Компенсаційні стабілізатори напруги
Компенсаційні стабілізатори мають покращені параметри, ніж параметричні. Принцип їх дії заснований на тому, що послідовно або паралельно з навантаженням включається регулюючий елемент (РЕ). В залежності від підключення РЕ компенсаційні стабілізатори поділяються на послідовні та паралельні.
Паралельні стабілізатори мають менший ККД та застосовуються рідше. Для стабілізації підвищених напруг і струмів при змінних навантаженнях зазвичай використовують стабілізатори напруги послідовного типу. Однак дані пристрої необхідно захищати від короткого замикання у навантаженні та вибирати транзистор з допустимою напругою Uке > Uвх. Структурні схеми компенсаційних стабілізаторів представлені на рис. 4.
Рисунок 4. – Структурні схеми компенсаційних стабілізаторів: РЕ- регулюючий елемент; ППС – підсилювач постійного струму; ВЕ – вимірювальний елемент; СП - схема порівняння; ДОН – джерело опорної напруги.
Регулюючим елементом є транзистор. До схеми порівняння надходить дві напруги: опорна та вихідна. Різниця цих напруг ∆U=Uвих-Uоп підсилена ППС є керуючою напругою Uкер, що задає необхідний внутрішній опір РЕ.
Джерело опорної напруги (ДОН) зазвичай являє собою однокаскадний параметричний стабілізатор на стабілітроні. Від якості ДОН істотно залежить якість роботи стабілізатора. Якщо з якоїсь причини змінюється напруга стабілізації стабілітрона, то змінюється і напруга на виході компенсаційного стабілізатора. Це слід враховувати при виборі стабілітрона.
Призначення схеми порівняння (СП) - визначати відхилення вихідної напруги (або її частини) від заданого (опорного) значення ДОН та передача даного відхилення на схему ППС по ланці зворотного зв'язку. Схема порівняння може бути виконана на одному або декількох транзисторах. В стабілізаторах напруги СП зазвичай об’єднують з ППС і джерелом опорної напруги.
Вимірювальний елемент (ВЕ) являє собою резистивний дільник напруги, підключений до виходу стабілізатора. Основна вимога до ВЕ - постійність коефіцієнта ділення. У ланці ВЕ може бути включений змінний резистор, що дозволить в певних межах змінювати вихідну напругу.
ППС в звичайних стабілізаторах поєднується зі СП. Для збільшення коефіцієнта стабілізації та зменшення похибок, викликаних зміною температури і розкидом параметрів елементів застосовують диференціальні схеми ППС. Ще кращими характеристиками володіють стабілізатори з багатокаскадним ППС або ППС, виконаний на операційних підсилювачах (ОП).
Встановлення номінального значення вихідної напруги в компенсаційних стабілізаторах може здійснюватися:
1) дільником вихідної напруги,
2) дільником опорної напруги,
3) одночасним поділом опорної та вихідної напруги.
Реалізація компенсаційних стабілізаторів на транзисторах
Принципова схема простого компенсаційного стабілізатора напруги на транзисторах приведена на рис. 5.
Рисунок 5. – Послідовний компенсаційний стабілізатор напруги на двох транзисторах
Регулюючим елементом є транзистор VT1 (RК = RКЕ1). Резистор R2 із стабілітроном VD утворюють параметричний стабілізатор напруги (ДОН). Резистори R3 і R4 являються дільником вихідної напруги (ВЕ). На транзисторі VT2 виконується схема порівняння та ППС.
Потенціал точки А відносно землі UA залежить від вхідної напруги UBX і стану транзистора VT2. Враховуючи, що транзистор VT1 включений за схемою повторювача напруги і беручи до уваги мізерність падіння напруги UБЕ1 в порівнянні з UBИХ, можна вважати, що UBИХ ~ UA. Отже, задача стабілізації вихідної напруги полягає в підтримці постійної величини UA = UBX - UR1.
Нехай під дією дестабілізуючих факторів напруга на навантаженні збільшилася. Це призведе до зростання напруги UБЕ2, наслідком чого буде збільшення колекторного струму транзистора VT2. У результаті зростання ІК2 збільшується падіння напруги на резисторі R1, потенціал точки А зменшується, а, отже, і вихідна напруга.
При зменшенні вихідної напруги зменшується напруга UБЕ2. Опір переходу колектор-емітер VT2 збільшується, а, отже, ІК2 зменшується, наслідком чого стає зменшення UR1. Потенціал точки (А) а, отже, і вихідна напруга збільшується.
У символьній формі механізм стабілізації напруги можна представити таким чином:
