Первый из них

kE.ri.l(R, + riS), (9.21)

а второй

кЕ-{Г1. + Пт)1{Я, + П. + Пт). (9.22)

В этих двух выражениях принято /?вых, что всегда соблюдается у стабилитронов.

Величина коэффициента нестабильности по эквивалентному напряжению стабилитрона близка к единице:

Последний коэффициент нестабильности по изменению сопротивления гасящего резистора определим, как отношение ухода выходного напряжения к относительному отклонению сопротивления этого резистора:

Знак минуо у коэффициента нестабильности означает, что возрастание сопротивления будет вызывать уменьшение выходного напряжения.

Сопротивление резистора может меняться при работе стабилизатора из-за изменения рассеиваемой в нем мощности. Для уменьшения влияния этой нестабильности обычно выбирают резисторы с большим запасом по допустимой мощности рассеяния, поэтому его нагрев оказывается незначительным и отклонение AR малым.

- Приведенные соотношения позволяют рассчитать все показатели стабилизатора при малых изменениях тока стабилитрона около^сред-него значения, определяемого положением рабочей точки на характеристике стабилитрона, и, следовательно, все его эквивалентные параметры.

- Однако для того чтобы найти положение рабочей точки на характеристике, необходимо провести расчет с учетом ее нелинейности, который вместе с тем позволит определить и показатели схемы при сильных колебаниях тока нагрузки.

§ 9.4. Графический расчет режима стабилитрона

Наиболее удобным, хотя и несколько кропотливым методом расчета статического режима нелинейной цепи, является графический метод.

Для рассматриваемой схемы стабилизации графические построения сводятся к наложению вольт-амперных характеристик линейной {Е, R) и нелинейной (стабилитрон) частей схемы (рис. 9.9, а).

Линейная часть схемы, в которую включена и чисто омическая нагрузка i, изображена на рис. 9.9, б и является частью всей схемы

стабилизации, расположенной левее зажимов а, б. Вольт-амперная характеристика линейной части схемы отражает зависимость напряжения на ее зажимах аб от забираемого от нее тока /. Как для любой линейной цепи, она будет прямой, соединяющей точку, соответствующую режиму холостого хода [U = Е^ = ERJiR + R ); 7 = 0], с точкой, соответствующей режиму короткого замыкания {U = 0; / = 7,3= E/R,).

Наложение этой прямой на харак- теристику стабилитрона (рис. 9.10)

+0-с

Е

0-с

Е

т

Рис. 9.9

Рис. 9.10

позволяет найти точку их пересечения В, которая и будет рабочей точкой стабилитрона. Для этой точки выполняется равенство тока, отдаваемого линейной частью, и тока, потребляемого стабилитроном при равенстве напряжения на зажимах об и стабилитроне (см. рис. 9.9).

В приведенном примере нагрузкой стабилитрона являлось обычное омическое сопротивление. Это и позволило достаточно просто построить вольт-амперную характеристику части схемы стабилизатора, расположенной левее точек аб на рис. 9.9, так как она получалась линейной.

Rr I

Рис. 9.11

Рис. 9.12

Другим примером, приводящим также к линейной схеме, является стабилизатор напряжения на нагрузке, потребляющей неизменный ток /н (рис. 9.11).

Напряжение на зажимах аб для этой схемы определяется соотношением

V = E-lJi-lR (9.25)

и, следовательно, характеристика линейной части схемы будет прямой, соединяющей точку Е - IJi; / - Ос точкой (7 = 0; / = E/R,-J (рис. 9.12). .

l-rriLn

Построения, аналогичные рассмотренным, применяют и для расчета показателей схемы стабилизации при больших изменениях тока нагрузки и напряжения питания стабилизатора.

Суммарная нестабильность (максимальная) выходного напряжения определится в этом случае двумя крайними положениями рабочей точки на характеристике стабилитрона.

Наименьшее выходное напряжение будет при наименьшем входном напряжении и наибольшем токе нагрузки. Если меняется и сопротивление гасящего резистора R, то минимуму выходного напряжения

будет соответствовать прямая, полученная при Prmax- Построение, проведенное для этого режима (рис. 9.13), дает рабочую точку а, определяющую левую границу рабочего участка характеристики стабилитрона.

Наибольшее напряжение на выходе получится при максимальном входном напряжении, минимальном токе нагрузки и минимальном сопротивлении резистора. Соответствующая максимальному режиму рабочая точка б определяет правую границу рабочего з'частка характеристики стабилитрона.

Нестабильность выходного напряжения схемы при заданных максимальных и минимальных значениях Е, / и Р^ не выходит за пределы Umay. - Umin И, следоватбльно, суммарная относительная нестабильность стабилизированного напряжения определяется коэффициентом

2: = (f/max-t/min)/(t/max + t/min). (9.26)

Коэффициент полезного действия простой схемы стабилизации

11 = Л,/Лх = №[(/н + /ст)] (9.27)

получается небольшим, порядка 20-30%, что объясняется значительными потерями мощности в гасящем резисторе и самом стабилитроне. Поэтому простую схему со стабилитроном применяют для стабилизации напряжения на нагрузках, потребляющих малую мощность.

Рис. 9.13

§ 9.5. Схемы стабилизации на стабилитронах

Рассмотренная ранее основная схема стабилизатора, содержащая гасящий резистор и стабилитрон, является самой распространенной, но не единственной. Из однокаскадных схем рассмотрим схему с температурной компенсацией.

Схема с температурной компенсацией содержит один или несколько термокомпенсирующих полупроводниковых диодов, которые смещены в прямом направлении и включены последовательно с основным стабилитроном (рис. 9.14). У открытых р-п-переходов температурный коэф-