книги / Транзисторные стабилизаторы напряжения

напряжение на нагрузке с изменением тока нагрузки практически не меняется.

Классификация стабилизаторов напряжения по способам управ­ ления и включения РЭ. Простейшие стабилизаторы состоят из одного РЭ, включаемого непосредственно в силовую цепь, по кото­ рой напряжение поступает в нагрузку. При этом если РЭ работает как управляемое сопротивление в течение всего времени работы ста­ билизатора, то такие стабилизаторы называют стабилизаторами непрерывного действия или стабилизаторами с непрерывным регу­ лированием.

Переключающие свойства транзисторов позволяют также строить схемы стабилизаторов с импульсным регулированием. В этом случае РЭ работает как переключатель. Регулируя определенным образом моменты отпирания и запирания такого РЭ, на нагрузке можно получить стабильное среднее напряжение при нестабильном входном напряжении. Достоинством импульсного режима регулирования является возможность достижения высокой экономичности стабили­ заторов. Однако в радиолюбительской практике импульсные стаби­ лизаторы напряжения пока не нашли Широкого применения. (Далее этот класс схем в книге не рассматривается.)

В зависимости от вида управления регулирующим элементом различают стабилизаторы параметрические, компенсационные и ком­ бинированные.

Параметрическими называют стабилизаторы, у которых РЭ воз­ действует на выходное напряжение таким образом, чтобы прибли­ зить его к заданному без оценки их разницы. В таких стабилизато­ рах нет обратной связи с выхода стабилизатора на вход РЭ, по­ этому управляющий сигнал не зависит от выходного напряжения. Это наиболее простые, но и наименее совершенные стабилизаторы.

Другой вид управления заключается в получении управляющего воздействия на РЭ путем сравнения выходного стабилизированного напряжения с заданным напряжением, называемым опорным. Ста­ билизаторы, использующие этот вид управления, называются ком­ пенсационными. Для получения управляющего сигнала они содер­ жат (рис. 4,а) источник опорного напряжения Ц0, измерительный элемент И, элемент сравнения ЭС, а также усилитель У, необходи­ мый для усиления сигнала рассогласования между опорным и вы­

Рис. 4. Структурные схемы стабилизаторов напряжения с обратными связями.

11

цого напряжения. Такие стабилизаторы называют иногда стабили­ заторами с обратными связями. Они представляют собой типичный пример системы автоматического регулирования.

В комбинированных стабилизаторах напряжения РЭ управляет­ ся параметрически и через обратные связи. При этом сигнал па­ раметрического управления может подаваться непосредственно на управляющий вход или подаваться в канал обратной связи. Струк­

ки, температуры и т. п.) структурные схемы могут дополняться обратными связями, которые компенсируют эти воздействия.

Стабилизаторы напряжения последовательного типа. Структур­ ная схема компенсационного стабилизатора последовательного типа приведена на рис. 5. Стабилизатор представляет собой управляе­ мый делитель напряжения, в верхнем плече которого включен ре­ гулирующий элемент, а в нижнем нагрузка.

Для такого стабилизатора характерно примерное равенство

( / н » / у ) .

В связи с этим последовательные схемы обладают значительным

пряжения, уменьшение тока нагрузки и т. п.) напряжение на выхо­ де стабилизатора UH повысилось, в результате чего напряжение на выходе измерительного элемента превысило опорное напряжение U0. В этом случае напряжение на выходе элемента сравнения будет Uc= U Bkд—Uо (где 6д — коэффициент деления выходного напря­ жения измерительным элементом). Это напряжение усиливается уси­ лителем постоянноготока УПТ и поступает для управления регу­ лирующим элементом. Под действием управляющего напряжения U7

12

падение напряжения на РЭ увеличивается, а следовательно, напря­ жение на выходе стабилизатора будет уменьшаться. Этим обес­ печивается отрицательная обратная связь в схеме.

В установившемся режиме выходное напряжение стабилизато­ ра сохраняется практически постоянным; малый уровень его измене­ ния (нестабильность) AUa при воздействии дестабилизирующих факторов будет тем меньше, чем больше коэффициент усиления

УПТ.

Стабилизаторы напряжения параллельного типа. Структурная схема типового компенсационного стабилизатора параллельного типа приведена на рис. 6. Подобно стабилизатору последовательного типа

номинальному току нагрузки. Поэтому стабилизаторы параллельно­ го типа имеют довольно низкий к. п. д. 0,3—0,4.

Работа стабилизатора напряжения параллельного типа в прин­ ципе аналогична работе стабилизатора последовательного типа. Рас­ смотрим, например, случай повышения напряжения £/вх. Очевидно, что при этом возрастет напряжение на нагрузке. Это приведет к то­ му, что напряжение на выходе измерительного элемента И превысит опорное напряжение и на выходе элемента сравнения будет действо­ вать сигнал UC= UвкЛ‘—U0. Усиленный сигнал подается на управ­ ляющий вход РЭ. Под действием управляющего напряжения UY увеличивается ток через РЭ /рэ, в результате чего возрастает паде­

ние напряжения на балластном резисторе, а выходное напряжение уменьшается. Процесс регулирования закончится при достижении

(с некоторой точностью) напряжением Un своего номинального зна­ чения.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

Каждый из рассмотренных типов стабилизаторов напряжения имеет определенные достоинства и недостатки. Поэтому в каждом

случае разработки стабилизированного источника питания необхо­ димо учитывать следующее.

13

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ СТАВИЛИЗАТ01ЮВ НАПРЯЖЕНИЯ

РЕГУЛИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

В качестве регулирующих элементов в стабилизаторах напря­ жения с непрерывным регулированием используются транзисторы. Регулирующие транзисторы должны:

1)обеспечивать регулирование заданного тока нагрузки при большом усилении по мощности;

2)обладать достаточной (с учетом заданной выходной мощно­

сти стабилизатора и диапазонов изменения входного и выходного напряжений) рассеиваемой мощностью;

возможных значениях входного и выходного напряжений стабили­ затора.

Существуют три основных типа транзисторных регулирующих элементов в стабилизаторах напряжения — последовательный, после­ довательный с шунтом и параллельный (рис. 7).

Для уменьшения тока управления регулирующий транзистор выполняется составным из двух или более транзисторов (рис. 8,а). Применение составного регулирующего транзистора позволяет су­ щественно улучшить параметры стабилизатора и соглгк.звать мощ­ ный регулирующий транзистор с маломощным усилителем постоян­ ного тока (УПТ).

В таком регулирующем элементе при уменьшении нагрузки до нуля (или некоторого минимального значения, близкого к нулю) или повышении температуры базовый ток транзистора Ту может стать равным нулю или даже переменить направление за счет не­

15

управляемого обратного тока коллектора. 6о избежание запирания транзистора Г2 его режим следует стабилизировать с помощью резистора Яи по цепи которого протекает дополнительный ток I R I. Ток эмиттера Г2 при этом равен:

ветствующий максимальной температуре окружающей среды. Для стабилизации режима Т% можно также увеличивать отношение

/н/Лгшп за счет включения балластной нагрузки на выходе стабилизатора. Однако такой метод снижает к. п. д. стабилизатора.

Рис. 8. Регулирующие элементы на нескольких транзисторах.

На практике наибольшее распространение получили стабилиза­ торы с последовательным включением регулирующего транзистора и нагрузки, обеспечивающие сравнительно большой к. п. д. ста­ билизатора и небольшую рассеиваемую мощность регулирующего транзистора. Последовательные регулирующие элементы с шунтом используются на практике при постоянном токе нагрузки стабили­ затора. В таких стабилизаторах мощность, рассеиваемая регули­ рующим транзистором, меньше, чем в схеме без шунта при одном и том же значении к. п. д. Стабилизаторы с параллельным включе­ нием регулирующего элемента и нагрузки по величине к. п. д. и мощности, рассеиваемой на регулирующем транзисторе, уступают указанным и применяются в тех случаях, когда короткое замыка­

низкочастотные и среднечастотные германиевые и кремниевые тран­ зисторы средней и большой мощности (табл. 1). Применение крем­ ниевых транзисторов предпочтительнее, поскольку они (при прочих равных условиях с германиевыми транзисторами) обеспечивают ра­ боту стабилизаторов в более тяжелых температурных условиях.

16

ния по току в схеме с общим эмиттером

переход — среда Тип перехода, материал

18

Т аблица 1

1,5/35 2/35 3/60 0,05/20 0,05/20 0,05/20 1/15 1/15 1/15

0,75/15 0,75/15 0,75/15 0,05/10 0,05/10 0,05/10 100/4 100/4 100/4

р-п-р, германий

19

20