Принцип действия и устройство компенсационных стабилизаторов напряжения и тока

Для стабилизации величин напряжений и токов применяют стабилизаторы. Они бывают компенсационными и параметрическими. В данной статье мы рассмотрим компенсационные стабилизаторы.

Компенсационный стабилизатор тока

Принципиальная схема простейшего компенсационного стабилизатора тока, которая очень распространена во всяких схемах, приведена ниже:

Схема компенсационного стабилизатора тока

От схемы параметрического стабилизатора ее отличает то, что стабилизирующим элементом тут является совокупность транзистора Т, резистора RЕ и  источника опорного напряжения Uоп .

Схема функционирует следующим образом: при подаче внешнего напряжения Uвх в цепи устанавливается заданный ток. На RЕ падает напряжение, которое вместе с Uоп обеспечивает между базой и эмиттером условия для этого тока. Когда же по каким либо причинам ток в нагрузке пытается измениться (например, увеличиться из-за увеличения питающего напряжения Uвх), то увеличивается и падение на RE. Увеличение этого падения, поданное на базу положительным знаком, приведет к уменьшению общего тока, который мог бы увеличиться. Иначе говоря, подача положительного напряжения на базу относительно эмиттера увеличивает сопротивление транзистора. И на этом падение будет увеличиваться (при практически не увеличенном токе), чем и будет компенсироваться прирост питающего напряжения.

Компенсационный стабилизатор напряжения

Наиболее распространенная, но и самая простая схема стабилизатора напряжения   приведена ниже:

Наиболее распространенная рабочая схема компенсационного стабилизатора

 Роль источника опорного напряжения в ней играет цепочка Rб -Cт, что представляет собой уже знакомый  нам параметрический стабилизатор напряжения с кремниевым стабилитроном Ст (одновременно на этой схеме показано условное обозначение кремневого стабилитрона). Напряжение Ucт изменяется мало. Ее выбирают несколько большей, чем Uн таким образом, чтобы обеспечить управляющее напряжение UБЕ=Uст — Uн

Напряжение Uн на нагрузке  равняется разнице Uвх- UБЕ. Если Uвх например, увеличивается должен увеличиться общий ток, который увеличит Uн . Однако наименьшее увеличение Uн уменьшит UБЕ, транзистор уменьшит свой ток, что и компенсирует возможное повышение Uн.

Разберем работу этой схемы подробнее. Для этого заменим транзистор его ранее рассмотренной эквивалентной схемой, положив в ней h12Б=0, а стабилитрон заменим его динамическим сопротивлением RД. Полученную таким образом схему:

Наиболее распространенная рабочая схема компенсационного стабилизатора1

Несколько упростим, отбросив резистор с проводимостью h22Б, который зашунтирован значительно меньшим сопротивлением Rб. Получим остаточную расчетную схему:

Расчетная схема компенсационного стабилизатора

По принципу суперпозиции отыщем только отношение ∆Uвх / ∆Uн , что входит множителем в выражение для коэффициента стабилизации.

По методу контурных токов имеем

Uвх + h12БRбIЕ =(Rб +RД)I1- RДIE

                              0= — RД I1 + (RД h11Б +Rн) IE,

Или

∆Uвх = (Rб + RД ) I1- (RД + h21БRб) IE

                            0= — RД I1 + (RД  + h11Б +Rн) IE,

Отсюда

Ток компенсационного стабилизатора

Помножив обе части уравнения на Rн и положив IЕRн=∆Uн имеем

1

Таким образом

Коэффициент стабилизации компенсационного стабилизатора

Как видим, коэффициент стабилизации тем больше, чем меньше Rл и чем больше Rб. Другие составляющие или же заданные (Rн), или принадлежат транзистору и воздействовать на них не возможно (h11Б, h21Б). Чтобы удовлетворить оба требования, необходимо просто подобрать кремневый стабилитрон с возможно меньшим значением Rд и с возможно меньшим значением его тока.

Ниже приведена более сложная схема:

Схема компенсационного стабилизатора тока 1

За основу тут принята предыдущая схема. Для увеличения Kст коллекторный ток транзистора Т1 проходит через резистор R, а падающее на нем напряжение управляет еще одним транзистором Т2, ток которого соединяется с током Т1. Для устранения возможных паразитических связей на выходе подключен конденсатор С относительно большой емкости.

Более сложные схемы стабилизаторов здесь не рассматриваются, однако все они построены по тому же принципу, который рассмотрен в этой статье.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Подтвердите, что Вы не бот — выберите человечка с поднятой рукой: