Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
Ртзх ~ VZIz (сопротивлением г снова пренебрегаем) "VZI.
Выбранный стабилитрон должен быть способен рассеивать эту "ненагру-
женную" мощность без повреждений. Обычно номинальная мощность маломощных
диодов таких серий, как BZY88 или BZX79, составляет 400 мВт, но нетрудно
найти диоды с мощностью более 10 Вт. Однако, как мы увидим позже,
стараются, по возможности, избегать применения мощных стабилитронов в
схемах стабилизаторов.
До сих пор мы пренебрегали динамическим сопротивлением^, при вычислении
тока и мощности, но это сопротивление оказывает значительное влияние на
выходное напряжение Vout (см. рис. 9.22). Хотя сопротивление rs мало,
обычно порядка 10-20 Ом для диода с напряжением стабилизации
4,7 В, небольшие изменения УоМ, обусловленные этим сопротивлением,
могут оказаться значительными, когда от выходного напряжения требуется,
чтобы оно было исключительно стабильным.
Во-первых, сопротивление ^определяет нагрузочную способность, поскольку
проявляется как конечное выходное сопротивление. Во-вторых, оно
ограничивает коэффициент стабилизации. Изменение напряжения Fjn вызы-
Стабилизаторы напряжения 221
вает соответствующее изменение тока I, а значит и тока Iz ; в результате
изменения Iz меняется падение напряжения на rs, и это приводит к
изменению напряжения Кош:
Полученные нами простые соотношения иллюстрируются на примере схемы,
изображенной на рис. 9.23, в форме вопросов, которые может задать
разработчик схемы, и ответов на них:
(а) Какова максимальная рассеиваемая мощность на стабилитроне при
напряжении Vin = 18 В ?
Максимальная мощность рассеивается диодом в отсутствие нагрузки и равна
Рис. 9.23. Схема стабилизатора, используемая в вычислениях.
(Ь) Какой максимальный ток нагрузки можно получить при Vm = 18 В ?
Согласно первому закону Кирхгофа, входной ток / = IL+IZ.
Мы установили, что при Vjn =18 В ив отсутствие нагрузки I = 13,3 мА.
Теперь, чтобы оказаться за изгибом характеристики пробоя маломощного
стабилитрона, должно выполняться неравенство Iz > 5 мА.
где
и
поэтому
Ртах = 4,7 х 13,3 мВт = 62,5 мВт.
R I к
-о
Нагрузка
К
4V7 А' О 1 1 Кн..
6>
<6
222 Источники питания и управление мощностью
Отсюда следует, что в нашем случае максимально возможный ток нагрузки
равен
IL "(13,3 - 5) мА = 8 мА.
(c) Как изменится выходное напряжение ненагруженного стабилизатора при
падении входного напряжения с 18 В до 9 В, если динамическое
сопротивление rs равно 20 Ом?
Чтобы определить влияние rs на выходное напряжение, мы должны найти
изменение тока стабилитрона Iz , вызванное уменьшением входного
напряжения.
В отсутствие нагрузки и при Vin = 18 В в (а) мы уже имели Iz = 13,3 мА.
Теперь, без нагрузки и при Vm = 9 В , получим
у. -vv 9-4 7
Iz = I = ^... 2 = --- А = 4,3 мА.
R 1000
Заметим, что на этом этапе вычислений удобно пренебречь rs (rs " R).
Поэтому, при найденном изменении тока Iz от 13,3 мА до 4,3 мА и при rs =
20 Ом падение напряжения на выходе равно
изменение Vout = 20(13,3 ~4,3) В = 0,18 В. out 1000
Этот пример наглядно иллюстрирует стабилизирующее действие стабилитрона.
Падение входного напряжения на 50% вызывает изменение напряжения на
выходе только на 0,18 В, что составляет (0,18/4,7) х 100% или
приблизительно 4 %. Коэффициент стабилизации таким образом равен 50/4 или
12,5.
(d) Как изменяется выходное напряжение при увеличении тока нагрузки на
5 мА?
Увеличение тока нагрузки на 5 мА означает уменьшение тока протекающего
через стабилитрон на 5 мА.
Таким образом, падение выходного напряжения равно
изменение К..., = -- х г. = В = 0,1 В.
0Ш 1000 1000
9.10.5 Случай больших токов нагрузки
В части (b) только что рассмотренного примера мы нашли, что максимально
допустимый ток нагрузки для стабилизатора со стабилитроном (рис. 9.23)
составляет около 8 мА, любое дальнейшее увеличение нагрузки приводит к
уменьшению тока диода настолько, что он не может поддерживать свое
номинальное напряжение стабилизации. В большинстве случаев ток нагрузки
должен быть намного больше, чем ток, который может течь через
стабилитрон. Одним из путей решения этой проблемы является простое
уменьшение сопротивления последовательного резистора R так, чтобы
увеличился ток I, протекающий через диод и нагрузку; однако при этом
необходимо обратить внимание на то, чтобы рассеиваемая диодом мощность не
превышала максимально допустимой. Этот способ может повлечь за собой
значительную потерю мощности и потре-
Стабилизаторы напряжения 223
бовать дорогих мощных стабилитронов. К счастью, имеется более элегантное
решение проблемы источников питания, дающих большой ток.
Мы уже видели, что эмиттерный повторитель может применяться для
уменьшения выходного сопротивления простого потенциометра (рис. 9.16 и
9.17). Если эмиттерный повторитель добавить к простому стабилизатору со
стабилитроном, то доступный выходной ток возрастает в число раз, равное
коэффициенту усиления тока транзистора. На рис. 9.24 показана такая
схема. Транзистор BFY50 (аналог КТ630Г - Прим. перев.) выбран потому, что
