Если ток стабилитрона меняется быстро, так что температура п-п-перехода не успевает следовать за этими изменениями, то внутреннее сопротивление определяют как наклон участка АВ на рис. 9.6.

Это внутреннее сопротивление можно назвать внутренним сопротивлением переменному току. В дальнейшем оно обозначено Г/...

Если же ток стабилитрона меняется очень медленно, то стабилитрон будет разогреваться или охлаждаться в зависимости от того, растет его ток или уменьшается, и в соответствии с этим вольт-амперная характеристика стабилитрона будет смещаться, что дает дополнительное изменение напряжения на стабилитроне.

Пусть ток стабилитрона меняется на Д/ (рис. 9.6) и большему току соответствует установившееся превышение температуры на At, а меньшему - температура, пониженная на ту же величину.

Взяв две вольт-амперные характеристики, соответствующие повышенной и пониженной температуре, можно определить внутреннее

ЛИср л г Рис. 9.6

Рис. 9.7

сопротивление стабилитрона как наклон прямой А'В'. Это внутреннее сопротивление логично назвать сопротивлением постоянному току, и .оно равно сумме теплового сопротивления и сопротивления переменному току:

- п = п. + пг. (9.7)

Эта зависимость внутреннего сопротивления полупроводникового стабилитрона от условий работы и подчеркнута на эквивалентной схеме (рис. 9.5, в).

Экспериментально определить внутреннее тепловое сопротивление можно так же из переходной характеристики стабилитрона, которая является.зависимостью падения напряжения на стабилитроне от времени при скачке тока, протекающего через стабилитрон.

Переходная характеристика кремниевого стабилитрона (рис. 9.7) для скачка тока Д/, происшедшего в момент времени 4i имеет вид ступеньки величиной АУ, и последующего криволинейного участка, приводящего к стационарному дополнительному приросту напряжения на AU.

Из переходной характеристики находим:

tiAVlAI, nrAU/AI.

(9.8) (9.9)

при постоянной теплоемкости и теплопроводности криволинейный участок переходной характеристики, экспоненциален. Постоянная времени этой экспоненты дает тепловую постоянную времени, определяющую скорость изменения напряжения стабилитрона.

У стабилитронов с отрицательным температурным коэффициентом напряжения перепад At/g получается отрицательным и, следовательно, тепловое внутреннее сопротивление тоже отрицательно.

В заключение необходимо заметить, что тепловое сопротивление одного и того же стабилитрона меняется при изменении условий теплоотдачи. Так, например, стабилитрон, снабженный радиатором, имеет меньшее тепловое сопротивление, так как коэффициент с получается меньшим из-за лучших условий охлаждения.

§ 9.3. Показатели схемы стабилизации на стабилитроне

Стабилизатор со стабилитроном (рис. 9.8, а) для малых колебаний тока имеет эквивалентную схему (рис. 9.8, б).

Уравнение для единственного узла, имеющегося в схеме, запишем следующим образом:

{E-U)IR, = {U-E,)ln + U.

(9.10)

Поскольку наибольший интерес представляет определение нестабильности выходного напряжения, удобнее преобразовать это уравнение так, чтобы выходное

напряжение было явной функцией напряжений двух источников, тока нагрузки и сопротивлений схемы:

X (EjR. + EJn-I,). (9.11)

Нестабильность выходного напряжения, вызванная изменением тока нагрузки, определяет выходное сопротивление схемы стабилизатора:

-ДС/ = Д/нР . (9.12)

Рис. 9.8

Производя дифференцирование в (9.11); получим вь,х = - dUldU = R.rdiR, -f fi) и.

(9.13)

Упрощения в последнем выражении сделаны на основе того, что сопротивление резистора R,. всегда значительно больше внутреннего сопротивления стабилитрона.

Полная нестабильность напряжения на нагрузке найдется из уравнения для напряжения как полный дифференциал. Во время работы стабилизатора могут меняться входное напряжение £, эквивалентная э. д. с. стабилитрона Е^, ток нагрузки и сопротивление ре-

зистора (из-за разогрева). Поэтом для нахождения полной нестабильности необходимо взять частные производные по всем этим переменным:

Д(; = ?Д£ + £ Д£.+д/. + Д ,. (9.14)

.или

где

= [ri/iR, + п)] АЕ + [RJiR, + пУ] АЕ, -~

- вых А/н - Щ^ыРя/Щ Rr, (9.15)

. .[У;, = R, {Е-Е, + J ri)/{Rr + П) (9.16)

представляет собой начальное падение напряжения на резисторе Rr-Выходное сопротивление является единственной характеристикой самого стабилизатора в том смысле, что не зависит от характеристик нагрз'зки. На остальные показатели стабилизатора нагрз'зка оказывает влияние, и ПОЭТОМ} они должны вычисляться для режима работы стабилизатора под реальной нагрзкой.

Для учета реакции нагрузки на небольшие изменения подводимого к ней напряжения было введено дифференциальное сопротивление нагрузки, которое определяется как наклон вольт-амперной характеристики нагрузки:

Rt, = AUjAJ,. . (9.17)

Поскольку в нагруженном стабилизаторе ток нагрузки определяется самой нагрузкой, прирост тока нагрузки, который следет поместить в уравнение для определения полной нестабильности, б^дет

A/, = Aty/i? , (9.18)

Таким образом, имеем

+ ]-р:Ь:Е+.АЕ,-и,.. (9.19)

В этом уравнении содержатся все коэффициенты нестабильности рассматриваемой схемы.

Так коэффициент нестабильности по входному напряжению получается по определению равным коэффициенту, стоящему при АЕ, т. е.

h Ч Ri 1 /о от

AEe = ar = 0) R+n Rlu + RsuxRr + n

Он тем меньше, чем больше сопротивление гасящего резистора по сравнению с внутренним сопротивлением стабилитрона.

Учитывая сказанное о внз'треннем сопротивлении полупроводниковых стабилитронов, следует различать два коэффициента нестабильности: попеременному току и по изменениям по-стоянноготока.