Графоаналитический метод расчета параметрического стабилизатора.

Метод основан на теореме об активном двухполюснике и иллюстрируется рис.2.

Рис. 2 Внешняя цепь как эквивалентный генератор для стабилитрона.

Как видно из рис.2 всю схему по отношению к стабилитрону UD можно рассматривать как активный двухполюсник с параметрами Uхх и Rвх.

Причем,

1

2

3

Параметры схемы выбираются таким образом, чтобы при всех колебаниях возмущающих факторов рабочая точка P стабилизатора не выходила за пределы рабочего участка АВ вольтамперной характеристики стабилитрона см. рис.3а.

Здесь кривая ОАВМ – обратная ветвь вольтамперной характеристики стабилитрона. Участок АВ является рабочим участком, который используется для стабилизации напряжения.

Отрезок КЗ₀ – ХХ₀ - внешняя характеристика активного двухполюсника.

Точка КЗ₀ определяется по формуле 3.

Точки ХХ₀ = Uхх₀ определяются по формуле 1.

Рабочая точка P₀ получается как пересечение ВАХ стабилитрона и внешней характеристики активного двухполюсника.

На рис. 3б показано влияние колебаний питающего (входного) напряжения стабилизатора на положение внешней характеристики активного двухполюсника (а следовательно и на положение рабочей точки).

Нижний отрезок соответствует Uвх = Uвх - ∆ Uвх, а верхний отрезок соответствует Uвх = Uвх + ∆ Uвх

Откуда

Рис.3

На рис. 3в показано влияние изменения сопротивления нагрузки на положение нагрузочной прямой (Вольтамперной характеристики активного двухполюсника).

Ток короткого замыкания не зависит от величины сопротивления нагрузки

(принимаем Uвх=Uвх₀)

Как видно из рис.3б и рис.3в колебания возмущающих факторов вызывают перемещение рабочей точки. Эти перемещения позволяют определить колебания напряжения нагрузки, вызываемые возмущающими факторами.

Зная параметры схемы стабилизатора можно определить с помощью Рис. 3б или Рис. 3в конкретные значения колебаний напряжения нагрузки уже готового стабилизатора.

Если параметры элементов схемы известны неполностью, то недостающие параметры подбираются с учетом основного требования: при всех изменениях возмущающих факторов рабочая точка е должна выходить ( в пределах рабочего участка АВ) за требуемые пределы.

Подбор осуществляется изменением параметров элементов, которые не лимитируются исходными данными: изменением величины R_δ изменением типа стабилитрона и т.д.

Формулировка задачи. Рассчитать параметрический стабилизатор напряжения на основе кремниевого стабилитрона графоаналитическим способом.

Исходные данные.

1. Характеристики нагрузки.

2. Тип стабилитрона.

3. Характеристики питающего напряжения.

В А Р И А Н Т	Тип стабилитрона	Питающее напряжение			Нагрузка
		U	+∆U	- ∆U	UH	сопротивление
						RH	+∆RH	-∆RH
		В	%	%	В	Ом	%	%
9	212Е	1,5UCT = 18	20 =21,6 В	30 =12,6 В	12	2Rст = 80	30 = 104 Ом	10 = 72 Ом

Решение:

П 1. Подбор балластного сопротивления.

П 2. Определение коэффициента стабилизации.

П 3. Определение предельных значений.

1. Строим П1/ВАХ стабилитрона

Используя справочник, берем из него точки ВАХ конкретного стабилитрона.

( А.И. Аксенов, А.В. Нестеров « Отечественные полупроводниковые приборы». Издательство «СОЛОН – Р», 2000)

Тип прибора	Uст [В]				Rcт[Ом] (при Iст, мА)	Iст[мА]		Pпр [Вт]
КС212Е	мин	ном	макс	Icт	40(4)	мин	макс	0,125
	10,8	12	13,2	4 мА		0.5	12

Построение ВАХ иллюстрируется Рис. 4

Это и будет рабочий участок ВАХ, который с достаточной точностью отображает типовые свойства семейства стабилитронов данного типа.

Для нормальной работы стабилизатора (чтобы напряжение на нагрузке всегда было в пределах от Uст min до Uст max) необходимо, чтобы ток через стабилитрон всегда был в пределах от Iст min до Iст max. Минимальный ток через стабилитрон будет течь при минимальном входном напряжении и максимальном токе нагрузки. Зная это, найдём сопротивление балластного резистора:

Rб=(Uвх min-Uст min)/(Iн max+Iст min)=(12,6-10,8)/(0.183-0.0005)=

=1.8/0.1825=9.86 Ом

Тогда,

КЗ₀= 18/9,86=1,83 А

U_xx0= 18*80/(9,86+80)=16,03 В

КЗ_min=12,6/9,86=1,28 А

XX_min=12,6*80/(9,86+80)=11,22 В

КЗ_max=21,6/9,86=2,19 А

ХХ_max=21,6*80/89,86=19,23 В

U_{xx min}=18*72/(9,86+72)=15,83 В

U_{xx mах}=18*104/(9,86+104)=16,44 В

Максимальная рассеиваемая на резисторе R_б мощность:

P_б=((Uвх*(1+∆U_в)- Uст)^2)/R_б

P_б=((18*(1+0,2)-12)^2)/9,86=9,35 Вт

Коеффициент стабилизации вычислим по формуле:

К_ст= R_б* U_н/(r_д*U_вх), где r_д=∆U_ст/∆I_cт - динамическое сопротивление.

К_ст= 9,86*12/(208,7*18)=0,032.

Задача 2.