Мощные стабилизаторы

Простой компенсационный стабилизатор. Выходное напря­жение стабилизатора (рис. 16.20, а) равно 12,6 В. Значение этого напряжения устанавливается с помощью резистора R5. Опорное на­пряжение стабилитрона определяет минимальный уровень выходно­го напряжения. Для эффективной работы стабилизатора на коллекторе усилительного транзистора VT3 устанавливается среднее ме­жду опорным и входным напряжение.

Рис. 1620

Коэффициент стабилизации схемы определяется усилительными свойствами транзистора VT3 и сопротивлением резистора R1. Коэф­фициент стабилизации можно определить по характеристикам, от­ражающим зависимость выходного напряжения от входного, при этом он зависит от значения входного напряжения. Максимальный ток стабилизации определяется регулирующими транзисторами VT1 и VT2. Он ограничен мощностью, рассеиваемой транзистором VT1. При больших выходных токах наблюдается уменьшение коэф­фициента стабилизации, что связано с шунтирующим действием со­ставного эмиттерного повторителя, оказываемым на усилительный транзистор VT3. За счет падения напряжения на переходах база — эмиттер транзисторов VT1 и VT2 выходное напряжение уменьшает­ся с увеличением тока нагрузки. Работа стабилизатора проиллю­стрирована графиками рис. 16.20, б, в.

Стабилизатор на интегральной микросхеме КН2ЕН2Б. На вы­ходе стабилизатора (рис. 16.21) напряжение равно 5 В. Максималь­ный ток нагрузки 5 А. Выходное напряжение устанавливается по­тенциометром R8. Входное напря­жение может меняться в пределах от 6 до 15 В. Стабилизатор имеет защиту от короткого замыкания по выходу и от перегрузок, рабо­та которой осуществляется управ­лением через вывод 10 микро­схемы.

Увеличение мощности, отда­ваемой стабилизатором. Стабили­затор {рис. 16.22) построен на фиксированное напряжение 6,3 В. Опорное напряжение определяется двумя стабилитронами VD1 и VD2. Сумма опорных напряжений ста­билитронов определяет выходное напряжение стабилизатора. Выходной ток стабилизатора определяется резистором R2. Он может превышать предельно допустимое значение для транзистора VT1

Рис. 16.21 Рис. 16.22

Если на входе напряжение Е достигнет максимального значе­ния, то выходной ток стабилизатора протекает через резистор R2. Транзистор VT1 будет закрыт. При минимальном же значении (£»U) через резистор R2 ток не протекает. Выходной ток стаби­лизатора идет через транзистор VT1. В результате на транзисторе VT1 не рассеивается мощность: в первом случае — есть напряже­ние, нет тока, во втором случае — есть ток, нет напряжения. Для промежуточного состояния на транзисторе рассеивается мощность, которая в 4 раза меньше мощности, отдаваемой стабилизатором.

Стабилизатор на дифференциальном каскаде. Стабилизатор (рис. 16.23) имеет фиксированное выходное напряжение. Лишь в небольших пределах (±10%) его можно менять потенциометром R6. Дифференциальный каскад на транзисторах VT3 и VT4 выпол­няет стабилизирующие функции. Регулирующим элементом являет­ся составной повторитель на транзисторах VT1 и VT2.

Стабилизатор на составном регулирующем каскаде. Выходное напряжение стабилизатора (рис. 16.24, а) можно регулировать в пределах от 10 В до Е. Коэффициент стабилизации схемы зависит от входного напряжения. В стабилизаторе усилитель с ООС постро­ен на двух транзисторах VT3 и VT4. На базу транзистора VT4 по­дается опорное напряжение, а на базу транзистора VT3 — часть выходного напряжения. Основные характеристики стабилизатора приведены на рис. 16.24, б, в.

Рис. 16.23

Рис. 16.24

Стабилизатор с генератором тока. В стабилизаторе (рис. 16.25, а) опорное напряжение формируется на стабилитроне VD2, который питается от генератора постоянного тока, построенного на транзи­сторе VT1. Коллекторный ток транзистора задается стабилитро­ном VD1. Для увеличения коэффициента стабилизации при вход­ном напряжении 10 В необходимо уменьшить сопротивление рези­стора R2, увеличить тек через стабилитрон VD1. Поскольку ток че­рез стабилитрон VD2 постоянен, то при увеличении тока на выходе стабилизатора напряжение на этом стабилитроне будет также ме­няться в связи с изменением тока базы транзистора VT3. На рис. 16.25,6 приведена зависимость изменения выходного напря­жения от входного напряжения. Изменение выходного напряжения стабилизатора от тока нагрузки показано на рис. 16.25, в.

Стабилизатор с ООС. Стабилизатор (рис. 16.26, а) имеет фик-снрвпанное выходное напряжение 12,6 В. Опорное напряжение устанавливается на стабилитроне VD1. Это напряжение передается на выход через транзисторы, выполняющие функции повторителя. Транзистор VT2 включен по схеме усилителя с ОБ, а транзистор VT1 оеуществляст полную ООС. Коэффициент стабилизации зави­сит от входного напряжения. Работа стабилизатора проиллюстри­рована на графиках рис. 16.26, б, в.

Рис. 16.25

Регулируемый стабилизатор на составной каскаде. Стабилиза­тор (рис. 16.27, а) имеет регулируемое выходное напряжение. Оно меняется от 0 до 10 В. Регулировка напряжения осуществляется потенциометром R2. Между стабилитроном VDJ и регулирующим транзистором VT3 введены два транзистора, которые выполняют разные функции. Транзистор VT1 является эмиттерным повтори­телем, а транзистор VT2 — усилителем с ОБ, который охвачен пол­ной ООС. Совместно с транзистором VT3 транзистор VT2 имеет коэффициент передачи тока, равный единице. Работа стабилизато­ра отображена на графиках рис. 16.27, б, в.

Рис. 16.26

Регулируемый стабилизатор на генераторе тока. Стабилизатор (рис. 16.28, а) имеет регулируемое выходное напряжение от 0 до 12,6 В. Опорное напряжение устанавливается на стабилитроне VD2. Рабочая точка стабилитрона определяется генератором тока, по­строенным на транзисторе VT3. Ток задается эмиттерным резисто­ром R3 и напряжением на базе, которое устанавливается на стаби­литроне VD1. Ток через стабилитрон VD1 (устанавливается транзи­стором VT4) протекает через базовую цепь транзистора VT2, кото­рый совместно с транзистором VT1 выполняет функции регулирую­щего каскада. Транзистор VT2 включен по схеме усилителя, охва­ченного через транзистор VT1 полной ООС. Отрицательная обрат­ная связь распространяется и на транзисторе VT4. В результате транзистор VT4 выполняет двойную роль: входит в каскад сложно­го регулирующего элемента и выполняет функции токозадающего элемента в образовании стабильного опорного напряжения. На графиках рис. 16.28, б, в отражены характеристики стабилитрона.

Рис. 16.27

Рис. 16.28

Схема с двойной стабилизацией. Схема стабилизатора (рис. 16.29, а) имеет усилительный каскад с большим сопротивлением нагрузки. В коллекто транзистора VT4 включен генератор тока, построенный на транзисторе VT3. Коллекторн-ый ток этого транзистора задается напряжением на диоде VDL Для устранения возбуждения схемы включен конденсатор С. Составной повторитель на транзисторах VT1 и VT2 обеспечивает выходной ток стабилиза­тора. При увеличении выходного тока стабилизированное напряже­ние несколько уменьшается. Это связано с падением напряжения на переходах база — эмиттер транзисторов. Зависимость изменения выходного напряжения стабилизатора от тока нагрузки и входного напряжения показаны на рис. 16.29, б, в.

Схема с динамической нагрузкой регулирующего каскада. Вы­ходное напряжение стабилизатора (рис. 16.30, а) снимается с эмиттера транзистора VT1, рассеиваемая мощность которого опре­деляет ток нагрузки. Для увеличения коэффициента стабилизации в коллектор регулирующего транзистора VT2 включена динамиче­ская нагрузка — транзистор VT2. Для запуска стабилизатора слу­жит резистор R1, который позволяет также скомпенсировать изме­нения выходного напряжения. Поскольку транзисторы VT1 и VT2 охвачены ПОС, то установка тока нагрузки осуществляется под­бором резисторов R2 и R3. Резистор R2 включен для ограничения коллекторного тока транзистора VT2. Меняя сопротивление рези­стора R3, можно добиться необходимой зависимости коллекторного тока транзистора VT2 от тока нагрузки при изменении номинала выходного напряжения стабилизатора. Поскольку базовый ток тран­зистора VT1 равен разности коллекторных токов транзисторов VT2 и VT3, то при увеличении тока нагрузки, вызывающего уменьшение выходного напряжения, ток транзистора VT2 возрастет, а базовый ток VT3 уменьшится. В результате ток транзистора VT1 увеличится и скомпенсирует уменьшение напряжения. На рис. 16.30, б, в пред­ставлены графики, характеризующие работу стабилизатора.

Рис 16.29

Рис. 16.30

Стабилизатор с автокомпенсацией. В стабилизаторе (рис. 16.31, а) опорное напряжение устанавливается на диодах VD2 и VD3 с по­мощью генератора тока на транзисторе VT1. Транзистор VT2 также является генератором тока. Этот транзистор выполняет функции динамической нагрузки в усилительном каскаде. Регулирующий каскад собран на транзисторах VT3 и VT4. Для уменьшения изме­нений выходного напряжения стабилизатора с увеличением тока на­грузки ток транзистора VT3 должен протекать через диод VD2. Изменение напряжения на этом диоде компенсирует падение напря­жения на переходах база — эмиттер регулирующих транзисторов. В зависимости от прямого сопротивления диода компенсация изме­нения выходного напряжения стабилизатора может быть различ­ной. Зависимость изменений выходного напряжения от входного по­казана на рис. 16.31, б. На рис. 16.31, в показана область возмож­ных значений этих изменений.

Рис. 16.31

Рис. 16.32

Стабилизатор с защитой от короткого замыкания. При подаче напряжения на вход стабилизатора (рис. 16.32) транзистор VT2 открыт и в его коллекторе существует напряжение 5 В, которое не проходит через стабилитрон VD1. Транзистор VT1 закрыт. В от­крытом состоянии транзистор VT2 находится из-за того, что вы­ходное напряжение стабилизатора превышает опорное напряжение стабилитронов VD3 и VD4. На резисторе R7 будет напряжение око­ло 5 В. Транзисторы VT3 — VT5 работают в режиме стабилизации выходного напряжения. При коротком замыкании стабилизатора резко падает выходное напряжение. Оно будет меньше опорного напряжения стабилитронов VD3 и VD4. В базе транзистора VT2 присутствует нулевой потенциал. Транзистор VT2 закроется. На его коллекторе возрастет напряжение, которое превысит опорное напряжение стабилитрона VD1. Через стабилитрон потечет ток, ко­торый откроет транзистор VT1. Напряжение в коллекторе транзи-бтора VT5 упадет до нуля. Транзисторы VT3 и VT4 будут защище­ны от короткого замыкания.