Транзисторный регулятор напряжения с коллекторной обрат­ной связью.

Принципиальная схема такого регулятора напряже­ния представлена на рис. 100.

Рис. 100. Принципиальная схема транзисторного регулятора напряжения с кол­лекторной обратной связью

Регулятор напряжения содержит фильтр, функции которого выполняет дроссель L измерительное устройство (сопротивления R₁, R₂, R и стабилитрон V) и ре­гулирующее устройство, функции которого выполняет транзи­сторное реле с коллекторной обратной связью (транзисторы V₁, V₂, диод V₃, сопротивления R₃, R₄ и R_ос). Нагрузкой тран­зисторного реле является обмотка возбуждения генератора 0В, шунтированная диодом V4.

В регуляторе напряжения используют кремниевые транзи­сторы с переходами n—р—n. Так как кремниевые транзисторы имеют сравнительно высокое пороговое напряжение U_0э, то отрицательного смещения на эмиттерном переходе не создают. Для перевода транзистора в состояние отсечки достаточно, чтобы напряжение U_э = 0.

Как уже отмечалось, в генераторных установках переменного тока применяют в основном двухполупериодные трехфазные схемы выпрямления, при этом частота пульсации выпрямленного на­пряжения

Частота пульсации выпрямленного напряжения при макси­мальной частоте вращения ротора составляет несколько кило­герц. Если с такой частотой переключать транзисторы, то велики потери и низка точность регулирования. Поэтому в транзистор­ных регуляторах напряжения для генераторов переменного тока применяют различные фильтры и регулирование напряжения осуществляют по среднему значению выпрямленного напряже­ния U_d, а регулятор работает в режиме автоколебаний. Особен­ностью этого регулятора напряжения является наличие коллек­торной обратной связи, образованной посредством сопротивле­ния R_ос, включенного между коллектором транзистора V₂ и ба­зой транзистора V₁.

Действие коллекторной обратной связи проявляется следую­щим образом. При U_d = U_ср по цепочке V—R протекает ток I = I_ст и напряжение на эмиттерном переходе транзистора V₁ достигает порогового напряжения (U_Оэ1 = I_стR. Транзистор V₁ начинает переключаться из состояния отсечки в состояние насы­щения, а транзистор V₂ — в состояние отсечки. При этом по­тенциал коллектора V₂ возрастает, ток, протекающий по цепи R_ос—R, увеличивается, что приводит к скачкообразному повы­шению напряжения на эмиттерном переходе транзистора V₁

и переключению его из состояния отсечки в состояние насыще­ния. Напряжение U_эк1 скачкообразно уменьшается.

Чтобы обеспечить состояние отсечки транзистора V₂, напря­жение U_эк1 к его входу подается через диод U₃. Если U_эк1 = U_Од, то напряжение на входе транзистора U₂ равно нулю, транзистор находится в состоянии отсечки.

При U_d = U_в потенциал коллектора и I_ос уменьшаются, что приводит к скачкообразному снижению напряжения на эмит­терном переходе транзистора и переключению его из состояния насыщения в состояние отсечки.

Транзисторный регулятор напряжения с коллекторной обрат­ной связью относится к I группе, и для него будут справедливы уравнения (49), (50). Напряжение срабатывания и напряжение возврата определяются аналогичным образом. При определении напряжения возврата U_в можно считать, что сопротивление обратной связи R_ос подключено к плюсовому зажиму генератора.

При разработке транзисторных регуляторов напряжения не­обходимо учитывать, что транзисторы имеют сравнительно невысокий коэффициент усиления по току и ма­лое входное сопротивление. Для повышения коэффициента усиления по току β и увели­чения входного сопротивления применяют составные транзисторы.

В общем случае составной транзистор состоит из нескольких транзисторов. Соеди­нение электродов следующее: эмиттер каж­дого последующего транзистора соединен с базой предыдущего, а коллекторы всех транзисторов соединены между собой. Эмит­тером составного транзистора является эмиттер первого транзистора, а базой — база последнего транзистора. На рис. 101 показано распределение токов в транзисторе, состоящем из двух транзисторов.

Рис. 101. Схема состав­ного транзистора

Коэффициент усиления по току составного тран­зистора можно выразить

Входное сопротивление составного транзистора

r_э = (U_э1 + U_э2)/I_б2

также увеличивается. Для обеспечения состояния насыщения первого транзистора в его коллекторную цепь вклю­чено сопротивление R_к, величина которого должна быть такой, чтобы падение напряжения на этом сопротивлении превышало падение напряжения на втором транзисторе, находящемся в со­стоянии насыщения, т. е.

I_к1R_к > U_эк2.

Составной транзистор аналогичен обычному транзистору с повышенным коэффициентом усиления по току.