книги из ГПНТБ / Венгеровский, Л. В. Прецизионные полупроводниковые стабилизаторы

ПРИЛОЖЕНИЯ

I. АНАЛИЗ СХЕМЫ ПСН С ИС В ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

На рис. П-1 показана эквивалентная схема ПСН, принци­ пиальная схема которого приведена на рис. 26. В эквивалентном виде представлен канал, обеспечивающий выходное стабилизи­ рованное напряжение -f- 15 в. В качестве усилителя постоян­ ного тока с коэффициентом усиления А показана микросхема (1УТ 401Б). В виде неинвертирующего усилителя с коэффици­ ентом усиления а представлены умощняющие каскады на тран­

Решая систему уравнений (П-1) относительно входного на­ пряжения, получим:

(П-2)

Ro.c

102

(8 Ы Х

Рис. П-1. Эквивалентная схема стабилизатора напряжения на ИС

В знаменателе выражения (П2) для конкретного случая при'

много меньше AaR, поэтому в первом приближении ими можно1

пренебречь. Тогда выражение для выходного напряжения ста*- билизатора примет вид:

Дрейф выходного напряжения стабилизатора определится как полный дифференциал выражения 11ъых = I (Т , Дп, t). При' няв во внимание выражение (ПЗ), получим:

Первое слагаемое в правой части этого уравнения есть сО' ставляющая, определяемая дрейфом напряжения Д2 источника эталонного напряжения, второе слагаемое показывает влияние' дрейфа резисторов делителя обратной связи, а третье и четвер-' тое — влияние дрейфов по напряжению и току микросхемы,

используемой в качестве УПТ обратной связи. Если ввести еле' дующие обозначения:

то выражение (П4) для дрейфа выходного напряжения примет вид:

коэффициенты влияния изменения напряжения питания микро­ схемы на величину напряжения смещения е12.

104

Определим коэффициент стабилизации стабилизатора по входу ( ^Ссх) - Уравнение Кирхгофа в приращениях для регулирующего транзистора (РТ) имеет вид:

Приращение напряжения Д?УБРТ на входе Р Т можно найти по формуле Д (/Брт = — ДаДеЕ, где ДеЕ — приращение напря­ жения на входе. Тогда приращение тока базы РТ будет

Здесь Ррт — коэффициент усиления РТ по току в схеме с общим эмиттером.

Выражение для расчета выходного сопротивления стабили­ затора Явых можно получить, преобразовав уравнение (П6) к виду

105

Подставляя выражение (П10) в (П9), имеем

Или окончательно с учетом формулы (П-8)

Д2ЛЬРТ

R в

II. ЭФФЕКТИВНАЯ ТРИГГЕРНАЯ ЗАЩИТА ДЛЯ ПСН

Серьезный недостаток ПСН, как и других полупроводнико­ вых стабилизаторов,— большая чувствительность к токовым перегрузкам и короткому замыканию на выходе. Это обстоятель­ ство является основной причиной аварий в цепях питания элек­ тронных и автоматических систем и снижает их надежность при работе в различных эксплуатационных условиях.

В этой связи возникает необходимость высокоэффективной защиты ПСН. На рис. П-2 приведена принципиальная схема

транзисторы стабилизатора; Т5 и Тб — транзисторы защитного

зации стабилитронов Д1 и Д2.

При нормальной работе стабилизатора защитный триггер находится в состоянии, при котором транзистор Т5 заперт, а ■транзистор Тб — насыщен. При возникновении перегрузки или короткого замыкания на выходе стабилизатора полу­ чающийся на резисторе перепад напряжения открывает стаби­ литрон Д2, в результате чего на базу насыщенного транзистора Тб триггера подается отрицательное (запирающее) смещение. Триггер переходит в новое (аварийное) устойчивое состояние, при котором транзистор Тб оказывается закрытым, а стабили­

можно считать полностью закрытым и не оказывающим влияния

106

Как видно из схемы рис. П-2, к эмиттерным переходам па­ раллельно включенных мощных регулирующих транзисторов Tl, Т2 будет приложено напряжение:

^ Э . Б 77, Т2 = ^ в х . всп ^ Д 1 ^ ДЗ R13’

R12\\R11 + R13

Выбором и д з и R13 всегда легко выполнить условие:

UДЗ "Ь UR13 ^ ^ в х , всп U ДП

при котором транзисторы Т1 и Т2 будут надежно закрыты даже при предельных рабочих температурах ( + 70° С) окружающей среды. Коллекторные токи транзисторов Т1 и Т2 в таком режиме не превышают обратных токов их коллекторных переходов (7К> 0 Г[_ Г2)> а коллекторные токи согласующих транзисторов ТЗ

и Т4 оказываются много меньше своих номинальных (рабочих) значений и могут быть найдены из выражений:

Установка защитного триггера в исходное (рабочее) состоя­ ние после ликвидации перегрузки осуществляется включением стабилизатора.

Оценим быстродействие схемы защиты t3, определяемое интервалом времени от момента возникновения перегрузки до момента спада тока регулирующих транзисторов до уровня 0,1 / домИначе говоря, быстродействие защиты определяется временем переключения триггера iTr и временем выключения

составного транзистора 7ВЬ1КЛ.

Время переключения триггера, с учетом форсированного запирания транзистора Тб (при перегрузке) от достаточно мощ­ ного источника напряжения, определяется практически време­ нем отпирания транзистора Т5 до насыщения при подаче в базу последнего «ступеньки» отпирающего тока

108

току в схеме с общей базой.

Для высокочастотных транзисторов при достаточно высокой степени насыщения это время настолько мало, что может не при­ ниматься во внимание при оценке быстродействия схемы защиты.

Обратимся теперь к определению выключения составного транзистора <выкл, которое с достаточной степенью точности и будет определять время срабатывания (быстродействие) схемы защиты.

На рис. П-3, а и б приведены упрощенная принципиальная схема составного транзистора и соответствующая ей эквивалент­

ов

Рис. П-3. Схема составного транзистора: а — принципиальная; б — эквивалентная

ная схема для приращений токов и напряжений. Эти схемы со­ ответствуют моменту переброса защитного триггера в аварий­ ное состояние. С целью упрощения анализа данные схемы (к. з. на выходе) отражают влияние лишь наиболее мощных, а следо­ вательно, наиболее низкочастотных регулирующих транзисто­ ров, что не дает практически заметной ошибки в определении времени выключения составного транзистора. По этой же при­ чине эквивалентная схема (рис. П-3, б) не учитывает комплекс­ ного характера входного импеданса параллельно включенных регулирующих транзисторов (Т1 и Т2), а также зависимость, дифференциальных параметров Z3 тз и гвх Т1 Т2 от соответствую­

щих токов.

Обозначения, принятые в схеме рис. П-3, б: гэ гз — диффе­

ренциальное сопротивление эмиттерного перехода транзистора ТЗ; гБ тз — сопротивление базы транзистора ТЗ; гвх ти Т2 — вход­

ное сопротивление параллельно включенных Т1 и Т2 регули­ рующих транзисторов в схеме с общим эмиттером; тз— диф­

ференциальное сопротивление коллектора транзистора ТЗ в схеме с общим эмиттером; тз — коллекторная емкость тран­

109