Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
Заметим, что входное напряжение стабилизатора должно быть по крайней мере
на два или три вольта выше, чем требуемое выходное напряжение, чтобы
задать соответствующий ток через стабилитрон, при котором обеспечивается
его работа в режиме пробоя.
9.10.3 Коэффициент стабилизации
Степень стабилизации, которую обеспечивает данная схема, можно
охарактеризовать коэффициентом стабилизации, равным отношению изменения
218 Источники питания и управление мощностью
входного напряжения в процентах к вызываемому им изменению выходного
напряжения в процентах. Значит,
, . , % изменения входного напряжения
коэффициент стабилизации =--------------------------------------.
% изменения выходного напряжения
Простейший стабилизатор со стабилитроном, подобный изображенному на рис.
9.20, обычно дает коэффициент стабилизации между 5 и 20, в то время как
некоторые более сложные интегральные регуляторы дают коэффициент
стабилизации больше 1000. Другим параметром, который определяет степень
стабилизации, является сквозная стабилизация или коэффициент
нестабильности по отношению к входному напряжению. Сквозную стабилизацию
можно определять по-разному, но чаше всего используют следующее
отношение:
коэффициент нестабильности =
изменение выходного напряжения
=---------------------------------х100 %.
изменение входного напряжения
В отличие от коэффициента стабилизации этот параметр не учитывает, что
сами входное и выходное напряжения, возможно, различаются; например,
входное напряжение 25 В может давать на выходе 15 В. Однако это
существенное различие никак не отражается на результате. Поэтому подобное
сравнение изменения низковольтного выходного напряжения с изменением
напряжения в сети вводит в заблуждение: так можно ошибочно заключить, что
понижающий трансформатор сам по себе оказывает значительное
стабилизирующее действие! Типичная величина коэффициента нестабильности
для хорошо стабилизированных источников составляет 0,01%. Согласно
другому определению коэффициента нестабильности оно равно отношению
изменения выходного напряжения в процентах к заданному в процентах
изменению входного напряжения. Если это определение применяется в случае,
когда изменение входного напряжения составляет 10%, как это часто бывает,
то коэффициент нестабильности можно следующим образом выразить через
коэффициент стабилизации (КС):
коэффициент нестабильности =
КС
Сравнивая достоинства тех или иных источников питания, важно обратить
внимание на способ, примененный для выражения стабилизирующей
способности, поскольку различные производители используют разные методы,
так что результаты, строго говоря, нельзя сравнивать.
9.10.4 Недостатки простой схемы со стабилитроном
Конечно, стабилитрон не является безупречным стабилизатором. Если мы
внимательно рассмотрим характеристику пробоя, то увидим, что она имеет
конечный наклон, как это показано на рис. 9.21. Другими словами, разность
Стабилизаторы напряжения 219
потенциалов несколько растет с увеличением тока, протекающего через диод.
Этот эффект очень заме-тен при малых токах, и для большинства маломощных
стабилитронов необходимо, чтобы, протекающий через них ток, был по
крайней мере равен 5 мА, а предпочтительнее 20 мА, только в этом случае
получается наилучшая стабилизация. Чтобы выразить зависимость напряжения
на стабилитроне от тока, используется представление о динамическом
сопротивлении стабилитрона. Согласно рис. 9.21,
AV
динамическое сопротивление rs =-------.
Д/
Стабилитрон можно рассматривать как батарею, имеющую э.д.с. холостого
хода V, и внутреннее сопротивление rs. Конечно, это весьма необычная
батарея: в нее всегда должен втекать ток, чтобы поддерживалась ее э.д.с.
Эта идея использована в эквивалентной схеме, показанной на рис. 9.22,
которая является другим способом представления простейшего стабилизатора,
изображенного на рис. 9.20.
Рис. 9.21. Вид типичной характеристики стабилитрона с учетом ее наклона в
режиме пробоя.
Видно, что полный ток /, текущий от источника на входе, разветвляется по
двум направлениям: на ток lz , текущий через стабилитрон, и на ток IL ,
текущий в нагрузку.
Ток / определяется по закону Ома:
V -V
J _ r in out
R
и, поскольку Fout ~ Vz (rs мало по сравнению с R),
220 Источники питания и управление мощностью
Рис. 9.22. Эквивалентная схема стабилизатора со стабилитроном,
изображенного на рис. 9.20.
Итак, для заданного напряжения Vm ток / фактически постоянен. Теперь, в
соответствии с первым законом Кирхгофа,
^ •
Таким образом, в данной схеме стабилизатора с увеличением тока нагрузки
IL ток через стабилитрон lz падает. При расчете необходимо позаботиться о
том, чтобы даже при наибольшем токе нагрузки ток через стабилитрон был бы
все еше достаточным. Этот ток должен поддерживать стабилитрон за изгибом
характеристики, где начинается пробой. С другой стороны,. если нагрузка
отключена, то весь ток течет через стабилитрон, так что lz = I. В этом
случае на диоде рассеивается большая мощность, равная
