Температурная стабильность полупроводниковых регуляторов напряжения.

Во­прос о температурной стабильности полупроводниковых регуля­торов напряжения является очень важным. Покажем принци­пиальные возможности решения этого вопроса. Рассмотрим регу­ляторы напряжения с простейшими измерительными устрой­ствами (рис. 105).

Рис. 105. Принципиальные схемы простейших измерительных уст­ройств бесконтактных регуляторов напряжения:

а — без стабилитрона; б — со стабилитроном; в — со стабилитроном и сопротивлением

Для измерительной цепочки, изображенной на рис. 105, а, уравнения, определяющие напряжение срабатывания реле, при­нимают вид

Решая эту систему уравнений, находим

Продифференцировав уравнение, определяющее напряжение срабатывания в зависимости от температуры, находим, что

Следовательно, при такой измерительной цепочке добиться полной температурной компенсации невозможно. В рассматривае­мом случае с повышением температуры напряжение срабатывания реле уменьшается. Для измерительной цепочки, изображена-на рис. 105, б, напряжение срабатывания определяется урав­нениями

Решая эту систему уравнений, находим

Продифференцировав это уравнение по температуре, находим, что

так как

При такой измерительной цепочке с повышением температуры напряжение срабатывания U_ср увеличивается. Для измерительной цепочки (рис. 105, в) напряжение срабатывания определяется уравнениями

При такой измерительной цепочке напряжение срабатывания равно

продифференцировав это уравнение по температуре, находим, что

Очевидно, что при соответствующем соотношении сопротивле­ний R₁ и R₂ можно осуществить полную температурную компенсацию, т. е. с изменением температуры окружающей среды напряжение срабатывания не изменяется.

Итак, в полупроводниковых регуляторах напряжения путем подбора параметров измерительной цепочки можно обеспечить не только температурную стабильность регулируемого напряжения, но и создать регуляторы с направленным регулированием напряжения по температуре. Для расчета температурной стабильности или направленности регулирования напряжения необходимо в уравнениях, определя­ющих напряжение срабатывания U_ср и напряжение возврата U_в выразить параметры полупроводниковых приборов с учетом температуры. Затем выражение, определяющее среднее значение напряжения, необходимо продифференцировать по температуре и произвести анализ производной.

Если dU_ср/dt < 0 регулируемое напряжение уменьшается c повышением температуры.

При dU_ср/dt = 0 регулируемое напряжение остается неизменным при изменении температуры окружающей среды.

Если dU_ср/dt > 0, регулируемое напряже­ние возрастает с повышением температуры.

Для систем электропитания автомобилей и тракторов с целью повышения срока службы аккумуляторных батарей

dU_ср/dt = - (0,006 – 0,012) В/°С,

т. е. с увеличением температуры уровень регулируемого напряжения должен падать.

Для получения направленного регулирования в измеритель­ное устройство включают терморезистор, сопротивление которого зависит от температуры

где А — постоянная, зависящая от размеров и формы термо­сопротивления;

В — постоянная, зависящая от физических свойств полу­проводника;

Т — температура, °К.

Температурный коэффициент такого терморезистора отрица­тельный и в несколько раз больше температурного коэффициента металлов. Если вместо одного из сопротивлений делителя в изме­рительную цепочку включить компенсатор, состоящий из парал­лельно соединенных термосопротивлений и сопротивления с очень малым температурным коэффициентом (манганин, константан) то можно осуществить направленное регулирование напряженя генератора с необходимыми количественными изменениями. Величина сопротивления компенсатора

Путем подбора параметров компенсатора (А, В, R₁) можно получить необходимые количественные изменения регулируемого напряжения в зависимости от изменения температуры окружа­ющей среды.