1.5 Компенсационные стабилизаторы напряжения

Компенсационные  стабилизаторы  напря­жения обладают более высоким коэффициентом стабилизации и меньшим выходным сопротивлением по сравнению с параметрически­ми. Их принцип работы основан на том, что изменение напряжения на нагрузке (под действием изменения U_вх или I_н) передается на специально вводимый в схему регулирующий элемент РЭ, препятствую­щий изменению напряжения  U_н .

Регулирующий элемент (транзистор) может быть включен либо параллельно нагрузке, либо последовательно с ней.

а – параллельный; б - последовательный

Рисунок 2 – Схемы компенсационных стабилизаторов

В зависимости от этого различают два типа компенсационных стабилизаторов напряжения: параллельные (рисунок 2, а) и последовательные (рисунок 2, б).

Воздействие на регулирующий элемент в обоих типах стабилиза­торов осуществляется управляющей схемой, в которую входят усили­тель постоянного тока У и источник опорного напряжения ИОН. С помощью ИОН производят сравнение напряжения на нагрузке с опорным напряжением. Функция усилителя сводится к усилению раз­ности сравниваемых напряжений и подаче усиленного сигнала непо­средственно на регулирующий элемент.

В схеме на рисунке 2(а) стабилизация напряжения на нагрузке достигается, как и в параметрическом стабилизаторе, изменением напря­жения на балластном резисторе R_б путем изменения тока регулирую­щего элемента. Если принять входное напряжение стабилизатора неизменным, то постоянству напряжения на нагрузке будет соответ­ствовать постоянство напряжения на балластном резисторе. Изме­нение тока нагрузки от нуля до I_нmax будет сопровождаться соответ­ствующим изменением тока регулирующего элемента от I_нmax до нуля.

В схеме на рисунке 2(б) регулирующий элемент включен последова­тельно с нагрузкой. Стабилизация напряжения нагрузки осуществля­ется путем изменения напряжения на регулирующем элементе. Ток регулирующего элемента здесь равен току нагрузки.

Принцип действия компенсацион­ных стабилизаторов постоянного напряжения основан на изменении сопротивления регулирующего элемента. Наличие регулирующего элемента обусловливает неизбежные потери энергии в стабилизаторе. Оценим оба типа стабилизаторов по мощности потерь. При этом будем исходить из одинаковых условий работы по U_н, I_н, U_вх .

Мощность, теряемая в схеме рисунок 2(а), складывается из потерь в резисторе R_б и регулирующем элементе и составляет:

(6)

В схеме рисунок 2(б) мощность теряется в регулирующем элементе. Она равна:

(7)

т. е. меньше, чем в предыдущей схеме, на величину .

Таким образом, энергетические показатели, в частности КПД последовательных стабилизаторов, более высокие (особенно при широком диапазоне изменения I_н), чем параллельных. Это является глав­ной причиной того, что последовательные стабилизаторы нашли наи­большее применение в практике. Из преимуществ параллельных ста­билизаторов следует указать их некритичность к перегрузкам по току I_н, в частности коротким замыканиям выходной цепи. Последователь­ные стабилизаторы требуют устройств защиты регулирующего эле­мента при перегрузках по току [3].