Материал: Источники питания РЭА

Повысить коэффициент стабилизации устройств с термокомпенсирующими диодами можно применив двухкаскадную схему (рис.2.31).

Рис.2.31. Двухкаскадный стабилизатор с термокомпенсацией.

Результирующий коэффициент стабилизации схемы равен произведению

коэффициентов стабилизации каскадов (Кст= Кст1·Кст2). Выходное сопротивление определяется выходным сопротивлением 2-го каскада. Термокомпенсацию целесообразно использовать только во втором каскаде, чтобы первый каскад имел максимальный коэффициент стабилизации.

Выходное сопротивление схемы можно понизить, увеличив ток, протекающий через термокомпенсирующие диоды (рис.2.32).

Рис.2.32. Двухкаскадный параметрический стабилизатор с уменьшенным выходным сопротивлением.

В стабилизаторе (рис.2.32) через диоды VD4 − VD6 пропускается до-

полнительный ток, протекающий через дополнительное сопротивление Rд. При этом уменьшается динамическое сопротивление термокомпенсирующих диодов и, следовательно, выходное сопротивление схемы. Другой особенностью схемы (рис.2.32) является возможность плавной регули-

ровки термокомпенсации путем изменения величины сопротивления Rд. Недостатком стабилизатора (рис.2.32) является пониженный коэффициент

полезного действия вследствие увеличения тока протекающего через термокомпенсирующие диоды.

Повышение нагрузочной способности параметрических стабилизаторов. Особенностью всех рассмотренных выше схем параметрических стабилизаторов является то, что в случае переменной нагрузки максимальный выходной ток не может превышать максимальный ток стабилизации стабилитрона. Увеличить выходной ток стабилизатора можно с помощью транзистора, включенного по схеме общий коллектор (рис.2.33).

Рис.2.33. Параметрический стабилизатор с повышенной нагрузочной способностью.

Элементы Rб и диод VD образуют обычный параметрический стабилизатор, нагрузкой которого является база транзистора VT. Транзистор в

рассматриваемой схеме является усилителем тока нагрузки Iэ ≈ β ·Iб, где β − коэффициент передачи тока транзистора. Учитывая, что падение напряжения на переходе база–эмиттер величина практически постоянная и относительно небольшая (до 0,5 В для германиевых и до 1,0 В для кремниевых транзисторов), можно считать, что напряжение на нагрузке примерно равно напряжению стабилизации опорного диода VD (рис.2.33.):

Uн=Uст− Uбэ≈ Uст.

Для нормального функционирования устройства необходимо чтобы выполнялось следующее неравенство: Iн/β < (Iст.макс.− Iст.мин.), где Iст.макс., Iст.мин. − максимальное и минимальное значение тока стабилизации стабилитрона. При выборе значения β транзистора следует иметь в виду, что чем меньше ток отбираемый транзистором от стабилитрона, тем

больше Kст.

Мощные транзисторы имеют, как правило, малый коэффициент усиления тока от 10 до 40). Поэтому для получения больших токов нагрузки можно использовать два и более транзисторов, включенных по схеме Дарлингтона.

Стабилизатор (рис.2.33.) можно рассматривать и как простейший компенсационный стабилизатор, так как в нем реализуется отрицательная обратная связь по напряжению. Нетрудно заметить, что в качестве регулирующего элемента выступает транзистор, для управления которым необходимы малые напряжения (около 0,2 – 0,6), что позволяет обойтись без измерительного элемента и преобразующего устройства.

Работа стабилизатора заключается в том, что при нормальном режиме (отсутствие дестабилизирующих факторов) на стабилитроне создается

опорное напряжение Uст, которое распределяется между переходом базаэмиттер транзистора и нагрузкой Uст = Uбэ + Uн, то есть устанавливается некоторое значение Uбэ = Uст − Uн, определяющее степень открытия тран-

зистора VT (сопротивление перехода коллектор–эмиттер Rкэ). Предположим, что изменяется сопротивление нагрузки, что приводит к изменению тока нагрузки. То есть данный дестабилизирующий фактор стремится изменить значение выходного напряжения в сторону увеличения или уменьшения. Процесс стабилизации схематично можно изобразить следующим образом:

Введение в схему (рис.2.33.) потенциометра, подключенного параллельно стабилитрону, позволяет плавно регулировать выходное напряже-

ние (рис.2.34).

Рис.2.34. Параметрический стабилизатор с регулировкой выходного напряжения.

При расчете схемы с регулировкой выходного напряжения необходимо учитывать, что для нормальной работы стабилизатора необходимо

обеспечить протекание тока через Rр большего по величине тока базы транзистора не менее чем в 3 раза.

2.5. Компенсационные стабилизаторы

Общие сведения. Компенсационные стабилизаторы обладают более лучшими параметрами, чем параметрические стабилизаторы. Принцип их действия основан на том, что последовательно или параллельно с нагруз-

кой включается некоторое компенсационное сопротивление Rк (рис.2.35).

Рис.2.35. Компенсационные стабилизаторы а – последовательный;

б– параллельный.

Взависимости от вида подключения Rк компенсационные стабилизаторы делятся на последовательные и параллельные.

Всхеме последовательного стабилизатора входное напряжение Uвх

распределяется между Rк и Rн: Uвх = Uк + Uн. Стабилизация напряжения на нагрузке достигается за счет изменения Rк, а следовательно и падения напряжения на Rк в соответствии с принципом:

Uн ↑ → Rк↑ → (Uк = Uвх – Uн)↑ → Uн ↓

Uн ↓ → Rк↓ → (Uк = Uвх – Uн)↓ → Uн ↑

При параллельном соединении компенсационного резистора и нагрузки Uвх подается на делитель напряжения, образованный балластным резистором Rб и параллельно включенными Rк и Rн. Стабилизация напряжения Uн осуществляется за счет изменения Rк. При этом изменяется ток Iвх = Iк + Iн . Изменение Iвх приводит к изменению падения напряжения на

балластном сопротивлении Uб и напряжение на нагрузке поддерживается постоянным:

Uн ↑ → Rк↓ → Iк ↑ → (Iвх = Iк + Iн)↑ → Uб ↑ → Uн ↓

Uн ↓ → Rк↑ → Iк ↓ → (Iвх = Iк + Iн)↓ → Uб ↓ → Uн ↑

Изменение сопротивления Rк в стабилизаторах происходит автоматически в зависимости от текущих значений Iн , Uвх и Uн.

Чаще всего в качестве Rк используются транзисторы (рис 2.36). При использовании биполярного транзистора Rк представляет собой сопротивление перехода коллектор–эмиттер (Rк = Rкэ). Управляющим электродом является база транзистора. Для полевого транзистора Rк – сопротивление

канала между стоком и истоком (Rк = Rси). Управляющим электродом является затвор.

Рис 2.36. Транзисторы в качестве компенсационных сопротивлений

а– биполярный;

б– полевой.

Параллельные и последовательные стабилизаторы. Параллельные стабилизаторы имеют меньший КПД и применяются реже. Для стабилизации повышенных напряжений и токов при переменных нагрузках обычно используют стабилизаторы напряжения последовательного типа. Однако данные устройства необходимо защищать от короткого замыкания выход-

ной цепи и выбирать транзистор с допустимым напряжением Uкэ > Uвх. Структурные схемы компенсационных стабилизаторов представлены на рис.2.37.

Регулирующим элементом является транзистор. На схему сравнения поступает два напряжения: опорное и выходное. Разность этих напряже-

ний ∆U = Uвых – Uоп, усиленная усилителем постояного тока является управляющим напряжением Uупр, задающим необходимое внутреннее сопротивление РЭ.

Рассматривыемые устройства, в отличии от параметрических стабилизаторов, имеют меньшее выходное сопротивление за счет наличия отрицательной обратной связи по напряжению, а следовательно, и лучшие стабилизирующие свойства.

Источник опорного напряжения (ИОН) обычно представляет собой однокаскадный параметрический стабилизатор на кремниевом стабилитроне. От качества ИОН существенно зависит качество работы стабилизатора. Если по какой–либо причине изменяется напряжение стабилизации стабилитрона, то изменяется и напряжение на выходе