книги из ГПНТБ / Белопольский, И. И. Стабилизаторы низких и милливольтовых напряжений

дестабилизирующих факторов мы имеем на выходе ста­ билизатора постоянную составляющую выходного на­ пряжения, равную Евых, и переменную составляющую, равную 2АеВЫх.

Тогда время изменения выходного напряжения от

где Еих и £вых — входное и выходное напряжение ста­ билизатора; 2'Девых — двойная амплитуда переменной составляющей выходного напряжения; т=!/?ЭквСп— по­ стоянная времени, определяемая емкостью нагрузки Сн

иэквивалентным сопротивлением в цепи заряда этой емкости, величина которого определяется сопротивле­ нием параллельно включенных сопротивлений делителя

инагрузки в номинальном режиме.

Сдостаточной для практических расчетов точностью можно положить, что время заряда емкости и время ее разряда в интервале Левых примерно одинаково. Тогда можно определить длительность пачки импульсов Гп,

вырабатываемых генератором для поддержания выход­ ного напряжения в пределах заданной нестабильности, по формуле

Tn=2t. (96)

Пусть теперь под действием дополнительных деста­ билизирующих факторов нестабильность выходного на­ пряжения возросла до значения ДЛ^ых. Тогда время изменения выходного напряжения от точки А' до точ-

119

ния а имеем:

Изменение температуры окружающей среды влияет на статические характеристики туннельных диодов срав­ нительно слабо, так как они являются вырожденными полупроводниками — полуметаллами {Л. 23]. Известно, что у туннельных диодов из арсенида галлия (GaAs) величина Ui (рис. 58,а) практически не зависит от тем­ пературы, а ток максимума к понижается как при уве­ личении температуры, так и при уменьшении темпера­ туры относительно нормальной.

Температурный коэффициент изменения тока kn можно определить из справочных данных. Так, напри­ мер, ток туннельного диода ЗИ306К при температуре + 25°С равен 5 ма, а при +100°С — 3,9 ма. Следова­ тельно, kiі= 1,1 лщ/75°С = 0,015 ма/град. Тогда, полагая, что сопротивление делителя и период колебания гене­ ратора не меняются от температуры, можно, используя выражение (93), записать новое значение Е'вых, при котором запускается генератор, в виде

где © —диапазон изменения температуры окружающей среды.

14. О СО БЕН Н О С Т И ПОСТРОЕНИЯ И РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЬНОГО К А С К А Д А

Как известно, воздействие выходного напряжения на регулирующий элемент стабилизатора осуществляется по цепи обратной связи через усилительный каскад. Поскольку амплитуда импульсов, вырабатываемых ре­ лаксационным генератором, значительно превышает то минимальное напряжение, при котором транзистор интегрирующего усилителя (изображенного на рис. 50 и выполненного на транзисторе Т3, резисторах R3—R5 и конденсаторе С2) открывается, то можно считать, что этот каскад усилителя работает в режиме насыщенного ключа,

12I

Коэффициент усиления каскада определим как отноше­ ние выходного напряжения и Вых к входному иах.

В режиме насыщения транзистора имеем:

Мвых= Двх—Ri (б;з+ібз);

Ub x — (Мооз) нас+ Д 4 (Ік3 + Іб з) ,

где ікз и ібз— ток коллектора и ток базы насыщенного транзистора Т3 соответственно; («эбз)пас — входное на­ пряжение насыщенного транзистора. Тогда можно за­ писать:

У(и вбз)иас+ R i Т к з + (бз)

Изменение температуры окружающей среды в широ­ ких пределах слабо влияет на выходные параметры уси­ лителя, работающего в режиме переключения. Это объясняется тем, что в закрытом состоянии база тран-

122

но быть достаточно большим, так как в противном слу­ чае понижается устойчивость работы релаксационного генератора. На рис. 65,а приведены вольт-ампер­ ные характеристики туннельного диода, включенного параллельно с сопротивлениями различной величины. Из этих характеристик видно, что суммарная кривая является однозначной функцией тока источника в слу­ чае, если параллельное сопротивление R будет меньше, чем I—і/?д| модуль отрицательного сопротивления дио­ да (Л. 21]. Отсюда следует, что релаксационный гене­ ратор будет работать тем устойчивее, чем больше со­ противление, на которое он нагружен, т. е. должно выполняться условие

Входное сопротивление усилительного каскада с не­ которым приближением можно записать в виде [Л. 22]

где Гб— сопротивление базы транзистора; гэ — сопро­ тивление эмиттера; ß3— коэффициент усиления транзи­ стора, включенного по схеме с общим эмиттером.

Спомощью этого уравнения определяют значение Rit

сучетом неравенства (106). Величина сопротивления коллекторного резистора R3 определяется из условия насыщения транзистора Т2:

l62ß2>fK2 при ік3=0,

123

где і‘б2— ток базы транзистора Т2; ha— ток коллектора транзистора Г2; /кз — ток коллектора транзистора Т3.

Преобразуем это неравенство к виду

Величину сопротивления резистора Rz определим из условия протекания максимального тока эмиттера транзистора Т2 в режиме насыщения:

в активную область после прекращения работы рела­ ксационного генератора. Этот эффект объясняется тем, что резистор Ri создает положительное смещение базы, которое облегчает процесс рассасывания избыточных неосновных носителей из области базы, примыкающей к коллектору, и накопленных за время нахождения рабочей точки транзистора в области насыщения. Ток базы в первый момент после прекращения работы гене­ ратора изменит свое направление по. той причине, что в области насыщения оба перехода смещены в прямом направлении, и коллектор инжектирует дырки в базу.

Выбирать слишком малое сопротивление резисто­ ра Rt, нецелесообразно, так как в этом случае оно может шунтировать выход генератора. Обычно Rs выбирают из

Емкость конденсатора обратной связи Ои_усилителя выбирается исходя из следующих соображений. Из рис. 64 видно, что для того, чтобы поддержать транзи-

124

стор Ts в режиме насыщения, ток заряда конденсатора должен быть близок току базы насыщенного транзи­ стора в течение всего времени пуазы Ті между импуль­ сами генератора, т. е.

Очевидно, что в начале паузы напряжение на кон­ денсаторе С2 будет соответствовать значению

переходе эмиттер — база транзистора Т3 в насыщенном

конденсатора С\ и полагая, что конденсатор зарядится за время паузы Ті до напряжения исі~0,1 в, при котодом транзистор еще находится в режиме насыщения, определим значение Сі из условия

можно рассчитать с достаточной степенью точности ин­ тегрирующий усилитель, с помощью которого осущест­ влена связь между измерительным и регулирующим элементами.

15. А Н А Л И З РАБОТЫ И РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮ Щ ЕГО ЭЛЕМ ЕНТА

Как уже отмечалось выше, при анализе работы изме­ рительного элемента время изменения выходного на­ пряжения от точки А до точки Б (рис. 63), определяе­ мое с помощью уравнения (95), зависит от постоянной времени т =R ЭКвСнДелая те же допущения, что и для (96), можно определить длительность импульса тока,

125

На рис. 66 приведены диаграммы, иллюстрирующие переходные процессы в транзисторе. Если в момент вре­ мени f=ifo генератор прекратит работу, то в цепь базы запертого транзистора Т\ через резистор Rz и открытый транзистор Tz будет подан импульс тока, достаточный для насыщения транзистора, в результате чего рабочая точка будет перемещаться из области отсечки в область насыщения. Переходным процессом в области отсечки можно пренебречь, поскольку его длительность и при­ ращение тока до выхода на границу активной области пренебрежимо малы. Следовательно, практически весь

Рис. 66. Диаграммы, иллюстрирующие переходные процес­ сы в регулирующем транзисторе.

а — изменение во времени тока базы; б — изменение во времени тока коллектора.

переходный процесс включения определяется парамет­ рами активной области. За время включения Тв ток коллектора достигает 0,95 установившегося значения. В момент ti рабочая точка транзистора попадает в об­ ласть насыщения. В дальнейшем за короткий промежу­ ток времени происходит повышение концентрации не­ основных носителей у коллектора, однако этот процесс не сказывается на внешней цепи. Пусть в момент вре­ мени tz начнет работать релаксационный генератор; тогда рабочая точка транзистора Tz переместится в область отсечки, и ток его коллектора, а следователь­ но, и ток базы регулирующего транзистора 7Т умень­ шится практически до нуля. Но рабочая точка транзи­ стора Т1 еще находится в области насыщения и отрица­ тельный импульс, обусловленный падением напряжения на резисторе Ri через резистор Rs, поступит на базу. Ток базы изменит направление, и начнется процесс отключения транзистора. Поскольку его рабочая точка находится в области насыщения, плотность неосновных носителей в области базы, примыкающей к коллектору,

127

будет выше равновесной, и произойдет накопление не­ основных носителей. Следовательно, ток коллектора не изменит своей величины до тех пор, пока не произойдет рассасывание этого избыточного заряда. За время рас­ сасывания Тѵ плотность неосновных носителей у коллек­ тора упадет до нуля и рабочая точка транзистора пе­ рейдет из области насыщения в активную область. Дальнейший процесс' снова определится параметрами активной области. За время Т3 — время запирания — ток коллектора уменьшится до 0,05 от первоначальной величины, в момент Д можно считать, что рабочая точка транзистора достигает области отсечки. Определим вре­ мя включения транзистора. Если транзистор включается током /бі, то можно определить коэффициент насыщения при включении как

при включении транзистора идеальным импульсом тока базы в виде

При отключении транзистора его рабочая точка ока­ жется в области насыщения, пребывая в ней в течение времени задержки Гр (т. е. времени рассасывания). Время запирания транзистора идеальным импульсом можно также характеризовать коэффициентом насы­ щения

Время задержки определяется с достаточной сте­ пенью точности следующей приближенной формулой

128