4. Мощные стабилизаторы

Простой компенсационный стабилизатор.Выходное напря­жение стабилизатора (рис. 16.20, а) равно 12,6 В. Значение этого напряжения устанавливается с помощью резистораR5. Опорное на­пряжение стабилитрона определяет минимальный уровень выходно­го напряжения. Для эффективной работы стабилизатора на коллекторе усилительного транзистораVT3 устанавливается среднее ме­жду опорным и входным напряжение.

Рис. 1620

Коэффициент стабилизации схемы определяется усилительными свойствами транзистора VT3 и сопротивлением резистораR1. Коэф­фициент стабилизации можно определить по характеристикам, от­ражающим зависимость выходного напряжения от входного, при этом он зависит от значения входного напряжения. Максимальный ток стабилизации определяется регулирующими транзисторамиVT1 иVT2. Он ограничен мощностью, рассеиваемой транзисторомVT1. При больших выходных токах наблюдается уменьшение коэф­фициента стабилизации, что связано с шунтирующим действием со­ставного эмиттерного повторителя, оказываемым на усилительный транзисторVT3. За счет падения напряжения на переходах база — эмиттер транзисторовVT1 иVT2 выходное напряжение уменьшает­ся с увеличением тока нагрузки. Работа стабилизатора проиллю­стрирована графиками рис. 16.20,б, в.

Стабилизатор на интегральной микросхеме КН2ЕН2Б. На вы­ходе стабилизатора (рис. 16.21) напряжение равно 5 В. Максималь­ный ток нагрузки 5 А. Выходное напряжение устанавливается по­тенциометромR8. Входное напря­жение может меняться в пределах от 6 до 15 В. Стабилизатор имеет защиту от короткого замыкания по выходу и от перегрузок, рабо­та которой осуществляется управ­лением через вывод10 микро­схемы.

Увеличение мощности, отда­ваемой стабилизатором. Стабили­затор {рис. 16.22) построен на фиксированное напряжение 6,3 В. Опорное напряжение определяется двумя стабилитронамиVD1 иVD2. Сумма опорных напряжений ста­билитронов определяет выходное напряжение стабилизатора. Выходной ток стабилизатора определяется резисторомR2. Он может превышать предельно допустимое значение для транзистораVT1

Рис. 16.21 Рис. 16.22

Если на входе напряжение Е достигнет максимального значе­ния, то выходной ток стабилизатора протекает через резисторR2. ТранзисторVT1 будет закрыт. При минимальном же значении (£»U) через резисторR2 ток не протекает. Выходной ток стаби­лизатора идет через транзисторVT1. В результате на транзистореVT1 не рассеивается мощность: в первом случае — есть напряже­ние, нет тока, во втором случае — есть ток, нет напряжения. Для промежуточного состояния на транзисторе рассеивается мощность, которая в 4 раза меньше мощности, отдаваемой стабилизатором.

Стабилизатор на дифференциальном каскаде. Стабилизатор (рис. 16.23) имеет фиксированное выходное напряжение. Лишь в небольших пределах (±10%) его можно менять потенциометромR6. Дифференциальный каскад на транзисторахVT3 иVT4 выпол­няет стабилизирующие функции. Регулирующим элементом являет­ся составной повторитель на транзисторахVT1 иVT2.

Стабилизатор на составном регулирующем каскаде. Выходное напряжение стабилизатора (рис. 16.24, а) можно регулировать в пределах от 10 В доЕ. Коэффициент стабилизации схемы зависит от входного напряжения. В стабилизаторе усилитель с ООС постро­ен на двух транзисторахVT3 иVT4. На базу транзистораVT4 по­дается опорное напряжение, а на базу транзистораVT3 — часть выходного напряжения. Основные характеристики стабилизатора приведены на рис. 16.24,б, в.

Рис. 16.23

Рис. 16.24

Стабилизатор с генератором тока.В стабилизаторе (рис. 16.25, а) опорное напряжение формируется на стабилитронеVD2, который питается от генератора постоянного тока, построенного на транзи­стореVT1. Коллекторный ток транзистора задается стабилитро­номVD1. Для увеличения коэффициента стабилизации при вход­ном напряжении 10 В необходимо уменьшить сопротивление рези­стораR2, увеличить тек через стабилитронVD1. Поскольку ток че­рез стабилитронVD2 постоянен, то при увеличении тока на выходе стабилизатора напряжение на этом стабилитроне будет также ме­няться в связи с изменением тока базы транзистораVT3. На рис. 16.25,6 приведена зависимость изменения выходного напря­жения от входного напряжения. Изменение выходного напряжения стабилизатора от тока нагрузки показано на рис. 16.25,в.

Стабилизатор с ООС.Стабилизатор (рис. 16.26, а) имеет фик-снрвпанное выходное напряжение 12,6 В. Опорное напряжение устанавливается на стабилитронеVD1. Это напряжение передается на выход через транзисторы, выполняющие функции повторителя. ТранзисторVT2 включен по схеме усилителя с ОБ, а транзисторVT1 оеуществляст полную ООС. Коэффициент стабилизации зави­сит от входного напряжения. Работа стабилизатора проиллюстри­рована на графиках рис. 16.26,б, в.

Рис. 16.25

Регулируемый стабилизатор на составной каскаде.Стабилиза­тор (рис. 16.27, а) имеет регулируемое выходное напряжение. Оно меняется от 0 до 10 В. Регулировка напряжения осуществляется потенциометромR2. Между стабилитрономVDJ и регулирующим транзисторомVT3 введены два транзистора, которые выполняют разные функции. ТранзисторVT1 является эмиттерным повтори­телем, а транзисторVT2 — усилителем с ОБ, который охвачен пол­ной ООС. Совместно с транзисторомVT3 транзисторVT2 имеет коэффициент передачи тока, равный единице. Работа стабилизато­ра отображена на графиках рис. 16.27,б, в.

Рис. 16.26

Регулируемый стабилизатор на генераторе тока.Стабилизатор (рис. 16.28, а) имеет регулируемое выходное напряжение от 0 до 12,6 В. Опорное напряжение устанавливается на стабилитронеVD2. Рабочая точка стабилитрона определяется генератором тока, по­строенным на транзистореVT3. Ток задается эмиттерным резисто­ромR3 и напряжением на базе, которое устанавливается на стаби­литронеVD1. Ток через стабилитронVD1 (устанавливается транзи­сторомVT4) протекает через базовую цепь транзистораVT2, кото­рый совместно с транзисторомVT1 выполняет функции регулирую­щего каскада. ТранзисторVT2 включен по схеме усилителя, охва­ченного через транзисторVT1 полной ООС. Отрицательная обрат­ная связь распространяется и на транзистореVT4. В результате транзисторVT4 выполняет двойную роль: входит в каскад сложно­го регулирующего элемента и выполняет функции токозадающего элемента в образовании стабильного опорного напряжения. На графиках рис. 16.28,б, в отражены характеристики стабилитрона.

Рис. 16.27

Рис. 16.28

Схема с двойной стабилизацией.Схема стабилизатора (рис. 16.29,а) имеет усилительный каскад с большим сопротивлением нагрузки. В коллекто транзистораVT4 включен генератор тока, построенный на транзистореVT3. Коллекторн-ый ток этого транзистора задается напряжением на диодеVDL Для устранения возбуждения схемы включен конденсатор С. Составной повторитель на транзисторахVT1 иVT2 обеспечивает выходной ток стабилиза­тора. При увеличении выходного тока стабилизированное напряже­ние несколько уменьшается. Это связано с падением напряжения на переходах база — эмиттер транзисторов. Зависимость изменения выходного напряжения стабилизатора от тока нагрузки и входного напряжения показаны на рис. 16.29,б, в.

Схема с динамической нагрузкой регулирующего каскада.Вы­ходное напряжение стабилизатора (рис. 16.30,а) снимаетсяс эмиттера транзистораVT1, рассеиваемая мощность которого опре­деляет ток нагрузки. Для увеличения коэффициента стабилизации в коллектор регулирующего транзистораVT2 включена динамиче­ская нагрузка — транзисторVT2. Для запуска стабилизатора слу­жит резисторR1, который позволяет также скомпенсировать изме­нения выходного напряжения. Поскольку транзисторыVT1 иVT2 охвачены ПОС, то установка тока нагрузки осуществляется под­бором резисторовR2 иR3. РезисторR2 включен для ограничения коллекторного тока транзистораVT2. Меняя сопротивление рези­стораR3, можно добиться необходимой зависимости коллекторного тока транзистораVT2 от тока нагрузки при изменении номинала выходного напряжения стабилизатора. Поскольку базовый ток тран­зистораVT1 равен разности коллекторных токов транзисторовVT2 иVT3, то при увеличении тока нагрузки, вызывающего уменьшение выходного напряжения, ток транзистораVT2 возрастет, а базовый токVT3 уменьшится. В результате ток транзистораVT1 увеличится и скомпенсирует уменьшение напряжения. На рис. 16.30,б, в пред­ставлены графики, характеризующие работу стабилизатора.

Рис 16.29

Рис. 16.30

Стабилизатор с автокомпенсацией. В стабилизаторе (рис. 16.31, а) опорное напряжение устанавливается на диодахVD2 иVD3 с по­мощью генератора тока на транзистореVT1. ТранзисторVT2 также является генератором тока. Этот транзистор выполняет функции динамической нагрузки в усилительном каскаде. Регулирующий каскад собран на транзисторахVT3 иVT4. Для уменьшения изме­нений выходного напряжения стабилизатора с увеличением тока на­грузки ток транзистораVT3 должен протекать через диодVD2. Изменение напряжения на этом диоде компенсирует падение напря­жения на переходах база — эмиттер регулирующих транзисторов. В зависимости от прямого сопротивления диода компенсация изме­нения выходного напряжения стабилизатора может быть различ­ной. Зависимость изменений выходного напряжения от входного по­казана на рис. 16.31,б. На рис. 16.31,в показана область возмож­ных значений этих изменений.

Рис. 16.31

Рис. 16.32

Стабилизатор с защитой от короткого замыкания.При подаче напряжения на вход стабилизатора (рис. 16.32) транзисторVT2 открыт и в его коллекторе существует напряжение 5 В, которое не проходит через стабилитронVD1. ТранзисторVT1 закрыт. В от­крытом состоянии транзисторVT2 находится из-за того, что вы­ходное напряжение стабилизатора превышает опорное напряжение стабилитроновVD3 иVD4. На резистореR7 будет напряжение око­ло 5 В. ТранзисторыVT3—VT5 работают в режиме стабилизации выходного напряжения. При коротком замыкании стабилизатора резко падает выходное напряжение. Оно будет меньше опорного напряжения стабилитроновVD3 иVD4. В базе транзистораVT2 присутствует нулевой потенциал. ТранзисторVT2 закроется. На его коллекторе возрастет напряжение, которое превысит опорное напряжение стабилитронаVD1. Через стабилитрон потечет ток, ко­торый откроет транзисторVT1. Напряжение в коллекторе транзи-бтораVT5 упадет до нуля. ТранзисторыVT3 иVT4 будут защище­ны от короткого замыкания.