Стабилитроны
Реферат
«Стабилитроны»
Выполнил:
Проверил:
2001 г.
Стабилитроны – приборы тлеющего и коронного разряда. Наиболее
распространены стабилитроны тлеющего разряда, работающие в режиме
нормального катодного падения. В последнее время они все чаще заменяются
полупроводниковыми стабилитронами.
Поскольку темный разряд, предшествующий тлеющему, не используется,
его не показывают на вольт-амперной характеристике стабилитрона (рис. 1).
рис. 1 Вольт-амперная характеристика стабилитрона
Точку возникновения разряда А отмечают на вертикальной оси. К тому
же миллиамперметр для измерения тока тлеющего разряда не покажет ничтожно
малого тока темного разряда.
Область нормального катодного падения, пригодная для стабилизации,
ограничена минимальным током Imin максимальным Imax. При токе, меньшем Imin
разряд может прекратиться. Ток Imax либо соответствует началу режима
аномального катодного падения, либо при нем достигается предельная
мощность.
Скачок тока при возникновении разряда может быть различным в
зависимости от сопротивления Rогр. Если оно большое, то появляется
сравнительно небольшой ток, а если малое, то возникает большой ток и точка
Б перемещается к точке В. Для режима стабилизации это невыгодно, так как
участок стабилизации напряжения БВ сокращается. При малом сопротивлении
Rогр может даже произойти скачок тока в область аномального катодного
падения и стабилизации вообще не получится. Таким образом, ограниченный
резистор с достаточным сопротивлением необходим по двум причинам: чтобы не
произошло чрезмерного возрастания тока и чтобы мог существовать режим
стабилизации напряжения.
Чем больше площадь катода, тем больше участок стабилизации БВ, так
как ток Imin остается неизменным, а ток Imax возрастает пропорционально
площади катода. Поэтому у стабилитронов катод с большой площадью
поверхности. Анод делают малых размеров, но он, конечно, не должен
перегреваться от тока Imax.
Наиболее распространены двухэлектродные стабилитроны с
цилиндрическим катодом из никеля или стали. Анодом служить проволочка
диаметром 1,0 – 1,5 мм. Баллон наполнен смесью инертных газов (неон, аргон
и гелий) под давлением в тысячи паскалей (десятки миллиметров ртутного
столба).
Основные параметры стабилитрона: нормальное рабочее напряжение, или
напряжение стабилизации Uст, соответствующее средней точке участка
стабилизации (см. рис. 1), напряжение возникновения разряда Uв, минимальный
и максимальный ток Imin и Imax, изменение напряжения стабилизации ?Uст и
внутреннее сопротивление переменному току Ri. Если требуется пониженное
напряжение Uст, то поверхность катода с внутренней стороны активируется,
чтобы облегчить эмиссию электронов под ударами ионов. Применяя разные смеси
газов, подбирают нужное значение Uст. Напряжение Uв обычно превышает
напряжение Uст не более чем на 20 В. Для снижения напряжения Uв на
внутренней поверхности катода имеется проводник, уменьшающий расстояние
между катодом и анодом. Без него стабилитрон работал бы на восходящей
(правой) части характеристики возникновения разряда (см. рис 2).
рис. 2 Характеристика возникновения разряда
В пределах области стабилизации напряжение Uст изменяется на
значение ?Uст, которое не превышает 2 В. Работа стабилитрона с током выше
Imax не рекомендуется, так как ухудшается стабилизация и электроды
перегреваются. Внутреннее сопротивление стабилитрона переменному току
(дифференциальное сопротивление) Ri=?ua/?Ia и значительно меньше
сопротивления постоянному току R0. Если бы стабилизация была идеальной
(Uст=const), то сопротивление Ri было бы равно нулю.
У отечественных стабилитронов напряжение стабилизации бывает от 75
В до нескольких сотен вольт, ток Imin обычно 3 –5 мА, а Imax – несколько
десятков миллиампер.
Для стабилитронов коронного разряда характерны высокие напряжения и
малые токи. У таких стабилитронов электроды цилиндрической формы из никеля.
Баллон наполнен водородом, причем напряжение стабилизации зависит от
давления газа, которое обычно составляет тысячи паскалей (десятки
миллиметров ртутного столба). Напряжение Uст при этом несколько сотен
вольт. Рабочие токи в пределах 3 –100 мкА. Внутреннее сопротивление
переменному току сотни килоом. Процесс возникновения разряда длится 15 – 30
с. В последнее время выпущены стабилитроны коронного разряда, оформленные в
керамических баллонах, на напряжение в десятки киловольт.
Стабилитрон соединяют параллельно с нагрузкой Rн, а последовательно
включают резистор Rогр (рис. 3).
рис. 3 Схема включеня стабилитрона
Нагрузкой является тот или иной потребитель (например, анодные цепи
и цепи экранных сеток какого-либо усилителя и т. д.), который нужно питать
стабильным напряжением. Напряжение источника Е должно быть выше напряжения
стабилизации Uст и достаточным для возникновения разряда в стабилитроне.
Чем выше напряжение Е, тем выше должно быть сопротивление Rогр, и тогда
стабилизация сохраняется при изменении напряжения Е в более широких
пределах. Но при большем ограничительном сопротивлении КПД схемы снижается,
так как потери мощности в стабилитроне и резисторе Rогр могут оказаться
выше полезной мощности потребителя. Поэтому стабилитроны применяют только
для установок небольшой мощности, в которых снижение КПД не так важно, как
в мощных установках.
Расчет сопротивления Rогр делают по закону Ома. Если напряжение Е
изменяется в обе стороны от среднего значения Еср, то
Rогр=(Еср-Uст)/(Iср+Iн), где Iср – средний ток стабилитрона, ровной 0,5(Imin+Imax), а Iн –
ток нагрузки, Iн= Uст/ Rн.
Значение Еср определяется по максимальному и минимальному
напряжению источника как
Еср=0,5(Emin+Emax).
После расчета Rогр следует проверить, сохранится ли стабилизация
при изменении напряжения от Emin до Emax. Это делается следующим образом.
При изменении тока стабилитрона от Imin и Imax напряжение на Rогр
изменяется на ?Е=Rогр(Imin+Imax). Стабилизация возможна при изменении Е не
более чем на ?Е. Если ?Е