Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Электротехнические устройства радиосистем

..pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
20.11.2023
Размер:
14.55 Mб
Скачать

цией напряжения, т. е. динамическое сопротивление гд не равно статическому гст. К таким нелинейным сопро­ тивлениям относятся газовые и кремниевые стабилитро­ ны, баретторы и др.

Газовые

 

стабилитроны

имеют

вольт-амперную

характеристику, представленную на рис. 8-1.

Газо'вый

 

стабилитрон

 

 

 

представляет

собой

сте­

 

 

 

клянный

баллон,

запол­

 

 

 

ненный

инертным

газом

 

 

 

под

небольшим

давлени­

 

 

 

ем.

Внутри

 

баллона

два

 

 

 

электрода: анод

и холод­

 

 

 

ный

катод.

 

Напряжение

 

 

 

стабилизации

1/ст

газо­

 

 

 

вых стабилитронов

от де­

 

 

 

сятков

вольт

до

несколь­

 

 

 

ких

киловольт,

токи — от

 

 

 

долей

миллиампера

до

Рис. 8-1. Вольт-амперная характе­

нескольких

десятков мил­

ристика

и

условное обозначение

лиампер.

 

Динамическое

газового

стабилитрона.

сопротивление гд их неве­

 

 

 

лико и составляет от не­

 

 

 

скольких

десятков

до

со­

 

 

 

тен ом для различных ти­

 

 

 

пов

стабилитронов.

 

 

 

 

 

Газовые

стабилитроны

 

 

 

характеризуются следую­

 

 

 

щими

параметрами:

на­

 

 

 

пряжением

 

зажигания

 

 

 

(точка

а),

 

напряжением

 

 

 

стабилизации t)0T,

мини­

 

 

 

мальным

и

максималь­

Рис. 8-2. Вольт-амперная характе­

ным

токами

стабилитро­

на,

динамическим

сопро­

ристика

и

условное обозначение

тивлением

в

рабочей

об­

кремниевого

стабилитрона.

ласти.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кремниевый

стабилитрон — это

 

плоскостный диод,

изготовленный

по

особой

технологии и включаемый

в обратном

(непроводящем)

направлении. Вольт-ампер-

ная характеристика кремниевого стабилитрона изобра­ жена на рис. 8-2. Диапазон напряжений кремниевых стабилитронов лежит в пределах от единиц до сотен вольт при токах от нескольких миллиампер до несколь-

ких ампер. У кремниевых стабилитронов нет так назьн ваемого потенциала зажигания, как у газовых стабили­ тронов.

Динамическое сопротивление кремниевых стабили­ тронов составляет от единиц до нескольких десятков ом.

Стабилизирующее

свойство стабилитронов как газовых,

 

 

 

так и полупроводниковых основа­

 

 

 

но на том, что падение напря­

 

 

 

жения

на

газовом

 

промежутке

 

 

 

(для газовых) и на р-п переходе

 

 

 

(для кремниевых)

мало

зависит

 

 

 

от тока в них на рабочем участке

 

 

 

вольт-амперных характеристик.

 

 

 

Схемы

-включения

газовых и

 

 

 

кремниевых

стабилитронов

при­

 

 

 

ведены на рис. 8-3

Резистор

Rr

 

 

 

(балластный),

включенный

по­

 

 

 

следовательно

с

цепью

источ­

 

 

 

ника

постоянного

напряжения,

 

 

 

ограничивает

ток

стабилитрона.

 

 

 

Точность

поддержания

напря­

Рис. 8-3. Схемы парамет­

жения

на

 

выходе

стабилиза­

рических стабилизаторов

торов

тем

выше,

чем

меньше

постоянных напряжении.

изменение

 

тока через

стабили­

и —с

газовым стабилитро­

трон.

 

 

 

 

 

 

 

 

ном; б — с кремниевым

ста­

 

 

 

 

 

 

 

 

билитроном.

 

В

некоторых

случаях

для

 

 

 

 

 

 

увеличения

стабильности приме­

няют

каскадное

включение

стабилитронов

(рис.

8-4).

Для

получения

более высокого

 

выходного

напря­

жения стабилитроны соединяют последовательно. Па­ раллельное включение стабилитронов недопустимо, так как их напряжение стабилизации не может быть строго одинаковым.

Расчет параметрических 'стабилизаторов напряжения сво­ дится к определению номинального значения входного на­ пряжения ипХ и балластного сопротивления RT, при которых

обеспечивается требуемая стабильность.

Как газовый, так и кремниевый стабилитроны могут быть использованы для стабилизации переменных на­ пряжений (рис. 8-5). В этом случае необходимо вклю­ чение двух стабилитронов так, что при полуволне вход­ ного переменного напряжения одной полярности стабилизирующее действие обеспечивалось бы одним стабилитроном, а при полуволне другой полярности—

252

другим. Такой стабилизатор сильно искажает форму кривой переменного напряжения (рис. 8-6), и кривая вы­ ходного напряжения близка к прямоугольной.

В качестве параметрического стабилизатора тока небольшой силы (до 1—2а) используются бареттеры, об­ ладающие большим дина­

мическим

сопротивлением

°гг

Rr

(несколько

килоом).

Ба­

 

 

реттер

состоит из запол­

 

 

ненного

 

водородом

стек­

 

 

лянного

 

баллона,

в

кото­

 

 

ром помещается

нить из

 

 

стали

или

вольфрама.

 

 

При температуре

красно­

 

 

го каления

сталь И

воль-

Рис. 8-4. Схема каскадного вклю-

фрам

обладают

 

очень

чення

стабилитронов,

большим

температурным

 

 

коэффициентом сопротивления. Поэтому незначитель­ ное изменение тока бареттера вызывает большое изме­ нение как его сопротивления, так и напряжения на нем. Рабочий участок вольт-амперной характеристики барет-

Рис. 8-5. Схемы параметрического стабилизатора переменных напря­ жений.

а — с газовыми стабилитронами; б — q кремниевыми стабилитронами.

Put. 8-6. Кривая напряжения на входе и выходе параметрического стабилизатора переменного напряжения с газовыми (а) и кремние­ выми (б) стабилитронами.

Рис. 8-7. Вольт-амперная рактеристика бареттера.

тера аб (рис. 8-7) называется областью бареттироваиия. Бареттер обеспечивает стабилизацию как постоянного, так и переменного токов и включается последовательно с нагрузкой.

При неизменном сопротивлении нагрузки напряжение

на ней

будет

неизменным,

так

как ток 'через бареттер

почти

не изменяется.

Таким образом,

бареттер

может

Л1

 

 

 

быть использован в качестве

Uбмин

ибмакс.

 

стабилизатора

напряжения

 

на

нагрузке,

что

широко

/

I

 

 

применяется в цепях питания

 

 

накала электронных ламп.

/

I

 

 

 

Если ток нагрузки боль­

 

I

 

U6

 

____L

б

ше тока одного бареттера, то

 

 

 

несколько

бареттеров с оди­

наковыми границами бареттирования включаются па­ раллельно. Последователь­

ное соединение бареттеров не имеет смысла, так как об­ ласти их бареттироваиия не могут соответствовать одно­ му определенному значению тока.

Схемы стабилизации тока бареттерами очень просты, однако обладают рядом недостатков, как-то сравнительно низкая точность стабилизации тока (примерно ±3% ), ограниченные значения мощности, невозможность регу­ лировки тока, инерционность вследствие тепловой инер­ ции нити накала. Эти недостатки ограничивают область применения бареттеров.

8-3. ЭЛЕКТРОННЫЕ (ЛАМПОВЫЕ) СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Электронные стабилизаторы, в которых в ка­ честве регулирующего элемента используется электрон­ ная лампа, являются стабилизаторами компенсационного типа. Эти стабилизаторы с замкнутой цепью воздействий (с отрицательной обратной связью) обеспечивают по­ стоянство выходного напряжения с высокой степенью точности при изменении напряжения сети и тока нагруз­ ки, а также и при иных возмущениях извне (изменения частоты тока питающей сети, характера нагрузки, со­ стояния внешней среды — температуры, влажности и т. д ) .

Электронные стабилизаторы могут быть выполнены как с последовательным, так и с параллельным включе­ нием регулирующей лампы относительно нагрузки. Блок-схемы таких стабилизаторов показаны на рис. 8-8. На этих схемах введены следующие обозначения: 1— выпрямитель, преобразующий переменное напряжение питающей сети £7С в постоянное; 2 — регулирующий элемент (электронная лампа), который автома­ тически изменяет свои па­ раметры, обеспечивая по­ стоянство выходного на­

пряжения Uhhlx\ 3 — уп­ равляющий элемент, ко­ торый измеряет отклоне­ ние выходного напряже­ ния от заданной величи-

нение

и

передает его

на

 

 

регулирующий

элемент;

 

 

4 — нагрузка;

5 — балла­

 

 

стное

или

гасящее сопро­

 

 

тивление;

 

6 — источник

 

 

опорного

 

(эталонного)

 

 

напряжения,

 

с которым

 

 

сравнивается

выходное.

Рис. 8-8. Блок-схема электронных

В

схеме

с

последова­

тельным

включением

ре­

стабилизаторов напряжения.

а — последовательная;

б параллель

гулирующего

 

элемента

паи.

 

компенсация

осуществля­

 

 

ется за счет

изменения падения напряжения

на самом

регулирующем элементе. В схеме с параллельным вклю­ чением регулирующего элемента поддержание уровня выходного напряжения осуществляется за счет изме­ нения тока в регулирующем элементе, в результате чего изменяется падение напряжения на балластном сопротивлении 5, включенном последовательно с на­ грузкой.

Схема с параллельным включением регулирующей лампы находит ограниченное применение и используется преимущественно для стабилизации высоких напряжений (несколько киловольт) при очень малых токах (не более нескольких миллиампер). Стабилизаторы с последова­ тельным включением регулирующей лампы имеют более

высокий к. и. д., чем схемы параллельные, и находят широкое применение.

Электронные стабилизаторы обеспечивают высокую точность стабилизации выходного напряжения, при этом они одинаково хорошо ослабляют как медленные так п быстрые (пульсации) из­ менения входного напря­ жения. Кроме того, элек­ тронные стабилизаторы обладают очень малыми статическим и динамиче­ ским внутренними сопро­ тивлениями. Указанные преимущества определя­ ют их широкое примене­

ние.

 

 

 

 

 

 

 

Недостатком электрон­

 

 

 

 

 

 

 

ных стабилизаторов явля­

 

 

 

 

 

 

 

ется

сравнительно

низкий

 

 

 

 

 

 

 

к. л. д. (0,5—0,6), обу­

 

 

 

 

 

 

 

словленный потерей энер­

 

 

 

 

 

 

 

гии

 

на

 

регулирующих

 

 

 

 

 

 

 

лампах;

электронные ста­

 

 

 

 

 

 

 

билизаторы

 

обычно

изго­

 

 

 

 

 

 

 

товляют

на

малые

токи

 

 

 

 

 

 

 

(до 1 а). С увеличением

 

 

 

 

 

 

 

тока

 

нагрузки возрастает

 

 

 

 

 

 

 

число

 

регулирующих

 

 

 

 

 

 

 

ламп

и, следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

понижается

 

эксплуатаци­

 

 

 

 

 

 

 

онная надежность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Несмотря

на

указан­

 

 

 

 

 

 

 

ные

 

недостатки,

до

на­

Рис. 8-9. Схемы электронных ста­

стоящего 'времени для пи­

билизаторов

напряжения

с после­

тания

 

радиоаппаратуры

довательным

включением

регули­

стабильным

 

выпрямлен­

рующей лампы.

управляющего

эле­

ным

 

напряжением широ­

а — с

включением

ко

применяются

выпря­

мента

на выходе;

б — с

включением

управляющего

элемента на

входе.

 

мители

с

электронными

 

 

 

 

 

 

 

стабилизаторами.

 

 

Схемы

электронных

стабилизаторов

 

напряжения

с последовательным включением регулирующей лампы (рис. 8-9) отличаются способом включения анодной на­ грузки Rз управляющей лампы Л у. В одной схеме рези-

256

стор /?з включен на выход стабилизатора, в другой схе­ м е— на его вход.

Регулирующим элементом здесь служит электронная лампа Лр. Резисторы R\ и iR2 образуют выходной сравнивающий делитель. Полное внутреннее сопротивле­ ние источника питания электронного стабилизатора обо­ значено па схеме через RBl Uom— эталонное напряжение (в большинстве схем создается газовым стабилитроном).

Параметры (Ri — внутреннее сопротивление, S — кру­

тизна

характеристики,

р, — статический коэффициент

усиления) регулирующей

и

управляющей

ламп будем

в дальнейшем

обозначать

соответственно

индексами

«р» и «у».

 

 

 

 

Составим уравнения, связывающие конечные прира­

щения

входных

и выходных

величин для схемы рис.

8-9,а при изменении тока нагрузки на Д/ц. Приращение

напряжения на

резисторе R\ сравнивающего делителя

 

 

AUm = aAUВ Ы Х ;

( 8 - 1 )

где « = ■р- х

в

называется коэффициентом передачи срав-

т

''г

 

 

 

нивающего делителя.

 

 

Приращение напряжения на анодной нагрузке управ­

ляющей лампы

AUR3=KyAURi,

 

(8-2)

 

 

 

где Ку — коэффициент усиления управляющей

лампы.

Приращение тока регулирующей лампы

 

 

 

р.рД(7кз +

Д(У,.Р

(8-3)

 

 

Д /р = Д /н =

*

 

 

RTt

 

где А'^а.р — изменение анодного напряжения регулиру­ ющей лампы.

Из выражений (8-1) — (8-3) получаем связь между изменениями тока нагрузки и выходного напряжения в замкнутой системе регулирования напряжения

Д /р = Д /в =

AU вых*

(8-4)

Rip + Rt

Внутреннее сопротивление источника стабильного на­ пряжения или, иначе, стабильность по нагрузке

____А1^»ЫХ __ Rip +

(8-5)

Статическая ошибка регулирования по нагрузке

^ __ А^ВЫХ __

AAl

у у Rj)i Н~

(8-6)

иш

ил

-х- РрКу

-При определении стабильности по нагрузке мы по­ лагали, что характеристика регулирующей лампы во всем диапазоне изменения тока нагрузки линейна и из­ менение выходного стабильного напряжения очень мало, так что его непосредственным влиянием на анодное на­ пряжение регулирующей лампы можно пренебречь.

Произведя аналогичные вычисления для схемы на рис. 8-9,6, получим следующие выражения для внут­ реннего сопротивления и ошибки регулирования по на­ грузке:

Гi__ Rip + ^вU + НтЮ.

 

р^Суа

8i = АЛ,

(8-7)

ги

где

Rty

р =

Riy 4“ /?з

Таким образом, стабильность напряжения по нагруз­ ке тем выше, чем меньше Ripy RB и чем больше /Су>

и а. Если внутреннее сопротивление выпрямителя RB очень мало, так что для схемы на рис. 8-9,а выполняется

условие RiV^>RUl а для схемы

на рис. 8-9,6

> ^ „ (1 +

+ ц„Р), то

 

 

__

1

 

Н SpKfx '

 

При включении анодной нагрузки управляющей лам­ пы на входе стабильность по нагрузке получается более высокая, чем при включении ее на выходе, так как в этом случае коэффициент усиления будет больше.

Уравнения, связывающие входные и выходные вели­ чины при изменении напряжения сети, те же, что и при изменении тока нагрузки, т. е. AUap=AUnx и

Д/Р

Я<Р

(8-8)

 

 

Стабильность выходного напряжения при изменении напряжения сети для схемы на рис. 8-9,а

Т

= М/2Н2_=

_ 1 _

(8-9)

Д^ИХ

НфК»*

 

 

Статическая ошибка регулирования по сети

S__А^»ых __у

=~ ит - и шх '■=•

Здесь, как и в предыдущем случае, мы пренебрегаем изменением анодного напряжения регулирующей лампы, вызванным изменением выходного стабильного напря­ жения.

Аналогичные выражения для стабильности и ошибки регулирования по сети для схемы на рис. 8-9,6 будут иметь вид:

1

Н-рКуа

и

ип

(8- 10)

т== 1+ * £

и

 

 

Эти формулы справедливы при постоянстве напряже­

ния накала управляющей лампы.

 

 

Стабильность

по сети

в схеме

на

рис. 8-9,а может

быть более высокой, чем в схеме на рис. 8-9,6, только при больших значениях ру или рр.

В большинстве практических случаев стабилизировать напряжение накала не удается, вследствие чего ста­ бильность выходного напряжения по сети получается хуже, чем рассчитанная по приведенным формулам.

В качестве управляющих ламп обычно используются лампы с оксидным катодом, работающие при очень малых токах анода по сравнению с токами эмиссии ка­ тода. В этом случае изменение температуры катода лам­ пы обусловливает изменение средней начальной скорости электронов и, следовательно, изменение на электродах напряжений необходимых для получения данного элект­ ронного потока. Их обычно выражают с помощью вели­ чины, на которую необходимо изменить напряжение на катоде по отношению к напряжениям на других электро­ дах для того, чтобы при изменении температуры катода

17*

259

поддерживать ток постоянным. Для эквипотенциальных оксидных катодов эта величина равна примерно 0,2 в для 20%-ного изменения напряжения накала от нор­ мальной величины, независимо от типа лампы (триод или многосеточная лампа).

С учетом изменения напряжения накала стабильность выходного напряжения по сети для схемы на рис. 8-9

будет равна:

 

 

 

Т=

=

_ 1 _______L

(8- 11)

Ш„

ЦрЯу* оип

и для схемы на рис. 8-9,6

 

 

т _ 1+ Яч»Р____!__

(8- 12)

 

1

 

 

Изменение выходного

напряжения,

определяемое

вторым слагаемым,

в этих

формулах противоположно

по знаку изменению напряжения сети.

 

Выше было отмечено, что электронный стабилизатор напряжения уменьшает как переменную составляющую выпрямленного напряжения (пульсацию), так и конечные изменения входного напряжения. Однако в общем случае стабильность по сети для конечного изменения входного напряжения у= и Для пульсации у~ не оди­ наковы.

Следует иметь в виду, что емкость Ct на выходе электронного стабилизатора практически не оказывает никакого влияния на ослабление пульсации, поэтому при расчете учитывать ее мы не будем. Это упрощение становится очевидным, если учесть, что внутреннее со­ противление схемы выпрямителя с электронным стаби­ лизатором составляет единицы ома. Например, для соз­ дания с помощью емкости, блокирующей выход выпря­ мителя, сопротивления в 10 ом при частоте пульсации 100 гц потребуется 160 мкф.

На ослабление пульсации существенное влияние ока­ зывает сравнивающий делитель, верхнее плечо которого (резистор R2) заблокировано конденсатором С2.

Если на входе стабилизатора действует переменная составляющая напряжения с амплитудой ивх и частотой со, то на выходе стабилизатора мы получим напряжение той же частоты, но с амплитудой н~„ых- Коэффициент передачи сравнивающего делителя можно записать

260