Файл: Венгеровский, Л. В. Прецизионные полупроводниковые стабилизаторы.pdf

переходе в режим пробоя. Величина стабилизируемого напряжения зависит от характера полупроводникового материала и технологии его обработки.

К числу основных параметров стабилитронов обычно относят следующие:

1.Напряжение стабилизации Uc — падение напря­ жения на стабилитроне в области пробоя при заданном номинальном значении тока и определенной окружаю­ щей температуре.

2.Рабочий ток стабилитрона / с равен току через

стабилитрон в режиме пробоя / cmin< ^ c<:^cmax-

Рис. 6. Вольт-амперная характеристика диода— стабилизатора тока

3. Динамическое сопротивление стабилитрона г„ —

ление стабилитрона переменному току и определяется крутизной вольт-амперной характеристики при неиз­ менной температуре.

4. Температурный коэффициент напряжения стаби­ лизации у определяет относительное изменение напря­

Параметрическим стабилизаторам, как и кремние­ вым стабилитронам, посвящено большое количество работ как в отечественной, так и зарубежной литературе

17 -

[10, 11, 15, 26]. Некоторые авторы наряду с перечис­ ленными выше основными параметрами дают ряд допол­ нительных параметров, требуемых для расчета парамет­ рических стабилизаторов. По имеющимся материалам можно грамотно рассчитать и спроектировать ИЭС для стабилизатора средней точности [10, 14, 15].

В настоящее время за рубежом для проектирования ИЭС часто стали использовать кремниевые диоды-ста­ билизаторы тока [23].

Диоды-стабилизаторы тока имеют участок вольтамперной характеристики (рис. 6), на котором при боль­

ток, протекающий через диод, остается почти постоян­ ным. Если такой диод включить последовательно с ре­ зистором, то на резисторе можно получить стабильное напряжение, мало зависящее от приложенного входного напряжения. К сожалению, такие диоды пока еще не обладают достаточно высокой температурной стабиль­ ностью, что не позволяет применять их для создания ИЭС в ПСН.

Преобразующее устройство эталонного сигнала ПУЭС (рис. 4) служит для количественного или качест­ венного. преобразования эталонного сигнала с целью получения сигнала, удобного для сравнения с сигналом, полученным от ИПУ, и подачи их разности на вход ре­ гулятора. По существу ПУЭС выполняет те же функции, что и ИПУ, но по отношению к ИЭС, поэтому к ПУЭС предъявляются точно такие же требования, как и к ИПУ, а в качестве ПУЭС используются такие же схемы, как и для ИПУ.

Сравнивающее устройство

Назначение СУ состоит в том, чтобы сравнивать сиг­ нал от ИПУ с сигналом от ИЭС и получающееся рас­ согласование подавать на вход УПУ. В практике проек­ тирования стабилизаторов известно довольно большое количество СУ, отличающихся схемными решениями, которые подробно рассмотрены в [12, 14]. Все СУ по­ строены на принципах сравнения напряжений или срав­ нения токов.

1.Схема сравнения напряжений (рис. 7). На схем

принято, что рассогласование АЕ — Еэт— Днст > 0.

18

Величина тока в контуре определится как

Лх + Я. + Л* Здесь ДЕ/Е — относительное значение напряжения рас­

согласования. Мощность источника эталонного сигнала

Рис. 7. Схема сравнения напряжений

УПТ — усилитель постоянного тока

Требуемая регулятором входная мощность

Если принять R x = R 2 = R, то получим выражения:

2Р + Ри

ДЕ/Е

Р ВХ ---- £ э т Я н :

2Р + Ри

19

Полагая, что отношение — = а, имеем:

2.Схема сравнения токов (рис. 8). В схеме принят

что А£ = £ пст— £ Эт > 0 . В соответствии с законами Кирхгофа можно написать:

■^1 + Ai =

I i R i — / н£ н—£эт — 0;

I 1R1 + I2Rz—Е эт—£ нст= 0.

"S — ---------- Э -

L

Рис. 8. Схема сравнения токов

го

П р и R / R H= a

2 + а N2

Рак Рвх Д£/£зТ

Из равенств (8) и (10) следует, что при R — R„ на­ пряжение на входе регулятора составляет V3 от разно­ сти напряжений ДЕ. Если же входное сопротивление регулятора R m = R u велико по сравнению с сопротив­ лениями R, то напряжение на входе регулятора стре­ мится к АЕ — для схемы сравнения напряжений и к ве-

Рис. 9. Схемы сравнения: а — токов; б — напряжений

личине Д£/2 — для схемы сравнения токов, т. е. в этом случае схема сравнения напряжений в два раза чувст­ вительней схемы сравнения токов.

Что касается отношения мощности эталонного источ­ ника Рэт к мощности Рвх регулятора, то из равенств

(9) и (11) следует, что при прочих равных условиях это отношение получается значительно большим в схеме сравнения токов. Несмотря на эти недостатки, схема сравнения токов имеет одно решающее преимущество. В ней £ эт, £ ист и Uвхупт имеют общую точку, что об­ легчает устранение помех.

Сравнение сигналов можно производить как во внеш­ них цепях регулятора, например на специальных ре­ зисторах, включенных на входе регулятора, так и не­ посредственно в самих усилительных каскадах регуля­ тора, например при подаче сравниваемого напряжения на дифференциальный входной каскад регулятора.

21

Оба способа имеют свои преимущества и недостатки. Первый способ удобен тем, что обеспечивает хорошую взаимозаменяемость и универсальность последующих каскадов регулятора. Второй способ, хотя и сужает за­ дачи регулятора в целом, но позволяет сократить число каскадов схемы, увеличивая надежность устройства и одновременно уменьшая его размеры. Именно это-преи­ мущество второго способа привело к тому, что в простей­ ших схемах стабилизаторов напряжения не применяется практически сравнение во внешних цепях регулятора. Для ПСН, однако, сравнение во внешних цепях оправ­ дано необходимостью получения высоких точностей вы­ ходных напряжений и требуемой высокой серийноспособностью стабилизаторов.

В качестве примера на рис. 9 приведены две схемы сравнения ПСН, в которых в качестве усилителя по­ стоянного тока {УПТ) применен операционный усили­ тель, а в качестве ИЭС — параметрический стабилиза­ тор на кремниевом стабилитроне.

Усилительно-преобразовательное устройство

УПУ служит для усиления сигнала рассогласования, а иногда и его преобразования, необходимого для уп­ равления регулирующим элементом ПСН. УПУ, их проектированию и расчету посвящено много работ [21, 24].

Остановимся более подробно на УПУ, построенных с применением линейных интегральных микросхем типа 1УТ 401 и 1УТ 402, которые наиболее целесообразно использовать при проектировании ПСН. Принципиаль­ ная схема ИС типа 1УТ 401 приведена на рис. 10. Уси­ литель выполнен в одном кристалле кремния методом планарно-эпитаксиальной технологии и представляет собой трехкаскадный УПТ с дифференциальным входом. Микросхема состоит из 9 транзисторов. Транзисторы Т1 и Т2 образуют дифференциальный входной каскад, в эмиттерной цепи которого включен генератор тока, выполненный в виде стабилизатора тока на транзисторе ТЗ. Для компенсации влияния температуры на величину коллекторного тока транзистора ТЗ вследствие измене­ ния напряжения база — эмиттер используется транзи­ стор Т4 в диодном включении.

22