1.3.1. Принцип действия схемы.

На входы усилителя сигналов рассогласования 3, в качестве которого в ИСН применяют дифференциальный усилитель постоянного тока, поступают два сигнала: напряжение Е_оп с источника опорного напряжения (в данной схеме мы назвали его задатчиком), и выходное напряжение с резистивного делителя R1, R2, выполняющего функции датчика.

Усилитель 3 имеет значительный коэффициент усиления по напряжению (К_u>>1). Регулирующий транзистор 4 в данной схеме обладает большим коэффициентом усиления по току (Кi>>1), но его коэффициент усиления по напряжению близок к единице, поскольку это схема ОК.

Допустим, что по каким-то причинам напряжение на выходе стабилизатора увеличивается (например, возросло U_вх). Тогда увеличивается напряжение и на выходе резистивного делителя R1, R2. Это изменение выходного напряжения поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя сигналов рассогласования 3.

Поскольку усилитель 3 имеет большой коэффициент усиления по напряжению, то даже незначительное увеличение напряжения на выходе стабилизатора должно было бы привести к существенному уменьшению напряжения на выходе усилителя, а значит и на выходе регулирующего транзистора 4, включенного по схеме эмиттерного повторителя. Однако такое возможно было бы только в разомкнутой системе, в которой выход регулирующего элемента не связан с инвертирующим входом усилителя 3. В замкнутых же системах автоматического регулирования, к одной из разновидностей которых относится и рассматриваемый компенсационный стабилизатор, это приведет лишь к небольшому изменению (увеличению) напряжения на эмиттере регулирующего транзистора. Объясняется это главным образом действием глубокой отрицательной обратной связи: любому самопроизвольному изменению выходного напряжения стабилизатора будет препятствовать усиленный сигнал, поступающий в противофазе на базу регулирующего транзистора.

При уменьшении напряжения U_вх регулирующий транзистор наоборот будет передавать на выход большее напряжение, поступающее с выхода усилителя 3 и, тем самым, скомпенсирует это уменьшение. Поэтому на эмиттере регулирующего транзистора 4 произойдет незначительное (по сравнению с входным) уменьшение напряжения.

Выходное напряжение стабилизатора нетрудно определить, если известны коэффициенты передачи датчика К_д, усилителя К_у и регулирующего элемента К_ур:

Изменение выходного напряжения стабилизатора при изменении входного напряжения и тока нагрузки будет зависеть от коэффициента стабилизации схемы и ее выходного сопротивления:

где

k_ст - абсолютный коэффициент стабилизации.

Полагая I_н = 0 (R_н = const), будем иметь:

U_вых = U_вх K_п1 -  U_вых K _д K_y K_yp.

Тогда абсолютный коэффициент стабилизации схемы на рис 5 можно определить следующим образом:

С учетом величин входного и выходного напряжения коэффициент стабилизации компенсационного СН будет иметь вид:

.

Таким образом, коэффициент стабилизации компенсационного стабилизатора тем выше, чем больше коэффициент передачи разомкнутой системы регулирования (т.е. больше произведение К_д К_у К_ур, и меньше коэффициент передачи регулирующего элемента для входного напряжения К_п1. Этот передаточный коэффициент определяется при разомкнутой петле обратной связи:

В общем случае, когда нагрузочное сопротивление усилителя 3 R_н3 подключено к автономному стабилизированному источнику питания, не связанному с входным напряжением U_вх, то:

где R_ip - внутреннее сопротивление регулирующего транзистора. Оно определяется следующим образом:

R_{вых р} - выходное сопротивление регулирующего транзистора 4 .

Если же для питания усилителя используется один и то же нестабилизированный источник U_вх (см. рис. 5, где подключение резистора R_н3 показано пунктиром), тогда

где R _вхр - входное сопротивление регулирующего элемента 4.

В интегральных СН усилитель сигнала рассогласования имеет, как правило, динамическую нагрузку на полевом транзисторе. Это способствует увеличению коэффициента стабилизации схемы за счет увеличения коэффициента усиления усилителя 3 и одновременного уменьшения К_п1.

Выходное сопротивление компенсационного СН можно определить при U_вх= 0 и известном R_{вых р} :

Таким образом, применение усилителя с большим коэффициентом усиления позволяет не только увеличить К_ст , но и значительно снизить выходное сопротивление компенсационного СН.

Коэффициент полезного действия стабилизатора непрерывного действия сравнительно невысокий (0,5...0,75):

где I_ст I _н - ток, потребляемый стабилизатором.

Мощность, рассеиваемая регулирующим элементом, определяется следующим образом:

Р_к4 = I_н(U_вх - U_вых).

Отметим, что схема на рис.5 относится к стабилизаторам последовательного типа, поскольку регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой. Для обеспечения безотказной работы стабилизатора ИСН снабжаются устройствами защиты от короткого замыкания в цепи нагрузки.