транзистора смещаются прн изменении температуры переходов. Поэтому правильную оценку пригодности выбранного транзистора и его режима можно выиестп только в том случае, если графические построения выполнены н для максимальной, и для мшшыальной температуры переходов.
й 40.2. Эквивалентные схемы транзисторов Для того чтобы воспользоваться аналитическимя методами расчета, необходимо вместо характеристик транзистора применять линейные схемы замещения. Являясь справедливыми лишь для приращений токов и напряжений, они позволяют рассчитать сами от- !9! чем всегда можно считать ток коллектора много большим суммы токов базы транзистора (4 и делителя (,: (,~т» (4 + („, (10.3) что позволяет по вертикальной оси откладывать один ток коллектора. На этой характеристике, так же как для стабилитрона, можно найти две граничные точки, соответствующие максимальному и минимальному режимам, и тем самым определить рабочий участок. Максимальный ток коллектора получится при Е „и (пть„а минимальный г при Е;„и (п,„(см, точки Л! и (У'на рнс.
10.4, и). клонения выходных величин стабилизатора и абсолютные нестабильности. А средние значения напряжений и токов, необходимые как для расчета относительных нестабильностей, так и для определения рабочей точки нелинейного элемента, следует находить путем графических построений. В практике используют несколько схем линейного замещения транзисторов в зависимости от решаемой задачи. Иногда предпочитают схеме формальную систему уравнений, в которой транзистор как четырехполюсник представляют матрицей из четырех параметров. Однако моделирующие схемы имеют большую наглядность, в процессе обучения удобнее пользоваться ими, а не формальными системами уравнений. Из ряда схем, моделирующих транзистор, отдается предпочтение так называемой схеме Джиаколетто (рис.
10.5). Хотя ее использование в расчетах стабилизаторов и не сопряжено с явными выгодами в виде простоты выкладок или простоты окончательных выражений, но ее выбор даст определенные преки имущества. Во-первых, эта схема наи- рки х более применима при анализе усили- ! тельных и ряда импульсных устройств, 7 ' с д МФу Ьр ее изучение не явится дополнительр и св 1 ным; во-вторых, она лучше других з характеризует частотные свойства р .
!ол транзистора в широкой области ча- стот, что важно для исследования устойчивости стабилизатора; и, в-третьих, от нее проще перейти к эквивалентной схеме транзистора, работающего в режиме переключения. Величины сопротивлений, входящих в моделирующую схему транзистора, зависят не только от положения рабочей точки на характеристиках транзистора, но и от температуры р-и-переходов.
В этой связи следует различать параметры транзистора, полученные при постоянной температуре и при.температуре, следующей за изменением рассеиваемой в транзисторе мощности. Как и в случае со стабилитроном, параметры, полученные при неизменной температуре, называют параметрами для переменного тока, а другие — параметрами для постоянного тока. Температура Р-и-переходов зависит как от иоличества тепла, выделяющегося в транзисторе, так и от условий отвода тепла от транзистора, Основная тепловая мощность Р„= 1„У„ (10.6) ' выделяется в коллекторном переходе транзистора и отводится в окружающую среду через корпус транзистора и радиатор (теплоотвод).
Превышение температуры коллекторного перехода по сравнению с температурой корпуса транзистора пропорционально тепловому сопротивлению транзистора, которое в данном случае удобнее назвать тепловым сопротивлением переход — корпус !х, „,. Через это сопротив- ление проходит вся мощность Рк и, следовательно, разность температур перехода Ги и корпуса Гк определится из соотношения (!и — с„)Я, „„= Рк. (10.7) С корпуса транзистора часть тепловой мощности Р, (рис. !0.6) переходит в окружающую среду непосредственно, а часть Р, — через радиатор. Для этих мощностей можем записать: Рк = Ро + РИ = ( к Гс)Ф«.к.с+ (Гк Г«У~Я« к р+!Рт.р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
