.* 4. Температурный коэффициент стабилизатора *

Помимо параметров, характеризующих качество стабилизации, стабилизаторы постоянного напряжения (тока) оцениваются по энергетическим показателям. Основной энергетический показатель стабилизаторов - коэффициент полезного действия т).

Стабилизаторы переменного напряжения характеризуются дополнительными параметрами, а именно, стабильностью выходного напряжения в зависимости от частоты питающего напряжения, коэффициентом мощности, искажением формы кривой выходного напряжения.

8.2. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА

Для стабилизации напряжения постоянного тока используются нелинейные элементы, величина напряжения на электродах которых мало зависит от тока, протекающего через них. В качестве таких нелинейных элементов чаще всего применяются газоразрядные и кремниевые стабилитроны.

Газоразрядный стабилитрон представляет собой ионный прибор тлеющего разряда, в стеклянном баллоне которого, наполненном инертным газом, находятся два электрода: анод и :олодный катод.

Рассмотрим рис. 8.1а, участок О-/ характеристики соответствует несамостоятельному разряду, точка / - хмоменту зажигания,

и

Рис. 8.1. ВАХ стабилитронов: а) газоразрядного; б) кремниевого

участок 2-3 - рабочему режиму, при котором напряжение остается почти неизменным, и участок 3-4 - тлеющему разряду, который в эксплуатационных условиях недопустим, так как этот режим связан с распылением активного слоя катода. При больших перегрузках может возникнуть дуговой разряд и стабилитрон выйдет из строя.

Напряжение стабилизации газоразрядных стабилитронов, в зависимости от его типа, колеблется от нескольких десятков вольт до нескольких киловольт. Динамическое сопротивление Га находится в пределах от нескольких десятков до сотен Ом.

кремниевый стабилитрон - это плоскостной диод, изготовленный по особой технологии. В отличие от обычных диодов кремниевые стабилитроны работают на обратной ветви ВАХ в области пробоя. На рис. 8.16 область /-2 характеристики является рабочей.

Наша промышленность выпускает кремниевые стабилитроны на напряжения от единиц до нескольких сотен вольт. Температурный коэффициент кремниевых стабилитронов, т. е. зависимость напряжения стабилизации от температуры окружающей среды составляет от -0,06 %/°С до -fO,12%/°C. Нагрузочная способность кремниевых стабилитронов относительно высока: они могут быть изготовлены на мощности от 100 мВт до 10 Вт.

Самая точная стабилизация возможна у стабилитронов с напряжением стабилизации между 6 и 7 В, так как у них наименьшие динамическое сопротивление и температурный коэффициент.

Температурный коэффициент у стабилитронов с напряжением менее 6 В отрицательный, а у стабилитронов с напряжением стабилизации более 7 В - поло.жительный.

Для увеличения стабилизируемого напряжения стабилитроны включают последовательно. Параллельное их включение недопустимо, так как небольшая разница в рабочих напряжениях, которая всегда имеет место, приводит к неравномерному распределению токов, протекающих через них.

Схе.мы параметрических стабилизаторов постоянного напряжения с использованием стабилитронов применяются для стабилизации напряжения при мощности потребления до нескольких ватт. Достоинство таких схе.м - простота исполнения и малое количество элементов, недостаток - отсутствие плавной регулировки и точной установки номинального значения выходного напряжения, кроме этого, у таких схем мал КПД.

Схема стабилизатора рис. 8.2 состоит из гасящего сопротивления Rvi, включенного последовательно с потребителем, и стабилитрона Jli{Jl\), включенного параллельно потребителю.

9 Rn

1и

+ 0-С

sf-

Рис. 8.2. Однокаскадные параметрические стабилизаторы напряжения на стабилитроне: а) газоразрядном; б) кремниевом

Рассмотрим принцип действия стабилизатора на примере схемы с кремниевым стабилигроном рис. 8.26. На рис. 8.3 изображены ВАХ стабилитрона и нагрузки Так как сопротивление нагрузки и стабилитрон включены параллельно, то для построения суммарной характеристики необходимо сложить характеристики сопротивления Rh (прямая OA) и стабилитрона д1 по оси токов. По-

лученная кривая представляет собой зависимость ивых~!(1н+1с1:). Рабочий участок этой кривой, как видно из построения, получается смещением характеристики стабилитрона на величину тока нагрузки /н. Отложив на оси ординат величину входного напряжения Uo, строим из этой точки характеристику сопротивления Rri. Точка пересечения этой характеристики с суммарной характеристикой сопротивления нагрузки и стабилитрона

n;;-г определяет установивший-

еых'(и*т'> режим для данной величины входного напряжения. При изменении входного напряжения характеристика сопротивления Rm перемещается и соответственно перемещается рабочая точка на суммарной характеристике /вых = /(/н+/ст).

Как видно из рис. 8.3, при изменении входного напряжения от Uomm до Uomax напряжение на сопротивле-

Рис

5 3 К принципу действия стабилиза тора напряжения

НИИ нагрузки изменяется от /вых1 до /выжг, причем изменение выходного напряжения Шъых значительно меньше изменения напряжения на входе AUo.

В пределах рабочего участка характеристика стабилитрона практически линейна (рис. 8.1), поэтому аналитическую связь между напряжением и током представим в виде выражения

cx = f/cxo + -d/c., (8.1)

П/?н

СТО

где Гй - динамическое сопротивление стабилитро-

на; /от - ток стабили- о-С ]-

Учитывая выражение .щ. f/crAIodi (8.1), составим эквива- у сг сг/у

лентную схему стабилиза- -

тора (рис. 8.4). В данной - j

схеме стабилитрон заме-ней источником с внут- Рис 8 4 Эквивалентная схема пара1> е'р че-ренним сопротивлением, ского стабилизатора напряжения

равным динамическому сопротивлению стабилитрона.

Используя рис. 8.4, запишем уравнения для приращений, из которых определим коэффициент стабилизации. Приращение вход-