Файл: Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства учебник.pdf

Из ф-лы (8.45) следует, что нестабильность начального тока стабилизатора определяется нестабильностью напряжения Е и из­ менением температуры. При использовании стабилизированного источника напряжения Е основную роль играет температурная со­ ставляющая нестабильности

и значениях параметров: іІШЧ= 5 мА; Е — 10 В; R = 2 кОм; hng =

оказывается весьма значительным — 6,5%.

Для снижения температурной нестабильности начального тока стабилизатора желательно выбирать транзисторы с малым влия­ нием температуры на величину / к0 и малым входным сопротивле­

Остановимся на влиянии инерционности транзистора на ра­ боту стабилизатора тока. Для этого рассмотрим схему стабилиза­ тора при наличии резистора г, шунтирующего транзистор (рис. 8.9). Будем полагать, что резистор р отсутствует (влияние инерционно­ сти транзистора не связано с величиной р), а также, что условие R ) ^ квхэ выполнено и, следовательно, ток iR практически иде­ ально стабилизирован.

Во время рабочего хода,напряжение на стабилизаторе и, сле­

ток ік возрастал бы по линейному закону со скоростью а/г,-. Однакоблагодаря инерционности транзистора переходная характеристика коллекторного тока приближенно может быть представлена экспо-

375

нентой

лучаём для изменяющейся части коллекторного тока следующее выражение (см. разд. 1.3):

Таким образом, инерционность транзистора приводит к боль­ шему изменению тока Аі стабилизатора за время рабочего хода и, следовательно, к увеличению коэффициента нелинейности у.

Физический смысл полученного результата состоит в следую­ щем. Благодаря инерционности транзистора рост тока коллектора запаздывает по отношению к росту тока эмиттера. При этом по­ является дополнительный ток базы, что при постоянном токе iIt приводит к увеличению изменения тока стабилизатора.

Используя ф-лу (8.49) и полагая Тр І5> та, получаем

Сравнение ф-лы (8.50) с (8.39) при р = оо, /?Выхб^>Р/" пока­ зывает, что заметное увеличение коэффициента нелинейности на­ блюдается при длительности рабочего хода Тр, соизмеримой с по­ стоянной времени транзистора тр.

8.3.3. ОСОБЕННОСТИ ЛАМПОВЫХ СТАБИЛИЗАТОРОВ ТОКА

Принцип работы лампового стабилизатора (рис. 8.76) отли­ чается от ранее рассмотренного принципа работы транзисторного лишь отсутствием сеточного тока, являющегося аналогом тока

С целью получения формулы для коэффициента нелинейности лампового стабилизатора воспользуемся соответствующим выра­

5 = AijAugK. Подставим величины из этих выражений в ф-лу (8.32)

-376

У читывая, что SRi = р, и обычно SR^> 1, получаем

уU„J\xE. (8.51)

Полученное выражение показывает, что для улучшения линей­ ности необходимо выбрать лампу стабилизатора с большим зна­ чением коэффициента усиления р (например, пентод) и увеличить напряжение Е. Обычно величины І1т и Е близки друг к другу и при этом у ~ 1/|х. В случае использования пентода (р — несколько тысяч) величина у лампового стабилизатора оказывается равной сотым долям процента, т. е. на два порядка ниже, чем у транзи­ сторной схемы.

Влияние шунтирующих сопротивлений г и р здесь можно учесть так же, как и в транзисторной схеме; параметры эквива­

Допустимые пределы изменения напряжения на ламповом ста­ билизаторе определяются следующими факторами: минимальное напряжение (« к о н мин) опасностью захода в область критического режима пентода или появления сеточного тока, а максимальное (« п а ч м а к с ) —электрической прочностью лампы. При этом для лам­ пового стабилизатора максимальная величина амплитуды напря­ жения на стабилизаторе составляет сотни вольт и выше.

Относительная нестабильность начального тока выражается формулой

При стабилизации питающих напряжений и выборе величины Е порядка сотен вольт (Дugl<— доли вольта) величину о без труда можно довести до долей процента.

Таким образом, ламповый стабилизатор тока по всем основ­ ным электрическим показателям значительно превосходит тран­ зисторный. В силу этого применение транзисторных генераторов пилообразного напряжения оправдано лишь в тех случаях, когда определяющими являются такие важные достоинства всех транзи­ сторных схем, как высокая надежность, малые габариты, эконо­ мичность и др. При необходимости обеспечить в первую очередь высокие электрические показатели (например, в измерительной аппаратуре) ламповые генераторы оказываются более предпочти­ тельными.

Необходимо отметить, что показатели стабилизаторов, постро­ енных на полевых транзисторах, весьма близки к показателям лам­

377

повых стабилизаторов; поэтому эти стабилизаторы находят все более широкое применение.

8.4.КЛАССИФИКАЦИЯ ГЕНЕРАТОРОВ СО СТАБИЛИЗАТОРАМИ ТОКА

Как уже указывалось выше, принцип действия подавляющего большинства схем генераторов пилообразного напряжения основам на использовании заряда или разряда конденсатора во время рабо­ чего хода через стабилизатор тока. Учитывая принципиальную общность почти всех применяемых на практике схем генераторов, целесообразно рассматривать их как варианты одной и той же схемы. При этом они отличаются друг от друга, главным образом, лишь способом создания напряжения смещения Е в цепи стабили­ затора тока. По этому классификационному признаку различают следующие типы генераторов:

1. Генераторы, в которых стабилизатор тока реализован в виде отдельного структурного элемента со специальным источником напряжения £; примеры таких генераторов рассматриваются в разд. 8.5 и 8.6;

2. Генераторы, в которых источник напряжения Е стабилиза­ тора тока реализован в виде заряженного конденсатора СЕ. Подоб­ ный генератор рассматривается в разд. 8.7. Необходимо отметить, что этот генератор по другому классификационному признаку часто относят к группе компенсационных схем [7]. Идея построения таких схем основана на том, что стабилизация зарядного (пли разряд­ ного) тока конденсатора С может быть достигнута, если последо­ вательно с ним включить источник напряжения, величина которого изменяется по тому же закону, что и на конденсаторе С, но имеет обратную полярность. Роль такого источника напряжения выпол­ няет усилитель. В зависимости от способа включения усилителя различают схемы с положительной и отрицательной обратной связью.

На рис. 8.9а показан вариант функциональной схемы, компенса­ ционного генератора с положительной обратной связью: если ко­ эффициент усиления усилителя /Со = + 1, то повышение потенци­ ала в точке а\ при заряде конденсатора С компенсируется точно таким же повышением потенциала в точке ач и зарядный ток і

Рис. 8.9

378

останется неизменным. Конечно, в практических схемах вследствие того, что коэффициент усиления Ко не остается в процессе работы постоянным и точно равным + 1, а также в результате нестабиль­ ности других параметров схем, наблюдается определенное непо­ стоянство тока і II большее или меньшее значение коэффициента нелинейности напряжения на конденсаторе и выходного напряже- ПНЯ І/цыХ" Генератор, описанный в разд. 8.7, реализует функциональ­ ную схему рис. 8.9а, и поэтому его называют компенсационным генератором с ПОС (положительной обратной связью).

3. Генераторы, в которых роль источника напряжения Е стаби­ лизатора тока выполняет источник питания схемы. Подобный гене­ ратор рассматривается в разд. 8.8. Этот генератор по другому классификационному признаку относится к компенсационным гене­ раторам с ООС (отрицательной обратной связью); функциональ­ ная схема такого генератора показана на рис. 8.96.

Если в этой схеме коэффициент усиления имеет бесконечно

зарядного тока і по мере заряда конденсатора С мало и коэффи­ циент нелинейности также мал. Заметим, что в соответствии с функциональной схемой рис. 8.96 строятся интегрирующие опера­ ционные усилители, предназначенные для реализации математиче­ ской операции интегрирования. Действительно, при достаточно

следовательно, иаых(і) «= -щт J uax(t)dt.

8.5.ГЕНЕРАТОРЫ ЛИНЕЙНО РАСТУЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ

Внастоящем разделе рассматриваются два варианта схем (рис. 8.10а и 8.106) генератора линейно растущего напряжения;

они состоят из описанных в предыдущих разделах элементов — стабилизатора тока с отрицательной обратной связью на транзи­ сторе Т2 и управляемого ключа (транзистор Д ); элементы СРК& составляют входную разделительную цепь. Варианты схем отли­ чаются использованием различных типов транзистора Т2.

В стабилизаторе тока (рис. 8.10а) применен транзистор Т2 типа п-р-п. При этом оказывается возможным применять источник на­ пряжения Е, оба полюса которого находятся под постоянным по­ тенциалом относительно заземленной точки. Это условие, как изве­ стно, по возможности должно быть выполнено при построении любой схемы. При использовании в качестве Т2 транзистора типа р-п-р (рис. 8.106) потенциалы обоих полюсов источника Е относи­ тельно заземленной точки изменяются во время работы схемы. Это

379