3. МОЩНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ
Рис. 18.
Простой компенсационный стабилизатор. Выходное напряжение стабилизатора (рис. 18, 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. 18.
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. 18, б, в.
Стабилизатор на интегральной микросхеме КН2ЕН2Б. На выходе стабилизатора (рис. 19) 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.
Рис. 19.
Стабилизатор на интегральной микросхеме КН2ЕН2Б. На выходе стабилизатора (рис. 19) 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.
Рис. 19.
Увеличение мощности, отдаваемой стабилизатором. Стабилизатор {рис. 20) 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. 20.
Рис. 20.
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. 21) 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.
Рис. 21.
Стабилизатор на дифференциальном каскаде. Стабилизатор (рис. 21) 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.
Рис. 21.
Стабилизатор на составном регулирующем каскаде. Выходное напряжение стабилизатора (рис. 22, 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. 22, б, в.
Рис. 22.
Рис. 22.
Стабилизатор с генератором тока. В стабилизаторе (рис. 23, 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 ток 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. 23,6 приведена зависимость изменения выходного напряжения от входного напряжения. Изменение выходного напряжения стабилизатора от тока нагрузки показано на рис. 23, в.
Рис. 23.
Рис. 23.
Стабилизатор с ООС. Стабилизатор (рис. 24, а) имеет фиксированное 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 осуществляет полную ООС. Коэффициент стабилизации зависит от входного напряжения. Работа стабилизатора проиллюстрирована на графиках рис. 24, б, в.
Рис. 24.
Рис. 24.
Регулируемый стабилизатор на составном каскаде. Стабилизатор (рис. 25, а) имеет регулируемое выходное напряжение. Оно меняется от 0 до 10 В. Регулировка напряжения осуществляется потенциометром R2. Между стабилитроном VD1 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. 25, б, в.
Рис. 25.
Рис. 25.
Регулируемый стабилизатор на генераторе тока. Стабилизатор (рис. 26, 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. 26 б, в отражены характеристики стабилитрона.
Рис. 26.
Схема с динамической нагрузкой регулирующего каскада. Выходное напряжение стабилизатора (рис. 28, 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. 28, б, в представлены графики, характеризующие работу стабилизатора.
Рис. 28.
Рис. 26.
Схема с двойной стабилизацией. Схема стабилизатора (рис. 27, а) имеет усилительный каскад с большим сопротивлением нагрузки. В коллектор транзистора VT4 включен генератор тока, построенный на транзисторе VT3. Коллекторный ток этого транзистора задается напряжением на диоде VD1 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. 27, б, в.
Рис. 27.
Рис. 27.
Рис. 28.