9.9. Схемы на основе стабилитронов

Методические указания

Во всех задачах данного раздела используется модель стабилитрона, полученная путем корректировки параметров идеальной модели. Вольтамперная характеристика используемой модели приведена на рис. 9.35. Для решения задачи рекомендуется использовать графоаналитический метод. Этот метод предполагает замену стабилитрона эквивалентной схемой, которая (как и у диода) представляет собой последовательное соединение резистора Rд (дифференциальное сопротивление диода) и источника ЭДС Uo (пороговое напряжение). Значения параметров Кд и Uo можно получить из вольтамперной характеристики стабилитрона (рис. 9.35). Для этого необходимо аппроксимировать рабочий участок характеристики прямой линией. Рекомендуется провести прямую линию через две точки ВАХ: (10 В, 40 мА) и (10.7 В, 320 мА).

После замены стабилитрона его эквивалентной схемой можно получить расчетную схему параметрического стабилизатора напряжения, показанную на рис. 9.36а. Эта схема является линейной. Для ее анализа удобно использовать метод узловых потенциалов. В результате напряжение на нагрузке (оно же - напряжение на стабилитроне) можно определить из выражения:

(9.31)

В некоторых задачах вместо сопротивления нагрузки Rн дан ток нагрузки 1н. В этом случае эквивалентная схема стабилизатора напряжения примет вид, показанный на рис. 9.366. Напряжение на нагрузке определяется выражением:

(9.32)

Вместо параметров стабилитрона в некоторых задачах задан ток стабилитрона Iст- Эквивалентная схема стабилизатора напряжения для этого случая показана на рис. 9.36в, а напряжение на нагрузке определяется выражением:

(9.33)

Если задан потребляемый от источника питания ток Iи, то справедлива эквивалентная схема, показанная на рис. 9.36г. Напряжение на нагрузке определяется выражением:

(9.34)

При использовании приведенных выражений необходимо помнить, что они справедливы лишь для линейного участка ВАХ стабилитрона. Поэтому величина UH должна лежать в диапазоне от 10 до 11 В, а ток стабилитрона — в диапазоне от 45 до 320 мА. После решения задачи необходимо проверить выполнение указанного условия.

Задачи для самостоятельного исследования

Все задачи имеют одну и ту же формулировку. Схема приведена нарис. 9.37 (файл с9_160), вольтамперная характеристика стабилитрона - на рис. 9.35. Исходные параметры схемы и величины, значения которых необходимо рассчитать и проверить на Electronics Workbench, приведены в условиях задач 1...32. Соответствующие им файлы комплексного калькулятора Comcal c9_160.cc ... с9_191.сс.

Задача 1 (с9_160.сс) Дано: RB = 0.2 кОм, RH = 0.5 кОм, напряжение питания Е изменяется в диапазоне от 30 В до 50 В. Найти: Диапазон изменения напряжения на нагрузке и диапазон изменения тока стабилитрона.

Задача 2 (с9_161.сс) Дано: Е = 40 В, RB = 0.2 кОм, сопротивление нагрузки RH изменяется в диапазоне от 0.1 кОм до 1 кОм. Найти: Диапазон изменения напряжения на нагрузке и диапазон изменения тока стабилитрона.

Задача 3 (с9_162.сс) Дано: RB = 0.2 кОм, напряжение питания Е изменяется в диапазоне от 30 В до 50 В, сопротивление нагрузки RH изменяется в диапазоне от 0.2 кОм до 2 кОм, изменения Е и RH происходят независимо друг от друга. Найти: Максимальный диапазон изменения напряжения на нагрузке и максимальный диапазон изменения тока стабилитрона.

Задача 4 (с9_163.сс) Дано: RB = 0.2 кОм, RH = 0.4 кОм, при увеличении напряжения питания Е на 12 В, напряжение на нагрузке изменяется на 5 % от своего начального значения. Найти: Начальные значения напряжения питания, напряжения на нагрузке и тока стабилитрона.

Задача 5 (с9_164.сс) Дано: Е == 40 В, RB = 0.2 кОм, при увеличении значения сопротивления нагрузки RH на 0.5 кОм, напряжение на нагрузке изменяется на 5% от своей начальной величины. Найти: Начальные значения сопротивления нагрузки, напряжения на нагрузке и тока стабилитрона.

Задача 6 (с9_165.сс) Дано: RH = 0,25 кОм, при изменении напряжения питания Е от 36 В до 50 В напряжение на нагрузке изменяется на 0.6 В. Найти: Сопротивление балластного резистора RB, максимальное напряжение на нагрузке и максимальный ток стабилитрона.

Задача 7 (с9_166.сс) Дано: Е = 40 В, при изменении величины сопротивления нагрузки Rн от 0.24 кОм до 1 кОм напряжение на нагрузке изменяется на 3% от своего начального значения. Найти: Сопротивление балластного резистора RB, максимальное напряжение на нагрузке и максимальный ток стабилитрона.

Задача 8 (с9_167.сс) Дано: RH = 0.5 кОм, величина напряжения питания Е изменяется в диапазоне от 36 В до 60 В. Найти: Сопротивление балластного резистора RB, при котором ток стабилитрона минимален; определить диапазон изменения напряжения на нагрузке и диапазон изменения тока стабилитрона.

Задача 9 (с9_168.сс) Дано: Е = 40 В, сопротивление нагрузки RH изменяется в диапазоне от 0.2 кОм до 1 кОм. Найти: Сопротивление балластного резистора RB, при котором ток стабилитрона минимален; определить диапазон изменения напряжения на нагрузке и диапазон изменения тока стабилитрона.

Задача 10 (с9_169.сс) Дано: Напряжение питания Е изменяется в диапазоне от 25 В до 40 В, сопротивление нагрузки RH изменяется в диапазоне от 0.5 кОм до 1 кОм. Изменения Е и RH происходят независимо друг от друга. Найти: Сопротивление балластного резистора RB, при котором ток стабилитрона минимален; определить диапазон изменения напряжения на нагрузке и диапазон изменения тока стабилитрона. Условия задач 11...32 находятся в файлах с9_170.сс...с9_191.сс на прилагаемой к книге дискете или по адресу (www.dodeca.ru). ¦