Стабилизаторы напряжения. Параметрические стабилизаторы напряжения. Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения, страница 3

 

Например, примем    U_оп = 10 В ,  R₁ = 300 Ом ,  R₂ = 360 Ом   и   R^* =  240 Ом , тогда L_н можно регулировать в пределах от 5 до 15 В.

Напряжение U_н стабилизатора связано с напряжением  входной цепи транзистора VT₁ соотношением:

U_н = U_б1 - U_бэ1 = U_к2 - U_бэ1 ,

или

U_н = E_к - (I_б1 + I_к2) R_н  - U_бэ1 .

Для практической реализации схемы необходимо рассмотреть два режима работы стабилизатора:

U_dн = var,  R_н = const  (I_н = const)

и

U_dн = const,  R_н = var  (I_н = var) .

При изменении U_dн величина U_н меняется незначительно и приращение  DU_dн будет скомпенсированно соответствующим изменением напряжения U_кэ1 при условии   I_э1 I_н = const  - это вызовет изменение тока базы и коллектора регулирующего транзистора за счет изменения тока I_к2 усилителя, текущего через R_к . Стабильность U_н тем выше, чем больше будет коэффициент усиления усилителя. Коэффициент усилителя зависит от коэффициента b₂ и сопротивления R_к, но увеличивая R_к, придется увеличивать и Е_к.

Если будет меняться ток нагрузки I_н, то пропорционально ему будет меняться ток I_б1, так как   I_б1 = I_н / (1+b₁) .   В связи с тем, что напряжение U_бэ1 составляет доли вольта, режиму стабилизации соответствует почти не меняющаяся сумма токов I_б1 + I_к2 . С уменьшением тока I_н ток I_к2  увеличивается в соответствии с уменьшением тока I_б1. Если ток нагрузки будет меняться от I_{н max} до нуля, то ток I_к2 изменится от I_{к min} до  I_{б max} :

 

Таким образом, транзистор VT₂ регулирующего элемента необходимо выбирать на коллекторный ток, вблизкий I_{б1 max} регулирующего транзистора VT₁. Реально, при использовании рассматриваемой схемы ток нагрузки  I_н £ 200 ¸ 300 мА , так как при большем I_н трудно обеспечить большой коэффициент усиления и стабилизации. Это объясняется вынужденным уменьшением R_к (токи I_к1 и I_к2 велики), а также небольшим коэффициентом b мощных транзисторов.

Повышения коэффициента стабилизации компенсационных стабилизаторов можнодостичь увеличением коэффициента усиления усилителя за счет использования в нем большего числа каскадов. Для снижения дрейфа нуля применяют балансные каскады и температурную стабилизацию. Хорошие результаты дает использование компенсационных стабилизаторов напряжения на операционных усилителях (рис. 2.26).

Рис. 2.26. Схема компенсационного стабилизатора

последовательного типа на операционном усилителе

В тех случаях, когда перегрузки по току велики, целесообразно применять компенсационные стабилизаторы параллельного типа (рис. 2.27).

Рис. 2.27. Схема компенсационного стабилизатора

параллельного типа

В этой схеме сравнение и усиление осуществляет усилитель на транзисторах VT₂ и VT₃, регулирующий элемент собран на транзисторе VT₁. Резистор R₀, R₀₁ ¸ R₀₃  -  токоотводящие, используются для снижения номинальной мощности транзисторов.

Множители напряжения

Большой интерес представляют схемы, позволяющие получить на выходе напряжение в любое число раз большее входного. Для примера рассмотрим схему удвоителя напряжения (рис. 2.28).

Рис. 2.28. Схема параллельного удвоителя напряжения.

Когда потенциал точки  a  больше потенциала точки  b  (j_a > j_b) вентиль VD₁ открыт, а VD₂ - закрыт. Конденсатор С₁ заряжается через VD₁ до амплитудного значения U_2m . Когда же  j_a < j_b  (во второй период), через открытый вентиль VD₂ заряжается до U_2m конденсатор С₂. Так как по отношению к нагрузке конденсаторы включенны последовательно, то выходное напряжение U_н равно сумме напряжений на конденсаторах, или:

U_н = 2 U_2m .

Помимо параллельного удвоителя напряжения используют и последовательный удвоитель (рис. 2.29).

Рис. 2.29. Схема последовательного удвоителя напряжения

В случае   j_a > j_b   конденсатор С₁ заряжается через открытый вентиль VD₁ до U_2m. В это время вентиль VD₂ закрыт. Когда  j_a > j_b  напряжение на конденсаторе С₁ суммируется с входным напряжением, и конденсатор С₂ заряжается через открытый вентиль VD₂  до удвоенного амплитудного значения входного напряжения (2 U_2m).

На основе рассмотренных схем удвоителей напряжения можно построить утроитель напряжения (рис. 2.30), который выполнен в виде встречно включенных удвоителя напряжения и однополупериодного выпрямителя. При последовательном включении двух удвоителей напряжение можно получить схему учетверителя напряжения (рис. 2.31).

Рис. 2.30. Схема утроителя напряжения.

Рис. 2.31. Схема учетверителя напряжения.

С помощью умножителей напряжения можно получить на выходе любое напряжение, используя приборы и деталя с низкими номинальными напряжениями. Недостатком этих устройств является невысокая мощность и низкий КПД.