3.8 Однотранзисторний послідовний стабілізатор

Стабілізатор являє собою емітерний повторювач на транзисторі VT1, напруга на базі якого стабілізується параметричним стабілізатором (R1, VD1), рисунок 3.16 [3].

Рисунок 3.16 – Схема однотранзисторного КСН

Напруга на навантаженні стабілізатора визначається виразом:

, (3.26)

де - напруга на стабілітроні,- падіння напруги на переході база-емітер транзистора.

Припустимо, що при роботі КСН напруга на навантаженні з якої-небудь причини зросла. Опорна напруга на базі при цьому залишиться незмінною. Значить позитивна напруга переходу база-емітер

(3.27)

зменшиться і транзистор VТ1, який працює у лінійному режимі, трохи закриється. Його опір зросте, колекторний струм транзистора зменшиться, а напруга на навантаженні повернеться до початкового значення. Процес стабілізації відбуватиметься і при зменшенні напруги на навантаженні.

Зміни струму навантаження Iн послаблюються на вході транзистора в (1+β) разів, де – коефіцієнт підсилення транзистора. Це визначає вимоги до величини струму, який протікає через стабілітрон.

Коефіцієнт стабілізації КСН визначається коефіцієнтом стабілізації параметричного стабілізатора:

, (3.28)

де - диференціальний опір стабілітрона.

Вихідний опір дорівнює:

, (3.29)

де ,- опори бази та емітера транзистора.

Практично дорівнює десяткам, аОм.

3.9 Ксн з підсилювачем у колі зворотного зв'язку

Стабілізатор (рисунок 3.17) складається з регулюючого транзистора VT1, підсилювача постійної напруги (VT2, R1), джерела опорної напруги R2, VD1, дільника напруги R3, R4, R5 [3, 7].

При зміні вхідної напруги Uвх, наприклад збільшенні, у перший момент зростає вихідна напруга Uвих. Це призводить до збільшення негативної напруги на базі транзистора VT2 відносно напруги емітера, яка визначається ПСН на елементах R2, VD1. Струми бази і колектора транзистора VT2 збільшуються і зменшується напруга на базі VT1 відносно його емітера.

Відмічені фактори викликають збільшення напруги на переході колектор-емітер і зменшення напруги на навантаженні до початкового значення з деякою похибкою, яка визначається параметрами схеми.

Рисунок 3.17 – Схема компенсаційного стабілізатора з підсилювачем

Припустимо далі, що зменшився опір навантаження Rн. Відповідно виріс струм і зменшилась вихідна напруга. Напруга база-емітер транзистора VT2 стала більш позитивною. Струми його бази та колектора зменшилися. Напруга на базі транзистора VT1 зростає і збільшується струм бази, транзистор відкривається. Падіння напруги на переході колектор-емітер зменшується, а на навантаженні значення напруги повертається до початкового.

Регулюється вихідна напруга резистором R4. При переміщенні движка в сторону плюсової шини транзистор VT2 закривається, а напруга на навантаженні збільшується.

Для якісної оцінки коефіцієнта стабілізації та вихідного опору стабілізатора можна скористатися співвідношеннями [3, 4, 5]:

, (3.30)

,

де ;– коефіцієнт підсилення підсилювача на транзисторіVT2; – коефіцієнти передачі струмів транзисторівVT1, VT2 у схемі з загальним емітером; – вхідний опір транзисторівVT1 і VT2; – диференціальний опір стабілітрона.

Окрім зменшення повільних флуктуацій транзисторний стабілізатор зменшує рівень пульсацій вихідної напруги, тобто можна сказати, що він виконує функції фільтра. Коефіцієнт згладжування пульсацій приблизно дорівнює коефіці­єнту стабілізації.

Підсилювач у розглянутому КСН живиться нестабілізованою напругою, тому це призводить до появи певної нестабільності і вихідної напруги. Для її зменшення напругу на резистор R1 подають від додаткового стабілізатора або замість резистора вмикають генератор струму (рисунок 3.18) [8, 7], де генератор струму утворюється елементами VD1, R1 R2, VТ1. Крім стабілізації струму, таке рішення веде до збільшення коефіцієнта підсилення підсилювача постійної напруги на транзисторі VТ3.

Тут застосована також температурна компенсація змін напруги стабілітрона VD2. Мається на увазі, що його ТКН позитивний. Елементами термокомпенсації є діоди VD3, VD4, які увімкнені у прямому напрямі. ТКН діодів від’ємний. При збільшенні температури від’ємна напруга на емітері VТ3 збільшується, що призводить до його закриття. Однак зменшення падіння напруги на діодах VD3 і VD4, однакове по модулю і протилежне за знаком зміні напруги на VD2, призводить до того, що напруга на переході база-емітер VT2 залишається незмінною.

Рисунок 3.18 – Схема стабілізатора напруги з генератором струму

Якщо діод VD2 має від'ємний ТКН, то в дільник для забезпечення температурної компенсації можна увімкнути терморезистор.