23-3. СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ТИПА Общие свойства. Из рис. 23-2, б легко записать соотношение

/у + / = /р+. (23-31а)

откуда следует, что

AI+Af-AIM. (23-316)-

Для энергетических расчетов, не связанных сдифферен-циальными параметрами, можно, как и в параллельных стабилизаторах, положить == const; Af/g = О, а также для простоты пренебречь током /у (в случае необходимости следует в дальнейших выражениях понимать под /р сумму /р + /у). Внутреннее сопротивление регулирующего элемента Ri играет в последовательных стабилизаторах принципиальную роль и пренебрегать им, как это делалось в предыдущем параграфе, нельзя. Это ясно-хотя бы из того, что сопротивление Ri занимает в формулах (23-31) то же место, что и весьма важное балластное сопротивление Ro в формулах (23-5).

Из выражений (23-31) следует, что в последовательных стабилизаторах при Ui - const ток регулирующего элемента повторяет изменения тока нагрузки:

А/р = А/ , (23-32а)

а при / = const изменения тока /р равны, но противоположны по знаку изменениям тока в сопротивлении Ri:

А/р = -. (23-326)

Выражения (23-32) сходны с выражениями (23-6) для параллельных стабилизаторов, но разница в знаках приводит к совершенно иным выводам. Во-первых, в данном случае максимальный ток 7р. акс, по которому подбирают регулирующий элемент, имеет место при максимальном токе нагрузки и м и и и м а л ь -н о м входном напряжении:

/ / Vj мин-2 / О -Hl) IHOM 2 IQO оо\

p. макс-н.макс - и. макс f. хО-ОО/

(часто С некоторым запасом считают /р. акс = н.макс. поскольку сопротивление Ri сравнительно велико). Во-вторых, последовательные стабилизаторы не могут работать при холостом ходе: при /н = О из (23-31а) получается /р < 0. В-третьих, минимальный, остаточный ток /р. н, необходимый для нормальной работы регулирующего элемента, получается при минимальном токе нагрузки и максимальном входном напряжении, т. е. согласно (23-31а)

/ ~ г 1макс -2 ж (l + Bl) IHOM -/on OA\

р.мин - н.мнн j, - (н.мин . Ri . . -f .

Ток /н.мин МОЖНО обеспечить, подключив на выходе стабилизатора постоянное сопротивление - шунт. Тогда по отношению к в н е ш -ней нагрузке холостой ход допустим, но под током / . а с в формуле (23-33) следует понимать сумму тока в собственно нагрузке и тока в шунте = / . ).

В рабочем режиме напряжение на регулирующем элементе составляет Up = Ui - U. Однако в момент включения стабилизатора, учитывая наличие конденсатора на выходе (см. с. 647), получается Up = Ui, такой же результат будет при кратковременном коротком замыкании выходных зажимов. Поэтому при выборе регулирующего элемента по напряжению ориентируются на условие

р. макс ~ макс-

Сначала запишем очевидное соотношение

lM H = f/2 + fp.M . (23-35)

где Lp.MHH - напряжение, при котором регулирующий элемент еще работоспособен . Затем, используя формулы (23-За) и (23-36), легко найдем напряжение f/iMaKc и равное ему напряжение /р.макс

рмакс = flмакс = j -i Ь fp.мин) (23-36)

Регулирующий элемент выбирается ИЗ условия t/p. t/p.макс-Если, наоборот, задаться типом регулирующего элемента, т. е. значением брдоп, то из условия t/p. акс = t/p. доп получаем ограничение на значение t/:

t/2 1 t/p. доп - t/p. ПП. (23-37)

Например, если р.до = 30 В; = 1 В и 6 i = б = 0,1,

то t/g с 23,5 В.

Если при выборе t/p. доп исходить из рабочего режима стабилизатора, т. е. из условия Lp. акс = t/iMaKc -t/ , то необходимое значение t/p.доп оказывается значительно ниже, а при заданном регулирующем элементе можно реализовать гораздо большие значения t/g. Например, при тех же исходных параметрах, что и в предыдущем примере, получаем t/g 130 В.

Значение номинального входного напряжения легко определяется из соотношения (23-35) с учетом (23-За):

2 + Р-МИН

Коэффициент полезного действия можно найти из определения (23-2), учитывая, что ток /i o складывается из максимального тока истинной нагрузки- и тока в шунте: /ном = н.макс + h-

Значение t/p.мин должно превышать сумму, напряжений насыщения, пульсаций, наводок и толчков иа входе стабилизатора. При наличии хорошего емкостного фильтра в выпрямителе обычно можно считать t/p. H = 1 В.

Подставляя / , = / . из (23-34) в (23-2) и используя (23-38), после небольших преобразований получаем:

= (1-6hi) £/,+р. - - j!uT+a+8ndiJ-

Оптимальный режим в данном случае не имеет места, так как напряжение Ui не зависит т Rt и к. п. д. монотонно возрастает с увеличением Ri. В пределе, при (/р.мин = 0; /р.кин - О и Ri = оо, имеем Tj a c = (1-М- Если 6 i = 0,1 0,2, то ri = 0,9 -г- 0,8. Практически т] = 0,6 -ь- 0,8. С уменьшением тока нагрузки к. п. д. уменьшается, но эта зависимость проявляется слабо до тех пор, пока ток /н.макс Не делается сравнимым с двумя другими слагаемыми в знаменателе (23-39).

Выбор регулирующего элемента по току осуществляется из условия /р.доп р.накс- Подставляя (23-33) с учетом (23-38), получаем:

/р.доп/ . акс-(23-40)

Практически считают /р.доп н.макс- Мощность регулирующего элемента оценивается, исходя из величины /р.макс р.макс. где (/р. акс = fiMaKc - 2- Используя (23-33) и (23-36), приходим к условию

Р -(l t/p.MHH\fiit/2 + (l-ffisl)t/p.MHH

р. доп ==- у н.макс у

(23-41)

Если (/р. н = О и = б 1 = 0,1, то Рр.доп 0,22(;2/н. акс.

Перейдем к дифференциальным параметрам. Выходное сопротивление можно найти из общего определения (23-1а) и соотношения (23-316), полагая A(/i = 0; А/у = AU/Ry и А/р = - KJy *. После подстановок получим:

RBb,x = Ri\Ro.Ra.. (23-42)

где Rca - характеристическое сопротивление (23-17). Сравнивая (23-42) и (23-18), видим, что различие состоит лишь в замене Ro на Ri. Это можно было предсказать заранее, поскольку при закороченных входных зажимах обе схемы на рис. 23-2 имеют одинаковую структуру.

Коэффициент стабилизации легко найти из определения (23-16), если выразить величину AUJAUz с помощью (23-316) при указанных выше значениях А/у и А/р:

* Знак - у коэффициента усиления отражает тот факт, что в последовательных стабилизаторах в отличие от параллельных направления токов /у и /р относительно выходного зажима противоположны друг другу (см. рис, 23-2).