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:
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:
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:
Несколько упростим, отбросив резистор с проводимостью h22Б, который зашунтирован значительно меньшим сопротивлением Rб. Получим остаточную расчетную схему:
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
Помножив обе части уравнения на Rн и положив IЕRн=∆Uн имеем
Таким образом
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:
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.
