10.2 Стабилизатор напряжения постоянного тока

Стабилизатор напряжения постоянного тока предназначен для поддержания постоянным по величине напряжения на нагрузке с допустимой точностью.

Принцип действия стабилизатора основан на усилительных свойствах транзисторов, способности стабилитрона поддерживать постоянным напряжение и компенсационном принципе построения схемы.

Рисунок 10.3 – Схема транзисторного компенсационного стабилизатора

VT1 – регулирующий элемент, включён последовательно с нагрузкой;

VT2 – усилитель постоянного тока, усиливает сигнал рассогласования, расширяет пределы регулирования;

VD1 – стабилитрон, поддерживает постоянным напряжение;

R1 – ограничивает ток, является нагрузкой усилителя;

R2, R3 – делитель напряжения, уменьшает выходное напряжение;

R4 – ограничивает ток стабилитрона;

С1 – уменьшает пульсации напряжения на нагрузке.

При подключении питания стабилизатор начинает функционировать, токи протекают по элементам схемы, происходит непрерывное автоматическое регулирование напряжения на нагрузке.

При увеличении напряжения на нагрузке, напряжении на делителе и на резисторе R3 возрастает. Напряжение на стабилитроне VD1 остаётся неизменным.

Ток базы транзистора VT2 увеличивается, что приводит к возрастанию тока в цепи его коллектора. Положительный потенциал базы транзистора VT1 уменьшается, базовый ток его становится меньше. Возрастает сопротивление «коллектор – эмиттер», увеличивается падение напряжения на регулирующем транзисторе, а напряжение уменьшается до первоначального значения с определённой точностью.

При уменьшении напряжения автоматически уменьшается сопротивление регулирующего транзистора, падение напряжения на нём уменьшается, а напряжение на нагрузке возрастает до первоначального значения с определённой точностью.

Достоинства: простота схем, небольшие размеры и вес, большой коэффициент стабилизации, высокое быстродействие.

Недостатки: низкий коэффициент полезного действия, влияние температуры среды и радиации.

Применение: при небольшой мощности.

10.3 Способы повышения качественных показателей компенсационного стабилизатора

Для улучшения качественных показателей компенсационного стабилизатора:

1. Применяют транзисторы с большим коэффициентом передачи по току.

2. В качестве регулирующего элемента используют составной транзистор, коэффициент передачи которого резко увеличивается (Кст_общ = Кст₁ • Кст₂), что приводит к увеличению коэффициента стабилизации.

3. Резистор R1 заменяют стабилизатором тока, ток питания усилителя не изменяется, коэффициент стабилизации увеличивается.

4. Питание усилителя постоянного тока осуществляют от отдельного стабилизированного источника, что приводит к увеличению коэффициента стабилизации.

5. С целью увеличения температурного коэффициента стабилизации предусматривают температурную компенсацию, включают последовательно с резистором R2 диоды в прямом направлении, имеющие отрицательный температурный коэффициент.

6. В качестве усилителя постоянного тока применяют дифференциальный усилитель, состоящий из двух транзисторов и имеющий глубокую отрицательную связь, что повышает температурный коэффициент стабилизации.