Схемотехника: Лабораторный практикум, страница 11

Простейшим способом стабилизации напряжения является применение управляемого транзисторного балласта в схеме без отрицательной обратной связи (ООС), рис. 3.1.

Схема является эмиттерным повторителем. Выходное напряжение в схеме повторителя (U_вых) равно потенциалу базы относительно общей точки входного и выходного напряжений (U_vd) за вычетом падения напряжения на переходе база – эмиттер транзистора (U_бэ):

         ,                                          (3.1)

где U_бэ для кремниевого транзистора в среднем равно 0,65 В и остается практически постоянным.

Значит, при стабильном значении U_vd выходное напряжение U_вых может оставаться достаточно стабильным в определенных пределах тока нагрузки.

Выходной ток (I_вых) , обеспечиваемый балластным транзистором VT, равен:

                  ,                         (3.2)

где - ток базы; I_к – ток коллектора; β – коэффициент усиления по току транзистора ().

Зная требуемый ток нагрузки стабилизатора I_вых, коэффициент усиления по току транзистора β и ток стабилитрона I_vd при номинальном входном напряжении U_вх, из (3.2) может быть найден необходимый ток базы транзистора I_б и, соответственно, сопротивление балластного резистора R_б:

                                               .                                        (3.3)

Мощность, выделяемая в транзисторе VT, равна произведению падения напряжения на нем и тока коллектора, который практически совпадает со значением тока нагрузки I_н:

                                               .                                    (3.4)

Из (3.4) видно, что мощность, рассеиваемая в балластном транзисторе, пропорциональна разности входного и выходного напряжений стабилизатора. Значение U_вх должно задаваться исходя из возможных колебаний напряжения на выходе выпрямителя, питающего стабилизатор. С учетом того, что вполне допустимыми являются колебания напряжения в питающей электрической сети на ± 10%, а снижение глубины пульсаций на выходе выпрямителя до 0% практически невозможно, рекомендуется иметь превышение среднего значения U_вх над заданным выходным напряжением стабилизатора U_вых не менее, чем на 25%.

Чем выше разность (U_вх - U_вых), тем надежнее защита U_вых от случайных ”провалов” входного напряжения, но, с другой стороны, тем выше мощность P_VT, рассеиваемая балластным транзистором и тем хуже кпд стабилизатора. Обычно кпд линейного стабилизатора задают не менее 50%. Отсюда:

                             2 U_вых ≥ U_вх ≥ 1,25 U_вых        .                                  (3.5)

При разорванной цепи нагрузки (R_н = ∞) ток базы I_б отсутствует и весь ток, ограничиваемый резистором R_б, течет через стабилитрон VD. В этом случае в стабилитроне выделяется максимальная мощность. При подключении R_н ток, протекающий через резистор R_б, разветвляется на I_б и I_vd .  В соответствии с формулой (3.2), при заданном значении I_н, ток, отбираемый в цепь базы, равен: