Основы построения линейных стабилизаторов

Основными параметрами стабилизаторов напряжения являются входное и выходное напряжения, коэффициент стабилизации по напряжению , внутреннее сопротивление . Последний параметр определяет изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки .

Простейшими линейными стабилизаторами напряжения являются параметрические стабилизаторы, работа которых основана на свойствах вольт-амперной характеристики стабилитрона поддерживать на нем постоянное падение напряжения. Простейшая схема параметрического стабилизатора приведена на рис.8.1 а. Балластный резистор выбирается из соотношения

,

где , - напряжение и ток стабилизации стабилитрона; - входное напряжение стабилизатора.

Такой стабилизатор может работать при токах нагрузки, не превышающих ток стабилизации стабилитрона. При необходимости обеспечить больший ток стабилизации используют схему, показанную на рис рис.8.1 б. В данной схеме максимальный ток стабилизации определяется допустимым током транзистора.

Рис.8.1. Параметрические стабилизаторы напряжения.

Коэффициент стабилизации параметрических стабилизаторов невелик и определяется формулами

для схемы на рис 8.1 а,

для схемы на рис. 8.1 б,

где , - параметры транзистора, - дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Для стабилизатора на рис.8.1 а. , а для стабилизатора на рис.8.1 б. .

Внутреннее сопротивление схемы на рис.8.1 а определяется дифференциальным сопротивлением стабилитрона, а для схемы на рис.8.1 б его можно определить по формуле

.

Компенсационные стабилизаторы напряжения (КСН) обладают гораздо лучшими характеристиками, чем параметрические, поскольку обеспечивают необходимую стабильность напряжения на нагрузке при помощи цепи отрицательной обратной связи, воздействующей на регулирующий элемент (РЭ). В зависимости от схемы включения РЭ компенсационные стабилизаторы разделяются на последовательные и параллельные, структурные схемы которых приведены на рис. 8.2 а и б соответственно.

Рис.8.2. Структурные схемы непрерывных стабилизаторов.

В состав КСН любого типа входят следующие основные функциональные узлы: регулирующий элемент, устройство сравнения (УС), усилитель постоянного тока (УПТ).

Регулирующий элемент обычно выполняется на составных транзисторах, рассмотренных в главе 3.

Схема сравнения и усилитель постоянного тока, как правило, функционально объединены. Поэтому одновременно с формированием сигнала рассогласования осуществляется его предварительное усиление. На рис. 8.3 приведены основные схемы сравнения, выполненные на одном транзисторе.

Каждая схема содержит делитель напряжения, источник опорного (эталонного) напряжения который обычно выполняется на стабилитроне, и один или два дополнительных источника напряжения , необходимых для обеспечения нормального режима работы транзисторов. Иногда питание транзисторов осуществляют от выходного напряжения КСН, что позволяет исключить (рис. 8.3 а и б).

В схемах на рис. 8.3 а-в выходное напряжение стабилизатора больше опорного.

Схема на рис. 8.3 г применяется в низковольтных КСН, в которых выходное напряжение меньше опорного.

При пониженных выходных напряжениях для обеспечения нормального режима работы транзистора резистор (и в схеме на рис. 8.3 а) подключаются к дополнительному источнику напряжения, превышающего стабилизируемое выходное напряжение. В качестве такого источника чаще всего выступает входное напряжение стабилизатора .

Рис.8.3. Схемы сравнения, выполненные на одном транзисторе.

В тех случаях, когда требуется высокая температурная стабильность КСН и малый временной дрейф (особенно при низких выходных напряжениях), применяют более сложные дифференциальные схемы.

Если предварительного усиления недостаточно для получения заданного коэффициента стабилизации, включают дополнительные каскады усиления. На вход этих усилителей постоянного тока поступает усиленный сигнал рассогласования, а выход соединяется с базой регулирующего транзистора. При наличии соответствующих напряжений питания целесообразным является использование интегральных операционных усилителей, обладающих значительным усилением и хорошей температурной стабильностью.