4. Исследование компенсационных стабилизаторов напряжения и тока Общие сведения

Компенсационный стабилизатор напряжения (рис. 4.4.1а) представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования и включает в себя регулирующий элемент (транзистор VT), сравнивающее устройство (операционный усилитель ОУ) и источник опорного напряжения (стабилитронVD). НагрузкаR_нвключена последовательно с регулирующим элементом (в цепь эмиттера).

Рис. 4.4.1

Когда выходное напряжение (U_вых) по какой либо причине снижется, на входе операционного усилителя появляется отрицательное напряжение ошибки. Выходное напряжение усилителя возрастает, что приводит к увеличению тока базы. Транзистор открывается до такого состояния, при котором напряжение на нагрузке становится равным исходному. При увеличении выходного напряжения транзистор, наоборот, закрывается. Но если входное напряжение (U_вх) снизится ниже значенияU_вх мин, при котором ток в стабилитроне становится меньше минимального тока стабилизации, работа схемы нарушается, и выходное напряжение уменьшается примерно пропорционально входному напряжению (рис. 4.4.1б).

Для нормальной работы стабилизатора необходимо, чтобы входное напряжение превышало выходное. Величина стабилизированного выходного напряжения (уставка) задаётся соотношением сопротивлений делителя R₁/R₂. В идеальном случае

,

где U_оп– напряжение источника опорного напряжения (в данном случае, стабилитронаVD).

Схема компенсационного стабилизированного источника тока показана на рис. 4.4.2а. В ней нагрузка (R_н) также соединена также последовательноcрегулирующим элементом (в цепь коллектора транзистораVT). В эмиттер транзистора включен шунт (R_ш), напряжение на котором пропорционально току нагрузки (I_н). Сравнение этого напряжения с опорным напряжением стабилитрона происходит непосредственно на базе и эмиттере транзистора. Уставку стабилизатора можно изменять подбором сопротивления шунта. В идеальном случае

,

где U_оп– напряжение источника опорного напряжения (в данном случае, стабилитронаVD), аU_бэ0,5…0,8 В – прямое напряжение между базой и эмиттером.

При уменьшении тока неважно из-за уменьшения входного напряжения или увеличения сопротивления нагрузки напряжение на шунте уменьшается, и разность напряжений на базе и эмиттере увеличивается. Это приводит к увеличению тока базы и увеличению тока коллектора и эмиттера до первоначального значения. Однако, если входное напряжение упадёт ниже значения, при котором обеспечивается минимальный ток стабилизации стабилитрона, ток нагрузки будет изменяться примерно пропорционально входному напряжению (рис.4.4.2б). Работа стабилизатора нарушается также при увеличении сопротивления нагрузки выше некоторого предельного значения.

Рис. 4.4.2

Экспериментальная часть Задание

Снять экспериментально зависимость выходного напряжения компенсационного стабилизатора напряжения от входного U_вых(U_вх), определить минимальное входное напряжение U_вх._мини выходное напряжение стабилизации. Последнее сравнить с расчётным значением.

Снять экспериментально зависимость тока нагрузки стабилизатора тока от входного напряжения I_н(U_вх) , определить минимальное входное напряжение U_вх._мини ток стабилизации. Последний сравнить с расчётным значением.