Схемотехника: Лабораторный практикум, страница 12

                                                                         (3.6)

Отбор тока в базу из цепи R_б приведет к снижению тока стабилитрона VD. Характеристика стабилитрона на участке стабилизации напряжения не является идеальной и изменение тока ведет к изменению падения напряжения U_vd  на стабилитроне. Внутреннее сопротивление стабилитрона r_VD вычисляется из его  вольтамперной характеристики, рис 3.2:

                                       (3.7)

Как видно из характеристики стабилитрона, для качественной и надежной стабилизации напряжения, ток стабилитрона должен быть не ниже I _min и не выше I_max. Чем меньше пределы, в которых изменяется I_vd относительно выбранного значения в исходной рабочей точке , тем в меньших пределах колеблется  U_vd и тем лучше качество стабилизации.

Рис. 3.2. Вольтамперная характеристика стабилитрона (слева) и его эквивалентная

схема для ветви стабилизации напряжения (справа)

Выполнение этого условия требует увеличения коэффициента усиления по току транзистора VT. Однако, мощные транзисторы обычно не обладают большим значением β. Решить данную проблему удается заменой транзистора VT на составной транзистор VT1 – VT2 (схема Дарлингтона), рис. 3.3. Нетрудно показать, что токи эмиттера (вывод Э) и коллектора (вывод К) составного транзистора практически равны и связаны с током его базы (вывод Б) следующим выражением:

                   ,               (3.8)

где β₁ и β₂ – коэффициенты усиления по току транзисторов VT1 и VT2, соответственно.

Сравнение формул (3.6) и (3.8) показывает, что необходимый ток базы в схеме стабилизатора напряжения с транзисторным балластом, может быть снижен в β₂ раз при использовании составного транзистора. Это позволяет многократно увеличить сопротивление резистора R_б и тем самым уменьшить перепады тока стабилитрона VD.

Однако, схема Дарлингтона не устраняет, а даже усугубляет другую причину, вызывающую снижение выходного напряжения стабилизатора U_вых при увеличении тока нагрузки. Эта причина связана с наличием у транзистора сопротивления цепи базы h₁₁. В схеме Дарлингтона данное сопротивление удваивается и,  кроме этого, из напряжения стабилитрона вычитается удвоенное падение напряжения на p-n переходе, т.е. выходное напряжение будет снижено по сравнению с U_VD на  2 · 0,65 = 1,3 В (для кремния).

Указанные выше недостатки удается существенно снизить, если в схему стабилизатора напряжения ввести регулятор выходного напряжения, рис. 3.4.

Регулирующим элементом в приведенной схеме является транзистор VT3. Стабилитрон VD в данной схеме является источником опорного напряжения, с которым сравнивается напряжение, снимаемое с делителя напряжения на резисторах R₂ и R₃. Транзистор VT3 может быть открыт только тогда, когда напряжение U_д, снимаемое с делителя, превысит сумму U_VD + 0,65 В. Если данное условие выполняется, то через транзистор VT3 начинает течь ток, ограничиваемый сопротивлением R_б и выходное напряжение U_вых начнет стабилизироваться:

                                      .                                   (3.9)