Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 [143] 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

Чтобы реализовать стабилизирующие свойства стабилитрона, необходимо до тех пор повышать на нем градиент потенциала, пока молекулы наполняющего его газа не ионизируются. Раз возникнув, ионизация затем поддерживается потоком электронов, движущимся от катода к аноду. Поток положительных ионов, образовавшийся в результате ионизации, нейтрализует большую часть отрицательного пространственного заряда, в результате чего падает внутреннее сопротивление стабилитрона, а с ним и напряжение на нем. Напряжение, при котором в стабилитроне возникает ионизация (тлеющий разряд), называется напряжением зажигания (73, а напряжение на его электродах во время тлеющего разряда - напряжением стабилизации UCT.

Стабилитрон не является абсолютно стабильным эталоном напряжения. Если стабилитрон попеременно ионизировать н деиони-зировать, то разница между напряжениями на нем во время какого-либо периода ионизации и предыдущего может доходить до 1%.

Точно так же в течение продолжительных периодов непрерывной работы падение напряжения на некоторых стабилитронах может без каких-либо видимых причин обнаруживать такую же степень нестабильности.

Следует также иметь в виду, что стабилитроны светочувствительны, и поэтому их ионизационные характеристики до некоторой степени зависимы от яркости окружающего освещения. Изменения протекающего через стабилитрон тока также будут вызывать небольшие колебания напряжения на его электродах.

В рабочем режиме минимальный ток через стабилитрон должен быть больше тока, необходимого только для поддержания состояния ионизации. Максимальный же рабочий ток не должен приводить к чрезмерному рассеянию тепла внутри стабилитрона или повреждению катода в результате бомбардировки его положительными ионами.

15-76. Броски тока от шунтирующей емкости. Для обеспечения дополнительного сглаживания выпрямленного напряжения, подавления шумов, возникающих в стабилитроне, или снижения полного выходного сопротивления стабилизатора параллельно стабилитрону включают шунтирующую емкость. Присутствие шунтирующего конденсатора невыгодно тем, что приводит к возникновению в момент зажигания импульсов тока, во много раз превышающих по величине максимально допустимый ток стабилитрона.

В начальный момент, когда стабилитрон еще не ионизирован, конденсатор заряжается до напряжения зажигания. Как только стабилитрон зажжется, его внутреннее сопротивление резко снизится и конденсатор частично разрядится через него. Чем больше емкость конденсатора, тем больше разрядный ток через стабилитрон, а следовательно, и возможность его разрушения. В паспорте стабилитрона обычно оговаривается максимально допустимая емкость этого конденсатора.

15-7в. Внутреннее сопротивление стабилитронов. Вольт-амперная характеристика типового стабилитрона приведена на рис. 15-25. Наклон этой кривой в любой точке равен ди-

намическому сопротивлению стабилитрона в этой же точке. В показанной на рис. 15-24 схеме стабилизатора всякое изменение тока нагрузки ведет к изменению тока стабилитрона и напряжения на нем. Приращение напряжения будет равно произведению приращения тока на


0 5 10 15 гО 25 30 35

Таи стабилитрона, ма

Рис. 15-25. Вольт-амперные характеристики стабилитрона ОА2.

динамическое сопротивление стабилитрона. На низких частотах, какими являются частоты пульсаций выпрямительных устройств, динамическое сопротивление большинства стабилитронов остается почти постоянным. С увеличением частоты динамическое сопротивление заметно возрастает.

15-7г. Специальные схемы. Может случиться, что величина стабилизированного напряжения, которое необходимо получить от стабилизатора, больше или меньше номинального напряжения стабилитрона. В таких случаях для получения требуемого напряжения применяют одну из схем, показанных на рис. 15-26.

Н источнику Н источнику

о7ока тана


a) It)

Рис. 15-26. Методы получения различных напряжений посредством суммирования нли вычитания напряжений стабилизации стабилитронов.

15-7д. Генерация в схемах стабилизаторов напряжения. Если стабилитрон зашунтирован емкостью, а сопротивление источника тока R слишком велико, чтобы пропустить ток, достаточный для поддержания тлеющего разряда, в схеме возникает генерация. Цикл генерации состоит из следующих процессов: шунтирующий конденсатор заряжается от источника тока до напряжения зажигания стабилитрона; он вспыхивает, и конденсатор частично разряжается, а так как протекающий через R ток слишком мал, чтобы поддерживать тлеющий разряд, происходит деионизация и стабилитрон гаснет; затем конденсатор снова заряжается и весь цикл повторяется. Частота генерации является функцией величины ограничительного сопротивления, шунтирующей емкости, разности



между напряжениями ионизации и деионизации и напряжения источника тока.

При очень большой величине шунтирующей емкости генерация может возникнуть даже тогда, когда внутреннее сопротивление источника невелико и развиваемый им ток достаточен для поддержания ионизации стабилитрона при отсутствии шунтирующего конденсатора. Возникновение генерации такого типа возможно только тогда, когда какая-либо часть кривой, выражающей зависимость напряжения стабилизации от тока стабилитрона, имеет отрицательный наклон. В этом случае началом колебательного цикла является возникающий в момент зажигания стабилитрона разрядный ток конденсатора. Этот ток протекает через стабилитрон до тех пор, пока напряжение на его электродах не упадет до потенциала погасания, а так как емкость конденсатора настолько велика, что его невозможно снова быстро зарядить до напряжения устойчивой стабилизации, стабилитрон гаснет; затем конденсатор снова заряжается до напряжения зажигания и цикл повторяется.

15-7е. Расчет схемы стабилизатора. В начале расчета стабилизатора напряжения (см. рис. 15-24) выберем минимальный ток стабилитрона /с.мн„. Если минимальное питающее напряжение еще не установлено и должно быть определено, то выбранное значение тока должно удовлетворять только уравнению (15-11). После этого можно определить минимально возможную величину UBX.ma, которая допускает еще удовлетворительную стабилизацию при выбран-

ном токе /.

и. Величина сУвх.мин определяется

из уравнения (15-13). Если U3

задано,

то выбранное значение /с.мии должно удовлетворять уравнению (15-12),

Метод А определения /с.мИц> когда вч.мин не задано. Выбранная величина /с,мин должна удовлетворять следующим двум уравнениям.

при котором еще возможен тлеющий разряд;

>

(Уг-Ц„)1ъ.

(15-11)

Обозначение величин дано на рис. 15-24.

Метод Б определения /с.мин, когда сУвх.шш задано. Выбранная величина /с.мин должна удовлетворять следующим двум уравнениям:

/с.мин5гминимальному току стабилитрона, при котором еще возможен тлеющий разряд;

Rv. мин-н. макс(з ст)

Ст(ЕХ.МИН з)

гДе мин- минимально допустимый ток стабилитрона для заданного значения ивХш М1Ш.

Обозначения других величин даны на рис 15-24.

Уравнение (15-12) устанавливает, что минимальный рабочий ток стабилитрона /с.мин должен быть равен или больше минимально допустимого тока стабилитрона /мин.

Если при выборе /с.мин используется метод А, то для определения £/вх.мни нужно взять уравнение (15-13). Как видно из уравнения, мини-

мально допустимая величина с7вх.мин является функцией выбранного значения /с.мин:

СТ\ с. мин

Ь~ hi. макс) зн. макс *

(15-13)

где UMm - минимально допустимое питающее напряжение для выбранного значения /с.шш. Обозначения остальных величин даны на

рис. 15-24.

Уравнение (15-13) устанавливает, что минимальное рабочее питающее напряжение с/вх. мин должно быть равно или больше минимально допустимого питающего напряжения мии Для принятой величины /с.мин-

Дальнейший расчет одинаков для методов А и Б и производится по уравнениям:

вх. мии

С. МБН н. мак

вх. макс

вх. мин

hi. ми

(15-14) (15-15) (15-16)

Минимально возможная величина 1С

может быть найдена из уравнения

: К (h. мин ~Ъ Ль макс) hi

(15-17)

: минимальному току стабилитрона, и UB

Обозначения величин указаны на рис. 15-24.

Величина максимального тока, найденная из уравнения (15-16), должна быть равна или меньше максимально допустимого для данного типа стабилитрона тока. Если ток /с.макс слишком велик, его можно снизить за счет одновременного увеличения минимального и максимального питающих напряжений £/нх мин

Абсолютный минимум, возможный

(15-12) UB

для величины тока /с. макс, дается уравнением (15-17). Этот минимум, однако, возможен только тогда, когда питающее напряжение равно бесконечности. Таким образом, уравнение (15-17) дает возможность выяснить невыполнимость требований, предъявляемых к стабилизатору, а это случается тогда, когда расчетная минимально возможная величина /с.макс оказывается больше максимально допустимого для данного стабилитрона тока.

Пример 15-8

Пусть напряжение нестабилизированного источника может меняться на 20%, т. е.

:=1,2 UB

Определить значения

••их. мин, вх.макс и # Для стабилизатора, который должен удовлетворять следующим требованиям со стороны нагрузки:

а) выходное напряжение 150 в (использовать стабилитрон ОА2);

б) ток нагрузки может меняться в пределах 20-30 ма.

Решение.

1. Найдем наименьшее возможное значение для минимального тока /с.миц (пользуемся методом А).



Из уравнения (15-11) (180- 150) • 0,030

= 0,006 а, или 6 ма,

с. мин 150

где U3 = 180 в (потенциал зажигания ста-

билитрона ОА2); (7СТ = 150 в;

Примем /с

= 0,030 а.

8 ма.

2. Исходя из найденной величины /с. мии, определим минимальное питающее напряжение

вх. мин*

Из уравнения (15-13)

RK. МИН 5 МИН -

150 180-0,008

150 (0,008 + 0,030) -(180 • 0,030) = 725 в.

720 в.

Пусть с/вх.мин

3. Найдем с/вх.макс:

вх- макс 1*20 c/BXt мт1

!. Рассчитаем К по уравнению (15-14):

725 - 150

1,20 • 725 = 870 в.

0,008 -f- 0,030

= 15 130 ом.

5. Определим максимальный ток /с.макс по уравнению (15-16):

0,020 = 0,028 а, или28лю.,

15 130

что не превышает максимально допустимого тока стабилитрона, равного 30 ма.

Примечание. Вели бы в начале расчета

была выбрана большая величина / , то U

* с мин вх- мин

и U можно было бы уменьшить. Однако сле-

вх-макс J м

дует иметь в виду, что увеличение/с мид вызывает значительно большее увеличение /„

с макс*

Пример 15-9

Определить данные стабилизатора, имеющего на выходе приблизительно 150 в. Ток нагрузки может меняться от 25 до 30 ма. Стабилизатор питается от источника тока, напряжение которого меняется в пределах 450-525 р. В стабилизаторе следует применить стабилитрон ОА2.

Решение

1. Определим минимально Допустимое значение наименьшего тока стабилитрона /с.мин, используя метод Б.

Так как UBX,мин задано, то минимально Допустимую величину /с мин найдем из уравнения (15-12):

450 • 0,030(180-150)

= 0,010 а,

150 (450- 180) или 10 ма.

Примем /с.мин = 12 ма.

2. Найдем R из уравнения (15-14):

450-150

*=бЖ2 + адзо=74°ом-

3. Определим максимальный ток /с.макс уравнения (15-16):

525-150

7 140

- 0,025 = 0,028 а, или 28 ма.

15-8. ЭЛЕКТРОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Электронные стабилизаторы напряжения можно подразделить на три основные группы:

1. Стабилизаторы напряжения для фиксированных нагрузок. Они поддерживают неизменное напряжение на нагрузке при колебаниях входного напряжения.

2. Стабилизаторы напряжения с отрицательной обратной связью. Они стремятся поддерживать постоянство выходного напряжения при изменениях тока нагрузки и входного па-пряжения. По самому принципу своей работы такие стабилизаторы не в состоянии поддерживать абсолютное постоянство выходного напряжения. Однако требования, предъявляемые обычно к качеству работы стабилизаторов, ими вполне удовлетворяются.

3. Стабилизаторы с отрицательной обратной связью н компенсацией. Отличие стабилизаторов с компенсацией от простых стабилизаторов с отрицательной обратной связью состоит в их способности обеспечить идеальные параметры стабилизации. Можно, например, так рассчитать стабилизатор этого типа, что его полное выходное сопротивление для заданной полосы частот переменного тока или выходное сопротивление для постоянного тока будет равно нулю. Вполне возможно получение н других заданных параметров. Основным недостатком стабилизаторов этого типа является необходимость весьма тщательной регулировки цепей компенсации. Кроме того, неизбежные изменения электрических параметров деталей схемы со временем приводят в таких стабилизаторах к более резким нарушениям режима, чем в стабилизаторах предыдущих типов.

15-8а. Стабилизаторы напряжения для фиксированных нагрузок. Каждая из схем, показанных на рис. 15-27 и 15-28, будет поддерживать постоянство выходного напряжения на фиксированной нагрузке при изменениях входного напряжения. При изменениях тока нагрузки применять их не рекомендуется. Если источник тока, подающий напряжение на вхот стабилизатора, не заземлен, то обе приведенные схемы можно использовать для подачи положительного или отрицательного относительно земли напряжения. Ниже дается детальное описание этих схем.

Стабилизатор для фиксированной нагрузки с параллельным включением регулирующей лампы. На рис. 15-27 показана схема стабилизатора с параллельным включением регулирующей лампы Ль которая будет поддерживать постоянное напряжение на фиксированной нагрузке при изменениях входного напряжения. Действие схемы сводится к тому, что некоторая доля изменения входногонапряжения используется для управления лампой Л.. Изменение анодного тока этой лампы приводит к такому изменению падения напряжения на сопротивлении Rb, которое компенсирует изменение входного напряжения. В результате напряжение на аноде Л1 остается постоянным. Изменения анодного тока лампы Л1 пропорциональны некоторой доле изменения входного напряжения. Следовательно, лампы с большей



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 [143] 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0021